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核燃料产品全生命周期数据管理系统的实现

更新时间:2009-03-28

核燃料的安全性与经济性直接影响核电厂各项性能指标,为了不断提升核燃料性能,世界各国都在持续开展核燃料研究工作,并建立各种类型的数据库[1],这些数据库各有各的侧重点,不能涵盖核燃料全生命周期的数据和成果。核燃料全生命周期包括材料研发、结构设计、性能试验、产品制造、辐照运行、历史经验和后处理6个环节,每个环节都有大量的数据和成果,要将这些数据和成果有效地集成起来,则需要建立一个完整的数据管理系统。

明确组建意义工作职责。为充分发挥人大代表在推进新旧动能转换重大工程、建设富裕文明幸福新泰安进程中的积极作用,泰安市人大常委会坚持尊重人大代表主体地位,充分发挥人大代表作用,建立了人大代表履职服务律师顾问团组。这一举措是常委会加强同人大代表和人民群众密切联系的重要渠道,也是发挥律师职业专长的重要形式,是律师服务经济社会发展、担当社会责任的重要体现。律师顾问的职责主要体现在为代表履职提供法律咨询和建议,为代表所提议案、建议提供法律意见,为代表在参与调研、视察工作中涉及的法律问题提供法律意见,为代表履行其他社会职责提供法律服务等,这为充分发挥人大代表职能作用提供了法治保障。

近年来,制造业中广泛采用的先进设计管理平台Teamcenter(TC)[2]——产品全生命周期管理系统(PLM)已推广至核电领域[3],该系统以产品为核心管理对象,包含产品结构设计、设计分析、试验、制造和运行反馈等完整寿期的数据和信息的整合、关联和数据分析机制。国外西屋、阿海珐,国内中核[4]等公司均采用该方案管理设备产品研发设计。上海核工程研究设计院根据多年的核燃料研发经验,在TC系统上进行定制开发,实现了核燃料产品全生命周期的数据管理系统(SNPLM)。SNPLM将为核燃料设计的改进、设计效率和数据可靠性的提升、产品质量的提高、运行经验的反馈建立起良好的协同平台,为核燃料的更新换代提供数据支持。该系统的数据可根据需要分享到核燃料全产业链的各个环节,有助于核燃料的安全监管。

1 SNPLM系统设计

1.1 数据库整体结构

SNPLM系统主要包括材料研发、结构设计、试验验证、产品制造、辐照运行和历史经验和后处理6个数据范畴,以燃料产品结构为基础,根据零部件的区别,进行数据分类,保证每项数据与实际的产品相联系,增加数据之间的关联性,形成了产品数据库。

在产品数据库的基础上,为了适应项目化管理的需要,SNPLM系统对数据管理增加了多个虚拟项目数据库。项目数据库可以是科研课题或者工程项目,也可以是一类设计需求、数据类别或者研究成果。SNPLM系统整体结构如图1所示,虚拟数据库的实现为数据检索归类提供了支持。

  

图1 SNPLM系统结构示意图Fig.1 SNPLM system structure schematic

1.2 数据分类

在单词之间的三音素的识别训练时,基于树的聚类的细节以及用混合高斯训练模型的方法必须由用户进行自定义开发。还有更多先进的技术,例如个性化适应和区分性训练来提高识别系统的可用性能,但是这种工具链的开发费用显着增加,没有丰富的知识就不可能建立起来,所以我们在比较中没有使用这些技术。

  

图2 燃料管座试验数据结构示意图Fig.2 Data structure of nuclear fuel nozzle test in SNPLM

1.3 数据内容及来源

SNPLM的数据内容包括了核燃料在研发、设计、制造、运行和后处理各个环节的数据,数据类型有表格、文档、图纸、照片等。数据来源包括设计方、试验方、原材料供方、制造方和产品用户方等等。在SNPLM中设置了严格的数据接入审查制度、数据有效版本管理制度、访问权限管理制度,确保数据的可靠性和安全性。

2 SNPLM系统的实现

2.1 硬件部署

SNPLM系统采用客户端和服务器(CS)构架,由一台应用服务器、数据库服务器、许可服务和存储设备构成。系统的数据库层、应用层和用户层3层隔离,便于数据快速存储,保障数据的安全,为后续维护与扩展提供基础[5]

为实现集中管理各单位数据资料的目标,SNPLM系统采用集中部署的方式,在同一站点内部署PLM应用服务器、数据库服务器和卷服务器,客户端通过局域网接入。TC应用服务器、数据库服务器均连接外部存储,该存储对于这些服务器而言是本地硬盘。该存储将放置TC卷,集中存放各个单位的文件资料,各单位被设立不同的卷。用户在访问TC时,通过数据库服务器,索引到存放在卷中的资料,打开后在本地缓存服务器中建立缓存数据。在打开该资料时,TC首先自动在缓存服务器中查找该资料,如果存在并且与中央卷中的资料相同,则直接从缓存服务器中打开,以提高性能。

硬件部署方案如图3所示。

按照“双一流”建设的要求,我国各行业特色型大学必须牢固树立人才培养质量始终是教师考核的第一指标和基础指标的观念,始终把人才培养的质量和效果作为检验一切工作的根本标准。为此要做到以下几点:

广域网的用户必须通过虚拟专用网络(VPN)登录TC应用服务器,方可进行正常的系统访问和操作。

核燃料产品包括燃料组件及其相关组件。燃料组件从结构上包括燃料棒、格架、上管座、下管座、导向管、仪表管和连接件等零部件。相关组件包括控制棒组件、可燃毒物组件、阻流塞组件和中子源组件。各零部件的数据结构根据设计、制造和运行的不同需求有所差异,但数据结构基本类似。以燃料组件上、下管座试验数据为例,在整个数据库结构中所处的位置如图2所示。

测试系统一方面可用于测试SNPLM系统建设及改进中的各项功能,另一方面作为培训系统用于为最终用户提供培训练习时的模拟环境。为方便系统管理、减少资源消耗,并应对实施过程中系统频繁变更的情况,测试系统可以采用虚拟机形式。

(2)职责:承担公共基础课——数学的教学.公共基础课是培养学生的文化素质、科学素养、综合职业能力和可持续发展能力,为学生实现更高质量就业和职业生涯更好发展奠定基础.

2.2 软件部署

SNPLM系统需要记录并整理燃料研发、设计、制造、试验、运行等全生命周期的数据,数据内容多,逻辑关系复杂,对系统能力有一定要求,在各方面综合考虑后决定采用TC系统,在TC系统平台上进行定制配置和二次开发。

  

图3 部署方案示意图Fig.3 Deployment plan scheme

TC是Siemens PLM Software开发的,在全球PLM行业内具有长期领导地位的管理系统,被广泛应用于机械制造、汽车、航空航天等领域的产品研发管理。TC基于各行业的需求,经过多年的积累更新,形成了众多的模块以及成熟的行业解决方案。

(1)简单搜索

过载保护是依据“反时限”的原则,针对超负荷电流对供电回路进行切断的一种保护方式,超出设计的整定值越大,切断的时间越快。如果机器长期过载运行,绕组温升就会超过允许值,导致绝缘老化或损坏,进一步导致建筑电气设计中低压配电系统的安全性问题。

2.3 数据模型

SNPLM系统中的数据模型采用对象结构,TC系统中提供基础的数据模型结构,数据模型的构成要素包括数据对象、主属性表、版本、表单、BOM视图、数据集、引用关系和伪文件夹等,SNPLM系统结合核燃料产品的需要,对原数据模型进行了继承和扩展,包括数据编码、组织结构、需求指标等,通过合理的使用和配置这些模型元素,可以实现核燃料数据管理要求,并避免系统应用扩展时数据模型不适用的问题,以及系统升级时数据模型扩展的问题。图4为SNPLM系统中数据模型示例。

  

图4 数据模型Fig.4 Data model

当用户在系统内查看BOM视图时需要对BOM结构中的内容进行搜索,可使用系统内的结构搜索功能,结构搜索的搜索范围限制在某一个结构树内,与在整个系统数据库内搜索相比,搜索范围大大减小,搜索的效率将极大的提高,而且搜索结果也更贴近用户的需求。

作作为Festo在阀、阀岛与电子技术领域的领先厂区,Scharnhausen技术工厂内的全自动装配线可谓世界上最先进的生产线之一,无论是大批量生产还是小批量个性化定制,Festo都能够保证快速的响应速度以及高度灵活性。基于制造价值链的整体优化贯穿工厂建设和生产全过程,数字化创新在厂房布局、工件加工、高效物流、精密装配和能效管理等多方面得到全面应用。高效节能的流程、产品的最高质量、突出的客户导向性以及可持续的环保生产便是该厂区最突出的特点。

通过合理的关系定义,将燃料产品生命周期中所涉及专业的全部数据有机的结合在一起,结合结构化对象模型(BOM)的应用,使用者可以通过各种数据关系轻松查找到想要的数据。结合系统权限管理,在确保专业间协同顺畅的同时保证数据的安全性及一致性。

2.4 检索系统

SNPLM系统管理核燃料产品的所有数据,随着现有产品生产及新产品的开发,系统信息不断积累和扩大,形成一个数据量庞大的数据库。因此,搜索功能是系统必不可少的功能,SNPLM系统中包含以下三类搜索方式:

为实现核燃料数据管理的需求,导入了以下模块:产品数据管理、系统工程(需求管理)、分类管理、Creo集成、生命周期可视化、工作流管理、组织权限及搜索等。

简单搜索的搜索条件一般是系统内对象的ID或者名称,系统在导航栏中提供了一个简单搜索的快速入口,用户输入相应的ID或名称即可得到搜索结果。简单检索的优势是操作简便,能够满足较为简单的检索条件和需求。

党的十七届六中全会审议通过的《中共中央关于深化文化体制改革,推动社会主义文化大发展大繁荣若干问题的决定》指出:“深化文化体制改革、推动社会主义文化大发展大繁荣,进一步兴起社会主义文化建设新高潮,对夺取全面建设小康社会新胜利、开创中国特色社会主义事业新局面、实现中华民族伟大复兴具有重大而深远的意义。”[3]党的十八大报告中旗帜鲜明地提出:扎实推进社会主义文化强国建设,让人民享有健康丰富的精神文化生活,是全面建成小康社会的重要内容。因此,吕剧故乡传承、宣传、做大吕剧文化,创出一条“吕剧搭台,经济唱戏”的产业发展之路,对于推动东营“黄蓝”经济区建设,促进经济腾飞具有重大的现实意义。

(2)基于对象类型的高级搜索

根据业务归纳及总结,在系统内搭建需求结构树模板,当有新需求导入时,可借用历史模板,快速搭建出产品的需求结构树。完成需求指标结构树的构建后,结合需求以及历史经验,搭建出产品的原始模型结构,通过可跟踪性矩阵将需求指标与产品结构关联。工程师在进行零部件设计时,可通过跟踪性视图,实时查看所设计的部件所满足的指标情况。通过关联设计以及设计报告的完成情况,计算需求实现的完成比;通过关联的验证及试验活动以及相关报告的完成情况,计算需求验证完成比,从而保持对需求的跟踪评估。

(3)BOM中的搜索

燃料产品研发过程中会产生多种类型的数据或活动,如设计模型,设计报告,试验活动,试验件等。通过对象类型的扩展定义,实现了对各种研发活动以及研发交付物的个性化定义。通过属性定义可以丰富SNPLM系统中存储数据的信息,使用户不需要查看具体的数据文件即可得知数据的关键信息,如项目文件类型中的项目阶段、质保等级、项目阶段等属性,试验对象中的试验时间、试验地点、试验结论等属性。同时这些属性也可作为系统检索时的检索关键字,让用户可更方便的获得想要的数据信息。

  

图5 结构视图中的搜索界面Fig.5 Search panel in structure view

2.5 需求跟踪

燃料产品从研发开始,需要对用户的需求持续保持关注,因此需要对用户需求进行跟踪。在SNPLM系统中构建需求指标结构树,将用户的顶层需求进行分解细化,落实到燃料产品研发设计的各个环节中。

当简单检索无法满足用户需求时,用户可使用系统提供的高级搜索进行更细致的搜索。系统中定义了许多检索视图以满足用户的不同的检索需求,包括名称、版本、类别、项目、时间等,用户通过选择不同的查询视图来实现不同的检索需求。

需求跟踪采用JAVA插件开发的形式实现,数据均采集自系统内的需求结构树,相关的各对象类型以特定的关系与需求结构树进行关联,以系统内发布状态为完成标识;根据加权及完成数占比计算完成百分比。以上数据最终汇总生成指定excel格式的报表。

山水画萌芽于晋代。东晋的顾恺之所著的《论画》一文,第一句便是:“凡画,人最难,次山水。”和顾恺之处于同一时期的宗炳写的《画山水序》是中国最早的山水画理论著作,它主张画作应重视精神性和理性,为中国画的创作风格奠定了理论基调。

2.6 BOM自动转化

核燃料产品设计完成后需进行生产,为了将设计与生产的数据进行有效的衔接,需要对设计形成的BOM进行转化为制造所需的BOM。制造BOM用于记录制造的每个产品的零件结构,同时用于保存每个制造的零部件的制造以及运行数据。在开始前,用户输入编号的共性信息以作为制造件编码自动生成依据,同时用户主动选择设计零件是否生成唯一编码,系统将一套设计图自动转化成可能多套制造产品,即一个设计BOM对应多个制造BOM。每个制造BOM对应唯一的制造件零部件或组件,以及该零部件或组件对应的制造和技术服务文件、堆内运行反馈和技术支持文件等制造与运行数据均与该BOM关联,形成有序管理。

2.7 接口开发

核燃料产品全生命周期数据多、来源广,SNPLM系统作为数据管理系统,自身不产生新数据。为了提高数据管理效率,系统在管理自身数据的同时,建立与其他系统的接口,自动采集整理相关的产品数据,系统设计中已考虑与产品制造,运行和后处理等系统连接,自动获取产品数据信息,增强系统数据集中管理能力。系统当前与设计仿真分析评价平台建立连接,该平台可以进行仿真分析、流程管理和辅助研发工作,SNPLM系统可为设计仿真平台提供数据,同时接收设计仿真平台产生的结果或数据。如图6所示,系统之间的集成流程,实现了设计仿真分析任务集成和系统间数据的相互传递。

设计仿真平台确定研发流程以及各流程任务,当流程进行到设计任务时,通过接口将任务信息传递给指定用户;用户完成设计后,通过TC集成接口,将设计信息反馈给设计仿真平台,并触发任务完成启动下一任务;仿真过程模型以及仿真结果数据保存于设计仿真平台,可通过设计仿真平台查看相关数据资料,并完成设计仿真报告;在仿真分析流程完成后,接口将仿真分析报告传送给TC相应任务属性中。

SNPLM系统采用目前最新、最稳定Teamcenter10.1.4版本以及与其配套的Oracle11GR2数据库进行开发和部署,这样可以保证系统存储和处理大量数据的效率和系统的稳定性。

  

图6 SNPLM系统与DSAE平台的接口示意Fig.6 Interface between the SNPLM and DSAE

3 总结

燃料全生命周期数据管理系统开发工作包括软件平台的部署,并且完成了SNPLM系统功能测试,具备上线运行条件。目前已经完成了燃料组件部分设计数据的录入,实现了数据存储及权限控制的管理,具备了系统检索及需求跟踪的功能,并且与设计仿真平台建立了数据交换的接口,同时为燃料产品制造、运行和后处理等环节预留了系统数据接口。SNPLM已经通过单位的内部验收。实践表明,SNPLM系统能够满足燃料产品全生命周期数据管理需求,为燃料产品的升级换代提供完整的数据支持。

1.2.3 集中讨论 等到教师授课的时间,教师对上节课堂提出的问题进行回忆,首先利用较短的时间进行相关概念的总结,然后以问题为中心进行全体集中讨论,小组各选1名学生代表进行发言,剩余同学共同参加话题讨论,在此过程中,教师不断引导和启发学生,控制好讨论的正确范围以及时间[6]。

在同行评审结束之后,相关美国国立卫生研究院中心还将对拟资助课题进行一系列评估,包括与美国国立卫生研究院资助原则的一致性、课题经费预算评估、申请人课题组织管理系统评估、申请人能力评估、与公共政策及需求的一致性评估等。

后续工作将对系统进行持续更新,增加系统管理数据的同时,消除系统中存在的错误,并且打通燃料产业链,将SNPLM系统与燃料产品各环节的数据源进行连接,对核燃料产品的数据进行集中管理与分析评估。本系统可以为核燃料产品的全生命周期服务,提升核燃料数据的可靠性和利用效率,加强核燃料产业链上各环节的数据共享和信息交流,推动核燃料产品的升级,有利于提升核燃料系统安全性和可靠性。

参考文献:

[1] 陈彭,金永利,吕华权,等.中国核燃料组件数据库的研制[J]. 核动力工程,2009,30(3):47-52.

[2] SIEMENS.Teamcenter概述[OL].http://www.plm.automation.siemens.com

[3] 巴军,汪骥宇.浅析SIEMENS的TEAMCENTER产品在核电领域的应用[J].信息技术,2013(11):15-16.

[4] 郭庆.西门子TEANCENTER在中核工程公司的部署与实施[D].北京,北京航空航天大学,2013.

[5] 刘鹏,宋为,万俊.基于C/S与B/S架构的科研项目管理系统[J]. 软件导刊,2010,9(1):110-111.

 
刘家正,李继威,朱丽兵
《核科学与工程》 2018年第02期
《核科学与工程》2018年第02期文献

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