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核电行业数字化破局之道

日期:2020-08-13    来源:达索系统

国际电力网

2020
08/13
17:01
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关键词: 数字核电 核能发电 核能利用

根据国际经合组织(OECD)核能机构分析,建造一座核电站的隔夜成本从上世纪90年代末的约1900美元/千瓦时大幅上升至2009年的3850美元/千瓦时。2019年,法国电力公司(EDF)估计,2020年代末期在法国建造6台EPR2机组的成本至少为560亿欧元,约为6700美元/千瓦时。

1.核电项目拖延与高成本因何而起

核安全法规标准基线多次变动、项目管理问题、认证问题等通常被指为第三代核电站陷入成本增加和项目拖期泥潭的主要因素。

第三代核电站是在第二代电站成熟的架构基础上,叠加了数字化仪控系统,叠加了为应对陆续新增安全要求的新系统。由于安全要求变动是在三代设计施工已经开展的过程中才发生,这些新系统都是补丁式的添加,直到今天仍面临极端复杂的设计问题。

这种复杂程度造成了第三代反应堆一再拖延和成本过高的根源之一。

为了重新获得经济竞争力,核工业应该重新思考和重新设计整体架构,而不是设计演变和修补。这样,未来的第四代反应堆才可以更好地平衡安全和效率,成为“恰到好处的、足够的”设计。

2.为何要从传统系统工程转向MBSE

传统系统工程在核工业曾有过多次尝试,但收效甚微。基于文档的传统系统设计带有先天缺陷,导致其越来越难以对应当前复杂的电站设计挑战。例如:

* 当前设计主要用自然语言通过文档描述形容需求和方案,容易出现歧义

* 一个典型的核项目涉及50 多万个文件,150 多万个对象,靠人工基本不可能确保所有这些文件之间的信息完全一致性和完整性

* 基于文档做设计和管理很难列出和追溯所有专业和系统之间的接口,以及全面评估变更造成的影响

这些局限再加上核电自身的多学科并行设计和项目周期漫长,更是让核电设计和项目管理难上加难,导致成本、质量和安全问题频发。

进入21世纪以来,由于信息技术的发展以及软件敏捷开发方法论的影响,基于模型的系统工程 MBSE 为系统工程带来了一个严格、严谨的落地方法。MBSE通过可视化建模和仿真技术来实现系统工程,通过行为和结构化系统分析,充分分析问题来源,并为其定义最佳解决方案。随着风险被及早发现和消除,质量和合规性也得到提高。可视化系统级联合仿真以及自动化的系统模型设计审核,将提高系统设计的质量,并最终提高交付系统的质量。

需求驱动的设计对复杂项目减少了不必要的返工、杜绝重复流程;使设计团队可以专注在优先级高的工作任务上。通过提高可视性、团队沟通和协作,在缩短设计周期、提升质量的同时节约施工暨运营成本。需求被逐层级传导暨验证,并在上下游无缝追溯,提前发现质量问题,避免不必要的返工和使变更可控,达到缩小需求、架构设计到详细设计之间的偏差来降低项目成本和工期。

3.企业可以从MBSE中获取什么收益

MBSE源于航空航天,近十几年也在国防军工、汽车、轨道交通、医疗器械等行业大规模推广实施。达索系统工程方案暨平台已经在国内航空、航天、汽车、高科技等行业暨美国宇航局NASA JPL、诺斯洛普·格鲁门(Northrop Grumman)、波音、洛马、欧宇航、空中客车、奥迪,福特等著名企业中得到了广泛采用,大大提升了其创新能力和资产重用延续性。

中核,广核和国核均已把MBSE列入集团战略技术路线课题,并已和达索系统开展这方面工作。

作为全球唯一被国际工程系统学会INCOSE认可的方法论和工具,这次讲座将展示达索系统基于3DEXPERIENCE平台单一数据源、端到端的基于模型系统的研发工程平台;结合对行业痛点的深入理解,建构具针对性的MBSE 解决方案,助力核电及相关能源行业在新堆型研发暨项目设计中实现业务、数据、工具三链的协同性、一致性、重用性。


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