馮毅雄，趙澤田，胡炳濤+，司恒遠，易樹平，聶 婕，王 理，洪兆溪，聶為之，王夢靈，郭景任，譚建榮

(1.浙江大學 流體動力與機電系統(tǒng)國家重點實驗室，浙江 杭州 310027；2.深圳中廣核工程設計有限公司，廣東 深圳 518172；3.重慶大學 機械工程學院，重慶 400044；4.中國海洋大學 信息科學與工程學部，山東 青島 266100；5.中廣核工程有限公司,廣東 深圳 518038；6.天津大學 電氣自動化與信息工程學院，天津 300072；7.華東理工大學 能源化工過程智能制造教育部重點實驗室，上海 200237)

0 引言

全球氣候變化對社會生態(tài)造成空前規(guī)模的影響，發(fā)展清潔能源減少碳排放，實現(xiàn)“綠色經(jīng)濟復蘇”已成為國際共識[1]。核電具有清潔、低碳、能量密度高以及不受季節(jié)和氣候影響的優(yōu)點，是取代煤、油、氣等傳統(tǒng)化石能源作為“零碳”能源體系基荷電源的最佳選擇[2]，發(fā)展核電能源是實現(xiàn)國家碳達峰碳中和戰(zhàn)略目標的重要途徑。然而與風電、太陽能、生物質(zhì)等新型潔清能源相比，近年來我國核電能源發(fā)展較為緩慢[3]。根據(jù)《中國能源大數(shù)據(jù)報告(2021)》指出，2015年～2020年我國并網(wǎng)風電、太陽能發(fā)電新增裝機容量分別為37.55%和25.25%，新增核電裝機容量僅為0.59%，遠低于風電和太陽能數(shù)據(jù)指標。一方面國家政府針對核電裝備建設了極其嚴苛的質(zhì)量安全標準體系，另一方面核電裝備本身具有資金投入大、建設周期長、機組系統(tǒng)復雜和技術(shù)知識密集的特點，這些因素導致核電裝備建設面臨嚴重挑戰(zhàn)和風險[4]，進而造成核電裝機容量增速緩慢的困境，不利于我國核電裝備產(chǎn)業(yè)積極正向發(fā)展。

為保障核電裝備產(chǎn)業(yè)常態(tài)運作和良性循環(huán)，維持核電裝備作為“國家名片”走向世界的持久競爭優(yōu)勢[5]，迫切需要從產(chǎn)業(yè)全生命周期視角統(tǒng)籌考慮，研制核電裝備全生命周期價值鏈協(xié)同平臺，打破核電企業(yè)之間的信息孤島和數(shù)據(jù)壁壘，全面提高核電裝備設計、制造、運維和管理的數(shù)字化和智能化水平，推動核電企業(yè)合作模式由“粗放式松散結(jié)合”向“跨平臺、多領(lǐng)域、全流程協(xié)同”方向轉(zhuǎn)型升級。

價值鏈分析是挖掘企業(yè)戰(zhàn)略競爭優(yōu)勢、提升企業(yè)價值增值效益的有效工具[6]。隨著市場的過度競爭和信息技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)間的競爭格局發(fā)生了深刻變化，價值鏈從企業(yè)內(nèi)部逐漸擴展到整個產(chǎn)業(yè)范圍，將原本僅存在于企業(yè)內(nèi)部的業(yè)務活動流程進行了外部延伸[7]，覆蓋全生命周期上中下游所有環(huán)節(jié)，從而形成全生命周期價值鏈。全生命周期價值鏈協(xié)同是指產(chǎn)品全生命周期各級參與企業(yè)基于流程重組和數(shù)據(jù)聯(lián)動協(xié)調(diào)業(yè)務合作關(guān)系，通過資源和技術(shù)優(yōu)勢互補提升自身生產(chǎn)服務和管控能力，實現(xiàn)全生命周期整體價值創(chuàng)造和增值效益最大化發(fā)展。全生命周期價值鏈協(xié)同的目的在于增強核心企業(yè)對合作單位的組織和管控能力，降低參與企業(yè)的生產(chǎn)與運營成本，一方面促進對客戶定制化需求的快速響應，提高價值鏈參與企業(yè)協(xié)作效率，另一方面實現(xiàn)對產(chǎn)品全生命周期質(zhì)量、進度和運維風險的精準預測和前期規(guī)避[8]。國內(nèi)外很多研究學者從價值鏈角度研究了企業(yè)集群協(xié)同效應原理與價值共創(chuàng)機制，并結(jié)合復雜裝備設計/制造/運維全生命周期業(yè)務場景進行實證分析。PARK等[9]針對電力行業(yè)在信息和通信技術(shù)融合時代的變化和行業(yè)發(fā)展需求，建立電力價值鏈演變體系框架，分析電力價值鏈變化因素和發(fā)展趨勢，指出數(shù)據(jù)和知識在影響價值鏈運行方面的重要作用日益凸顯。LIU等[10]構(gòu)建了面向中國能源市場的風電裝備價值鏈模型，基于改進的鉆石模型分析風電裝備價值鏈的影響因素，發(fā)現(xiàn)企業(yè)戰(zhàn)略、合作意愿和技術(shù)創(chuàng)新是降低價值鏈成本、實現(xiàn)價值共創(chuàng)的關(guān)鍵要素。CULOT等[11]基于工業(yè)4.0背景，研究制造業(yè)價值鏈的組成要素和演變規(guī)律，并從產(chǎn)品、服務、渠道、技術(shù)和數(shù)據(jù)5個維度提出制造業(yè)價值鏈轉(zhuǎn)型升級的實施路徑。REIS等[12]通過對220家世界頂級跨國公司近十年公開報表數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)有形生產(chǎn)要素與無形生產(chǎn)要素對企業(yè)價值的貢獻結(jié)構(gòu)總體呈現(xiàn)螺旋變化趨勢，但數(shù)據(jù)知識等無形生產(chǎn)要素的比重逐漸增大。SIMATUPANG等[13-14]基于正向激勵機制和服務主導邏輯建立價值鏈協(xié)同分析框架，提出4種不同類型的價值鏈協(xié)同模式，并從價值設計、價值交付和價值捕獲3個方面論述4種價值鏈協(xié)同模式的差異。郭健等[15]圍繞能源市場用戶需求，基于價值鏈理論研究區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)的價值形態(tài)，討論不同發(fā)展階段下能源互聯(lián)網(wǎng)價值應用場景和支撐技術(shù)，為能源云基礎設施建設與連通提供理論指導。綦良群等[16]對制造企業(yè)價值鏈協(xié)同過程進行研究，指出協(xié)同模式、協(xié)同能力、資源稟賦和企業(yè)戰(zhàn)略是影響價值鏈協(xié)同的重要因素，并運用結(jié)構(gòu)方程模型分析各影響因素的靈敏度和相互作用關(guān)系。

雖然目前已有不少學者從價值驅(qū)動因素、運行機制、演化機理、服務平臺等多方面對復雜裝備價值鏈協(xié)同展開研究，然而現(xiàn)有的研究工作僅面向全生命周期制造階段，尚未形成完整的協(xié)同體系架構(gòu)，而且大多面向汽車制造[17-18]、航空航天[19]、紡織工業(yè)[20]和能源電力等行業(yè)，針對核電裝備的研究工作較少。由于核電裝備具有顯著的產(chǎn)業(yè)獨特性，尤其是極高的技術(shù)難度、極嚴的質(zhì)量要求和極長的服役周期等典型特征，導致其他產(chǎn)業(yè)的相關(guān)研究成果難以直接遷移到核電裝備產(chǎn)業(yè)，借鑒應用效果有限。

基于以上背景，本文在總結(jié)核電裝備價值鏈協(xié)同需求與面臨挑戰(zhàn)的基礎上，提出核電裝備全生命周期價值鏈協(xié)同平臺支撐體系架構(gòu)，并從數(shù)據(jù)交互、質(zhì)量管控、狀態(tài)預測等方面出發(fā)，對核電裝備全生命周期價值鏈協(xié)同平臺的關(guān)鍵技術(shù)體系進行全面分析，最終結(jié)合核電裝備生產(chǎn)運營過程的典型業(yè)務場景開展關(guān)鍵技術(shù)的初步實踐探索，為核電裝備全生命周期價值鏈協(xié)同平臺和關(guān)鍵技術(shù)的落地應用提供參考。

1 核電裝備全生命周期價值鏈協(xié)同體系架構(gòu)

1.1 核電裝備全生命周期價值鏈協(xié)同面臨的挑戰(zhàn)

核電裝備是核電站建設所有相關(guān)組成系統(tǒng)及設備的統(tǒng)稱，劃分為核島(Nuclear Island, NI)裝備、常規(guī)島(Conventional Island, CI)裝備和輔助設施(Balance of Plant, BOP)[21]。核電裝備本體結(jié)構(gòu)極其復雜，一臺百萬千瓦級核電機組包含100余個構(gòu)筑物、380多個系統(tǒng)、8萬多套設備和50萬量級零部件，且涉及機械、電氣、儀控、熱工、流體、暖通、結(jié)構(gòu)等29個專業(yè)類別，導致核電裝備的工作管理與信息溝通存在嚴重協(xié)調(diào)困難和隱性風險[22]。其次核電裝備的質(zhì)量安全標準要求極其嚴格，與其他復雜裝備相比，其質(zhì)量保證體系也更為復雜。核電裝備質(zhì)量系統(tǒng)遵循“縱深防御”的基本原則，要求二級質(zhì)量見證(Quality Assurance, QA)和三級質(zhì)量控制(Quality Control, QC)，確保核電裝備質(zhì)量可靠性和安全性。核電裝備具有長達60年的設計壽命，加上定期換料、機組延壽與三廢處理過程，其總計在役運行時間接近百年，如此長時間的服役周期對核電裝備機組可用性和運行穩(wěn)定性提出了更高的要求[23]。

由此看出，核電裝備具有復雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、嚴苛質(zhì)量安全和超長服役周期等顯著特征，這些特征對核電裝備設計、制造和運維全流程提出了更高要求[24-25]，同時也為核電裝備全生命周期價值鏈協(xié)同帶來嚴峻挑戰(zhàn)，具體體現(xiàn)在：

(1)跨領(lǐng)域異構(gòu)數(shù)據(jù)交互失信 核電裝備各階段產(chǎn)生的物項三維模型多、模型結(jié)構(gòu)復雜，每類物項還分別對應其不同的技術(shù)狀態(tài)、專業(yè)領(lǐng)域和校審活動，最終形成的物項模型參數(shù)屬性等數(shù)據(jù)可達百萬數(shù)量級，如此大規(guī)模的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)難以保證其跨領(lǐng)域映射和耦合關(guān)系的一致性。

(2)跨企業(yè)質(zhì)量管控追溯失源 核電裝備需滿足核安全級質(zhì)量要求，然而由于龐大的零部件種類和數(shù)目，核電裝備生產(chǎn)制造過程需跨越800多家企業(yè)單位，存在嚴重的往復迭代、多維交互和級聯(lián)耦合效應。這種跨企業(yè)質(zhì)量形成與管控特性導致核電裝備質(zhì)量特性隱匿波動、質(zhì)量狀態(tài)模糊演化與質(zhì)量缺陷回溯困難等難題。

(3)跨場景預測運行維護失控 核電裝備具有近百年的服役周期，其運行過程具有多信號模態(tài)感知、多場景時空耦合、多設備狀態(tài)聯(lián)動的特征，導致核電裝備的運行狀態(tài)難以精確監(jiān)控預測[26]，此外由于核電站群廠獨立運營和多平臺封閉特性，造成運行和維修過程中產(chǎn)生的工程經(jīng)驗難以及時向上游環(huán)節(jié)反饋。

綜上所述，當前核電裝備全生命周期價值鏈在數(shù)據(jù)交互、質(zhì)量管控和狀態(tài)預測方面仍存在瓶頸和困難，無法滿足核電裝備全生命周期對于數(shù)據(jù)高一致性、堆芯高安全性和機組高可用性的迫切需求，造成核電裝備全生命周期價值鏈協(xié)同效率低下和協(xié)同效益不明顯的困境。

1.2 核電裝備全生命周期價值鏈協(xié)同體系架構(gòu)

基于前文的分析論述，為了克服當前核電裝備全生命周期價值鏈面臨的數(shù)據(jù)交互失信、質(zhì)量管控失源和運行維護失控等挑戰(zhàn)，本文設計了如圖1所示的核電裝備全生命周期價值鏈協(xié)同體系架構(gòu)，該體系架構(gòu)主要由模式協(xié)同、數(shù)據(jù)交互、質(zhì)量管控、狀態(tài)預測和應用服務5部分組成。

(1)模式協(xié)同層 面向核電裝備生命周期上中下游全流程，通過對核電裝備設計、制造、施工、運行、維修、延壽和退役各階段的組織方式、業(yè)務流程和內(nèi)在驅(qū)動因素進行宏觀分析，發(fā)掘核電裝備全生命周期價值鏈協(xié)同效應原理及運行機制，為核電裝備價值鏈優(yōu)化重構(gòu)和價值共創(chuàng)提供指導方向。模式協(xié)同層在實際生產(chǎn)運營過程中的具體載體主要包括：①價值鏈上的核心龍頭企業(yè)制定的價值鏈協(xié)同相關(guān)標準規(guī)范和技術(shù)手冊；②支撐價值鏈參與企業(yè)成員協(xié)同作業(yè)的數(shù)字化虛擬模型。國內(nèi)某核電裝備工程建設總承包企業(yè)集團編制了系列標準規(guī)范，包括《項目工作分解結(jié)構(gòu)》、《核電工程建設數(shù)據(jù)規(guī)范》、《核電廠運行生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理要求》等，用于指導核電裝備全生命周期各環(huán)節(jié)生產(chǎn)活動的責任范圍和作業(yè)深度；同時建立了一批輔助企業(yè)開展業(yè)務協(xié)同的抽象模型，包括以可交付成果為導向的工作分解結(jié)構(gòu)(Work Breakdown Structure, WBS)和以產(chǎn)品對象為核心的產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)(Product Breakdown Structure, PBS)等，實現(xiàn)對協(xié)同業(yè)務關(guān)聯(lián)的資源、設備、成本、人員及其上下游接口關(guān)系進行規(guī)范化管理。這些載體有助于價值鏈參與企業(yè)在高度協(xié)同的工作環(huán)境中開展業(yè)務活動，保障企業(yè)之間無縫順暢地進行數(shù)據(jù)交互共享，實現(xiàn)跨企業(yè)質(zhì)量管控和狀態(tài)協(xié)同預測。因此，模式協(xié)同層是核電裝備全生命周期價值鏈協(xié)同體系的基石，為協(xié)同體系的其他層次的順利實施提供可信、可溯和可控的協(xié)同條件保障。

(2)數(shù)據(jù)交互層 基于Daemon框架和GLOBAL通信協(xié)議構(gòu)建核電裝備數(shù)據(jù)空間，以三維模型為載體，采用虛擬物項技術(shù)和結(jié)構(gòu)化提資技術(shù)實現(xiàn)價值鏈上異地企業(yè)群數(shù)據(jù)同步更新和交換，通過數(shù)據(jù)編目、流程控制、同態(tài)加密等操作，支撐數(shù)據(jù)空間海量數(shù)據(jù)資源的清洗、監(jiān)測、安全和修復，為核電裝備全生命周期價值鏈決策分析提供穩(wěn)定可靠的數(shù)字化協(xié)同交互環(huán)境。數(shù)據(jù)交互層的目的是降低核電裝備海量數(shù)據(jù)資源的多態(tài)多粒度特征導致的價值鏈參與企業(yè)跨領(lǐng)域交互失信風險，通過打通不同類型企業(yè)群異構(gòu)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸渠道，支持核電裝備大規(guī)模供應廠商和核電機組群廠運營對于遠程雙向的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)交換需求。

(3)質(zhì)量管控層 基于搭建的數(shù)據(jù)空間實現(xiàn)核電裝備全生命周期質(zhì)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化管控和追溯。通過對價值鏈跨企業(yè)協(xié)同環(huán)境下核電裝備多階段質(zhì)量特性和質(zhì)量狀態(tài)進行識別，建立質(zhì)量演化圖譜模型，進一步對質(zhì)量缺陷成因和關(guān)鍵異常點進行標定，并利用相關(guān)性分析等方法推斷出缺陷原因所屬的階段。質(zhì)量管控層主要解決跨企業(yè)協(xié)同環(huán)境下核電裝備質(zhì)量特性隱匿波動、質(zhì)量狀態(tài)模糊識別和質(zhì)量缺陷溯源困難的問題，完善全價值鏈質(zhì)量保證體系，是保障核電裝備生產(chǎn)質(zhì)量和安全運行的前提。

(4)狀態(tài)預測層 是對核電裝備調(diào)試和服役階段的運行狀態(tài)和故障風險進行可靠預測，并將產(chǎn)生的運維事件經(jīng)驗(如設備故障和人因失誤)向全生命周期上游環(huán)節(jié)反饋，為核電裝備設計、制造、施工等不同階段提供決策依據(jù)和改進建議，從而實現(xiàn)價值鏈全流程閉環(huán)優(yōu)化。核電裝備在役運行數(shù)據(jù)是評估核電裝備建設安全性和經(jīng)濟性的重要依據(jù)，狀態(tài)預測層聯(lián)合核電裝備多機組運行數(shù)據(jù)建立高保真模型，通過多任務時序預測方法評估核電裝備的實時運行狀態(tài)，一方面有助于運營單位對于核電裝備運行維護、產(chǎn)能調(diào)度的精準控制，另一方面為上游環(huán)節(jié)的研發(fā)方案和工程決策提供真實的反饋數(shù)據(jù)支撐。

(5)應用服務層 是聯(lián)接理論研究和工程實踐的橋梁，為促進核電裝備全生命周期價值鏈參與企業(yè)業(yè)務協(xié)同和價值共創(chuàng)賦能增效。通過對上述理論方法和技術(shù)研究在核電裝備全生命周期典型業(yè)務場景開展落地應用，形成核電裝備設計協(xié)同和狀態(tài)管理、跨企業(yè)設計制造協(xié)同、數(shù)字化虛實協(xié)同建造、裝備故障診斷和預測運行等4項價值鏈協(xié)同基礎應用服務，以及質(zhì)量協(xié)同與全鏈追溯、裝備性能評估和閉環(huán)反饋、核電領(lǐng)域知識挖掘管理、核電企業(yè)群價值鏈管控等4項價值鏈協(xié)同高階應用服務，并積極向其他小批量多品種復雜裝備制造行業(yè)進行應用示范推廣。

2 核電裝備全生命周期價值鏈協(xié)同關(guān)鍵技術(shù)

圍繞核電裝備全生命周期價值鏈跨領(lǐng)域、跨企業(yè)、跨場景的協(xié)同需求以及數(shù)據(jù)交互失信、質(zhì)量管控失源、運行維護失控的重大挑戰(zhàn)，對上述體系架構(gòu)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)及實施路線進行詳細論述。如圖2所示，這些關(guān)鍵技術(shù)包括：全生命周期價值鏈協(xié)同數(shù)據(jù)空間構(gòu)建與挖掘、跨企業(yè)協(xié)同環(huán)境下質(zhì)量管控與全價值鏈追溯、多模態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能運維服務與閉環(huán)反饋，旨在實現(xiàn)核電裝備全生命周期價值鏈異構(gòu)數(shù)據(jù)價值挖掘、多域質(zhì)量演化追溯、運維服務智能決策3項技術(shù)創(chuàng)新突破。首先，基于全生命周期價值鏈協(xié)同數(shù)據(jù)空間構(gòu)建與挖掘技術(shù)實現(xiàn)對核電裝備大規(guī)模多源異構(gòu)數(shù)據(jù)資源進行標準化表征，從應用層面維護全生命周期跨領(lǐng)域數(shù)據(jù)交換的一致性，打破價值鏈不同類型企業(yè)主體間的信息資源壁壘。在此基礎上，跨企業(yè)協(xié)同環(huán)境下質(zhì)量管控與全價值鏈追溯技術(shù)面向核電裝備多基地制造企業(yè)群，通過探索核電裝備多域質(zhì)量演化特性和缺陷傳播路徑，提升價值鏈企業(yè)成員正向質(zhì)量監(jiān)管和逆向質(zhì)量追溯能力，推動核電裝備質(zhì)量管理水平和效率不斷提高。然后，多模態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能運維服務與閉環(huán)反饋技術(shù)建立以運行數(shù)據(jù)為中心的核電裝備狀態(tài)預測模型，為停堆換料、故障調(diào)試和機組延壽等運維服務提供決策依據(jù)，并將全流程運維知識反饋到設備設計與制造早期階段，形成完整、高效的全生命周期閉環(huán)管控體系。這3項關(guān)鍵技術(shù)與上述體系架構(gòu)闡述的核電裝備全生命周期價值鏈協(xié)同的實施路線一脈相承，分別從數(shù)據(jù)交互、質(zhì)量管控和狀態(tài)預測3方面由表及里、循序漸進地推動價值鏈參與企業(yè)深入開展生產(chǎn)與服務合作，實現(xiàn)核電裝備全生命周期價值效益最大化發(fā)展。

2.1 全生命周期價值鏈協(xié)同數(shù)據(jù)空間構(gòu)建與挖掘

隨著信息化、數(shù)字化技術(shù)發(fā)展，核電裝備企業(yè)紛紛實施信息化與生產(chǎn)工藝業(yè)務融合，在全生命周期各階段部署業(yè)務服務系統(tǒng)。然而，由于核電裝備的組成設備、零部件數(shù)量規(guī)模遠超一般產(chǎn)品，具有復雜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和眾多的專業(yè)領(lǐng)域，導致全生命周期出現(xiàn)大量碎片化的異構(gòu)業(yè)務系統(tǒng)，各業(yè)務系統(tǒng)相對獨立和分散，且數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，造成不同系統(tǒng)之間一方面存在數(shù)據(jù)的多次重復錄入，另一方面又存在缺乏有效數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的尷尬局面[27]。這一現(xiàn)象引發(fā)核電裝備全生命周期價值鏈參與企業(yè)對于數(shù)據(jù)信息和知識語義理解不一致，存在數(shù)據(jù)交互失信和迭代溝通低效等嚴重協(xié)調(diào)問題。如圖3所示，針對核電裝備全生命周期各階段業(yè)務系統(tǒng)面臨的數(shù)據(jù)分布偏差和知識語義差異等問題，構(gòu)建面向核電裝備全流程的價值鏈協(xié)同數(shù)據(jù)空間，制定核電裝備多維度元數(shù)據(jù)體系，完善數(shù)據(jù)—業(yè)務雙向映射及動態(tài)演化機制；基于數(shù)據(jù)資源編目技術(shù)明確數(shù)據(jù)資源的訪問路徑和所屬權(quán)限，建立數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測、響應與修復模型[28]，實現(xiàn)對核電裝備全生命周期價值鏈數(shù)據(jù)資源的標準化管控。在此基礎上提出核電裝備多維多視角知識分類體系，形成大規(guī)模異構(gòu)知識要素抽取與動態(tài)關(guān)聯(lián)方法，構(gòu)建滿足價值鏈上不同企業(yè)主體業(yè)務協(xié)同需求的個性化知識網(wǎng)絡，并進一步研究知識網(wǎng)絡內(nèi)部演化、動態(tài)補全與多域融合集成方法，實現(xiàn)多業(yè)務關(guān)聯(lián)知識推送服務，提升知識網(wǎng)絡服務質(zhì)量與應用價值。

(1)數(shù)據(jù)空間集成

核電裝備全生命周期價值鏈上的單位部門眾多，業(yè)務配合關(guān)系復雜，而且不同核安全等級的核電裝備數(shù)據(jù)管理方法差異較大，導致核電裝備數(shù)據(jù)模式異構(gòu)和數(shù)據(jù)版本多變。針對核電裝備數(shù)據(jù)資源存在多重復雜性耦合(場景復雜、結(jié)構(gòu)復雜、狀態(tài)復雜)的特點，首先制定面向全生命周期各階段的元數(shù)據(jù)模型，包括標準元數(shù)據(jù)、等級元數(shù)據(jù)和屬性元數(shù)據(jù)，形成統(tǒng)一的元數(shù)據(jù)基準體系。三類元數(shù)據(jù)模型分別定義了核電裝備不同維度的信息，其中標準元數(shù)據(jù)定義了核電裝備的外形參數(shù)、保溫等級等工藝信息，等級元數(shù)據(jù)定義了核電裝備的安全等級分類的安全信息，屬性元數(shù)據(jù)定義了核電裝備的重量、密度、強度等屬性信息。通過構(gòu)建的元數(shù)據(jù)基準體系，降低不同階段的數(shù)據(jù)模式差異，提升數(shù)據(jù)資源規(guī)范化和結(jié)構(gòu)化程度。其次針對核電裝備數(shù)據(jù)資源在不同階段呈現(xiàn)的多種模態(tài)特性(工程圖、表格、鍵值對、時序、3D模型)，提出數(shù)據(jù)空間多模態(tài)數(shù)據(jù)融合方法，以核電裝備PBS形成的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹模型為語義紐帶，挖掘分散在全生命周期各階段同類不同源數(shù)據(jù)資源的時空關(guān)聯(lián)關(guān)系，建立底層業(yè)務數(shù)據(jù)與產(chǎn)品模型對象的雙向映射機制，實現(xiàn)核電裝備全生命周期異地數(shù)據(jù)資源集成關(guān)聯(lián)。

(2)數(shù)據(jù)資源治理

數(shù)據(jù)資源治理是打破核電裝備全生命周期數(shù)據(jù)壁壘，提升數(shù)據(jù)認知、分析和應用價值的另一關(guān)鍵手段。核電裝備全生命周期數(shù)據(jù)資源海量且異地分散存儲，基于數(shù)據(jù)資源編目技術(shù)對數(shù)據(jù)空間中蘊含的超大規(guī)模異構(gòu)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一編碼、分割和調(diào)度，實現(xiàn)核電裝備全流程數(shù)據(jù)資源規(guī)范化管控，支撐價值鏈上企業(yè)對異地數(shù)據(jù)資源的高效檢索、定位和獲取，提升企業(yè)數(shù)據(jù)交換的安全性以及數(shù)據(jù)訪問的便捷性。此外，為了保障數(shù)據(jù)空間中數(shù)據(jù)資源的可靠性，結(jié)合核電裝備企業(yè)嚴格的技術(shù)狀態(tài)管理流程，建立空值檢查、規(guī)范性檢查、值域檢查、邏輯檢查等多維度數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測模型，進一步提出基于聯(lián)邦學習的數(shù)據(jù)一致性檢測與修復方法，對質(zhì)量不合規(guī)的數(shù)據(jù)記錄進行修復和補償，實現(xiàn)核電裝備全生命周期數(shù)據(jù)資源統(tǒng)一治理和高效利用。

(3)知識網(wǎng)絡表征與構(gòu)建

核電裝備海量的數(shù)據(jù)資源需要轉(zhuǎn)化為支撐企業(yè)生產(chǎn)運營的知識與規(guī)則，才能最大限度地發(fā)揮應用價值[29-30]。首先建立核電裝備知識網(wǎng)絡的概念層模式，基于MECE(mutually exclusive and collectively exhaustive)原則、IDEF5建模法等本體分析方法，從核電裝備通用知識、專業(yè)知識、輔助知識等不同維度，以及核電站島別、系統(tǒng)、部門等不同視角出發(fā)，建立核電裝備領(lǐng)域本體概念模型，實現(xiàn)核電裝備知識概念的有序關(guān)聯(lián)表征，為知識網(wǎng)絡的分層分域、實體關(guān)系和屬性定義提供依據(jù)。其次利用連續(xù)詞袋模型(Continuous Bag-of-Words, CBOW)、Glove、Bert等深度學習框架建立端到端的知識網(wǎng)絡抽取模型，包括分布式表示、上下文編碼和標簽解碼器3部分，從制備的核電裝備異構(gòu)知識語料中抽取知識實體、關(guān)系和事件。知識抽取的基本流程是：分布式表示對知識語料進行預處理，實現(xiàn)知識語料的高維稀疏表征，便于后續(xù)對知識實體、關(guān)系和事件進行抽取。接著，預處理后的知識語料依次經(jīng)過上下文編碼和標簽解碼器，通過編碼—解碼操作識別知識實體間的潛在聯(lián)系，最終實現(xiàn)核電裝備知識抽取。為了解決核電領(lǐng)域數(shù)據(jù)標簽極其匱乏的問題，提出集成遷移學習算法，從帶標簽的通用知識語料中捕獲知識語義和句法信息，指導核電裝備知識實體及其關(guān)聯(lián)關(guān)系的半監(jiān)督自動抽取，實現(xiàn)核電裝備知識網(wǎng)絡的動態(tài)自組織鏈接。

(4)知識網(wǎng)絡智能應用服務

受客戶需求變更和企業(yè)業(yè)務調(diào)整的影響，所建立的核電裝備全生命周期價值鏈知識網(wǎng)絡需要及時更新、擴展與優(yōu)化，才能保障核電裝備企業(yè)知識服務的正常運轉(zhuǎn)。此外，如何提升知識推送服務的精準性和自主性是改善知識網(wǎng)絡服務性能的重要議題。首先圍繞知識網(wǎng)絡中共性關(guān)鍵知識的變異、內(nèi)部選擇、傳播和繼承等演化特征，提出基于相似實體聚類的知識網(wǎng)絡演化方法，構(gòu)建知識網(wǎng)絡的動態(tài)演化機制和融合補全策略，建立起不同業(yè)務、不同設備知識間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，實現(xiàn)知識網(wǎng)絡逐步增量擴展[31]。其次針對全生命周期不同階段業(yè)務間知識語義沖突問題，利用共指消歧技術(shù)實現(xiàn)知識實體指稱項與語義對象的跨業(yè)務匹配對齊，在此基礎上提出知識網(wǎng)絡多維度量化評判準則，為知識網(wǎng)絡的性能優(yōu)化提供依據(jù)。最后建立多種類型的知識匹配策略和推送方式，根據(jù)用戶需求偏好進行多渠道知識推送服務，提升知識網(wǎng)絡的智能化水平和應用價值。

2.2 跨企業(yè)協(xié)同環(huán)境下質(zhì)量管控與全價值鏈追溯

核安全問題是核電裝備最重要的問題，也是有別于其他機械裝備最突出的特征。核安全貫穿核電裝備全生命周期的始末，要保證核安全，其關(guān)鍵在于重視、踐行和糾正全生命周期一切生產(chǎn)運營活動的質(zhì)量，這要求核心企業(yè)(如核電裝備工程總包商)必須及時準確地掌握價值鏈所有參與企業(yè)的質(zhì)量狀態(tài)。然而，核電裝備價值鏈上參與企業(yè)數(shù)量規(guī)模非常龐大，其多品種特性往往需要上千家不同地域的供應商分工作業(yè)，傳統(tǒng)的質(zhì)量管控手段難以解決大規(guī)模企業(yè)協(xié)同生產(chǎn)環(huán)境存在的質(zhì)量特性波動和質(zhì)量狀態(tài)模糊問題，進而造成質(zhì)量事故發(fā)生概率和形成誘因辨識困難。核電裝備質(zhì)量形成過程跨企業(yè)級聯(lián)效應顯著，具有往復迭代、多維交互的典型特征，造成質(zhì)量特性隱匿波動、回溯機理不清、潛在質(zhì)量風險難以識別等問題，因此探明跨企業(yè)協(xié)同環(huán)境下核電裝備質(zhì)量特性波動、傳遞與回溯機理，構(gòu)建基于質(zhì)量數(shù)據(jù)與機理模型的質(zhì)量狀態(tài)演化鏈，實現(xiàn)質(zhì)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化管控和精準追溯對于核電裝備全生命周期價值鏈協(xié)同至關(guān)重要。如圖4所示，研究面向設計/制造/施工等階段的跨域質(zhì)量特性提取、規(guī)范和識別方法，形成核電裝備關(guān)鍵質(zhì)量特性集。構(gòu)建設計質(zhì)量演變本體模型與制造質(zhì)量演化數(shù)據(jù)模型，揭示核電裝備質(zhì)量狀態(tài)演化路徑，形成質(zhì)量狀態(tài)演化圖譜。在此基礎上，提出跨企業(yè)質(zhì)量信息規(guī)范化傳遞策略、協(xié)同質(zhì)量計劃和業(yè)務流程融合方法，實現(xiàn)核電裝備結(jié)構(gòu)化質(zhì)量管控，建立質(zhì)量追溯模型刻畫質(zhì)量缺陷的可傳播路徑與追溯關(guān)聯(lián)關(guān)系，實現(xiàn)核電裝備質(zhì)量缺陷和質(zhì)量異常事件的可追溯。

(1)關(guān)鍵質(zhì)量特性識別

核電裝備關(guān)鍵質(zhì)量特性是全生命周期價值鏈各階段檢驗、評價和考核的依據(jù)[32]。目前，核電裝備一般質(zhì)量檢查采用周期性批次抽查方式，由于零配件成品的數(shù)據(jù)量龐大，審查流程和接口復雜，即使是10%的檢查率都需要大量的人力投入。因此，如何從價值鏈上多企業(yè)、多領(lǐng)域、多階段協(xié)同過程產(chǎn)生的大量高維異構(gòu)質(zhì)量信息源中正確識別出關(guān)鍵質(zhì)量特性，是提升核電裝備質(zhì)量檢測效率和管控深度的有效手段。針對質(zhì)量特性及其要素概念界限模糊、質(zhì)量特性影響因素眾多的問題，利用公理化設計、質(zhì)量功能展開等方法從客戶需求中提取設計質(zhì)量特性，包括設計裕量、參數(shù)范圍、情感偏好等，通過條件隨機場、序列標注等命名實體識別方法從異構(gòu)質(zhì)量信息源中提取制造、施工等階段質(zhì)量特性，包括尺寸公差、事故頻次、合格率和現(xiàn)場服務次數(shù)等，進而形成價值鏈多域質(zhì)量特性集。然后利用z-score標準化、模糊熵量化方法對質(zhì)量特性集進行聚類分析，挖掘不同業(yè)務階段質(zhì)量特性間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。最后基于群體層次分析方法建立關(guān)鍵質(zhì)量特性識別模型，通過賦權(quán)排序、特征選擇等策略從多域質(zhì)量特性集中識別出核電裝備關(guān)鍵質(zhì)量特性，為核電裝備全生命周期價值鏈質(zhì)量狀態(tài)演化和過程控制奠定基礎。

(2)多域質(zhì)量狀態(tài)演化

核電裝備質(zhì)量特性在全生命周期不同階段具有不同的載體，全生命周期質(zhì)量演化過程呈現(xiàn)波動隱匿特征，存在復雜的非線性跨域耦合關(guān)系。在核電裝備設計階段質(zhì)量狀態(tài)形成過程中，通過提取產(chǎn)品設計過程的相關(guān)質(zhì)量信息，如材料模型、結(jié)構(gòu)模型、屬性模型等，將設計階段的質(zhì)量信息進行融合，構(gòu)建設計質(zhì)量機理本體模型，揭示核電裝備在設計階段的質(zhì)量演化過程。在核電裝備制造、建造、調(diào)試階段質(zhì)量狀態(tài)形成過程中，提取3個階段產(chǎn)生的質(zhì)量見證記錄、質(zhì)量報告、設備試驗報告等多源異構(gòu)質(zhì)量數(shù)據(jù)，構(gòu)建質(zhì)量數(shù)據(jù)本體模型，刻畫核電裝備在制造、建造、調(diào)試階段的質(zhì)量數(shù)據(jù)演化鏈。為了表征質(zhì)量狀態(tài)在價值鏈不同階段的演化特性，以設計、制造、建造、調(diào)試為父質(zhì)量節(jié)點，以各階段的業(yè)務活動為子質(zhì)量節(jié)點，挖掘核電裝備質(zhì)量狀態(tài)在不同節(jié)點間的相互關(guān)聯(lián)關(guān)系，建立核電裝備多域質(zhì)量狀態(tài)演化圖譜。

(3)質(zhì)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化管控

核電裝備質(zhì)量系統(tǒng)覆蓋全生命周期價值鏈，具有范圍廣、層級多、接口復雜的特點，實現(xiàn)質(zhì)量載體從以文檔為中心向數(shù)據(jù)為中心轉(zhuǎn)變，支撐質(zhì)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化管控至關(guān)重要。借鑒PDCA(plan-do-check-act)循環(huán)理念，質(zhì)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化管控主要從體系建設、協(xié)同計劃、過程控制、全面評價4個方面展開。首先對核電裝備質(zhì)保體系進行分解重構(gòu)，構(gòu)建一體化的質(zhì)保體系模型；其次研究核電裝備跨企業(yè)閉環(huán)質(zhì)量管控流程，提出質(zhì)量信息資源協(xié)同內(nèi)化與價值感知機制，實現(xiàn)質(zhì)量計劃的協(xié)同發(fā)布與調(diào)度；基于全生命周期各階段產(chǎn)出的相關(guān)質(zhì)量數(shù)據(jù)文件，對核電裝備跨企業(yè)質(zhì)量形成過程進行監(jiān)督控制，為質(zhì)量事件見證和缺陷追溯提供全過程的信息記錄；最后利用多元回歸、機器學習等方法對設備生產(chǎn)過程進行質(zhì)量預測，構(gòu)建質(zhì)量風險評估模型，綜合評價設備供應商的質(zhì)量安全、供貨進度與業(yè)務績效。

(4)質(zhì)量缺陷標定與追溯

首先設計滿足核電裝備質(zhì)量追溯需求的標準化知識表達形式，基于知識推理實現(xiàn)質(zhì)量缺陷成因、關(guān)聯(lián)關(guān)系分析以及關(guān)鍵流程標定，支撐質(zhì)量缺陷可追溯性和時效性。質(zhì)量缺陷標定算法的基本流程是：基于核電裝備質(zhì)量監(jiān)管體系的關(guān)鍵流程提煉核電裝備質(zhì)量特性，采用機器學習等智能化方法對質(zhì)量缺陷源進行特征重要度分析，分析缺陷源對缺陷影響程度的相對大小，進而識別出質(zhì)量缺陷的誘發(fā)原因。其次依據(jù)核電裝備價值鏈各階段的質(zhì)量不符合項報告(Non-Conformance Report, NCR)記錄、歷史質(zhì)量缺陷、質(zhì)量見證履歷等數(shù)據(jù)，采用信息抽取和語義解析技術(shù)挖掘出質(zhì)量故障現(xiàn)象、故障對象和產(chǎn)生階段，形成核電裝備質(zhì)量追溯知識庫，并結(jié)合深度學習和神經(jīng)網(wǎng)絡方法訓練多語義關(guān)聯(lián)的質(zhì)量追溯知識圖譜，對質(zhì)量缺陷數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一表征和管理。最后基于質(zhì)量追溯知識圖譜訓練質(zhì)量追溯模型，提取蘊含在知識追溯圖譜中的知識實體與事件信息，分析質(zhì)量缺陷誘因與可能涉及的階段，深入挖掘“質(zhì)量現(xiàn)象—對象—產(chǎn)生階段”的鏈路關(guān)系，實現(xiàn)核電裝備質(zhì)量缺陷成因分析與精準追溯。

2.3 多模態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能運維服務與閉環(huán)反饋

核電裝備在役運行時間長達60年，其運行狀態(tài)和運維事件經(jīng)驗對價值鏈演進優(yōu)化具有重要意義。當前核電裝備多采用“翻版+改進”設計，下游環(huán)節(jié)的機組運行狀態(tài)與運維事件信息的是核電裝備設計優(yōu)化的重要參考，然而由于核電裝備服役周期的時間跨度很大，其運行工況具有機電液熱多場耦合特性，導致積累的大量運行數(shù)據(jù)多模態(tài)、多尺度并存，給核電裝備運行狀態(tài)預測帶來嚴重挑戰(zhàn)，而且全生命周期各階段數(shù)據(jù)格式不一致，缺乏跨階段的匹配映射規(guī)則，無法實現(xiàn)全生命周期經(jīng)驗反饋數(shù)據(jù)有效貫通。因此,需打破從研發(fā)設計、設備制造到運行服務的數(shù)據(jù)分散、業(yè)務分離的局面，建立面向全生命周期的運維決策和閉環(huán)反饋技術(shù)，優(yōu)化運維事件經(jīng)驗全生命周期閉環(huán)反饋系統(tǒng)，實現(xiàn)核電裝備運行服務向智能化、全局化轉(zhuǎn)型升級。如圖5所示，為了解決當前核電裝備運行服務跨階段難泛化挑戰(zhàn)和經(jīng)驗反饋全鏈條不貫通技術(shù)瓶頸，建立多模態(tài)數(shù)據(jù)和多域知識耦合模型，提出多核數(shù)據(jù)演化協(xié)同推理機制，實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動的核電裝備智能決策與預測運行。其次提出基于語義的精準反饋機制，構(gòu)建面向全價值鏈多核優(yōu)化的運維經(jīng)驗閉環(huán)反饋通道，實現(xiàn)可遷移、可貫通的核電裝備運行服務與經(jīng)驗反饋，提高核電裝備長役期運維決策的科學性和對設計制造環(huán)節(jié)支持的適應性。

(1)故障狀態(tài)診斷

為了克服當前核電裝備故障等級劃分模糊、識別粒度不精細等難題[33]，首先采用異構(gòu)圖模型對核電裝備全生命周期各階段的屬性信息及關(guān)聯(lián)關(guān)系進行表征，基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計分布和實體特征抽取構(gòu)建單階段的故障知識空間圖模型。其次對各階段的圖模型進行融合集成，基于多域空間映射方法建立語義、尺度一致性規(guī)約以及屬性正則化規(guī)約機制，實現(xiàn)不同階段圖模型實體、關(guān)系和屬性對齊。各階段圖模型融合的基本流程是：以核電裝備不同階段故障類型的相似度為監(jiān)督資料，通過距離度量目標函數(shù)最小化策略，利用端到端有監(jiān)督學習方法，通過深度神經(jīng)網(wǎng)絡優(yōu)化算法實現(xiàn)多圖信息融合，并采用顯著性檢驗策略對模型融合效果進行評估和結(jié)構(gòu)性優(yōu)化。最后利用圖卷積網(wǎng)絡對核電裝備故障狀態(tài)進行診斷分析，針對核電裝備故障特征的復雜性，建立多尺度、多層級的圖卷積網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，設計支持多任務故障診斷的目標函數(shù)，包括多任務學習效能評價、正則化評價、訓練平衡性評價等，并利用度量學習方法構(gòu)建故障特征信息的哈希索引，支持對未知故障的快速識別和診斷。

(2)運行狀態(tài)預測

核電企業(yè)對于機組運行可用性和穩(wěn)定性具有嚴格要求，因此必須加強對機組運行狀態(tài)的監(jiān)控和主動預測，及時發(fā)現(xiàn)可能潛在的故障風險，避免因設備重大故障導致的停機事故[34]。首先對單臺核電裝備的動態(tài)運行過程進行建模，基于隨機森林、決策樹、條件隨機場等機器學習方法識別出核電裝備運行狀態(tài)關(guān)鍵參數(shù)，包括流量、溫度、背壓等，建立核電裝備單任務運行狀態(tài)預測模型。在模型訓練過程中，提出迭代預測和跨步預測兩種時序預測策略。此外，利用仿真數(shù)據(jù)和真實數(shù)據(jù)交替訓練，對仿真數(shù)據(jù)域和真實數(shù)據(jù)域分布偏差進行補償，進一步提升模型的泛化性。由于單任務模型無法捕捉到核電機組系統(tǒng)多臺設備之間的時序、空間交互作用，導致預測結(jié)果存在偏差。針對這一問題采用基于多棧長短時記憶網(wǎng)絡(Long Short Term Memory network, LSTM)、雙向LSTM等多視角多尺度時序預測模型和集成學習框架，對核電裝備運行狀態(tài)的時空特性進行同質(zhì)化劃分，設計多任務集成的核電裝備運行狀態(tài)預測模型，實現(xiàn)對核電機組系統(tǒng)多設備運行狀態(tài)的協(xié)同預測，有效支持運營企業(yè)對核電裝備綜合健康狀態(tài)的實時監(jiān)控。

(3)運維經(jīng)驗反饋

運維經(jīng)驗反饋是將核電站在運行和維修過程中出現(xiàn)的設備故障和人因失誤，按照規(guī)定的標準界定為不同級別的事件，分析其產(chǎn)生原因并采取糾正行動，防止相似事件的重復發(fā)生。首先對核電裝備全生命周期各階段的業(yè)務流程進行梳理，厘清階段內(nèi)部的業(yè)務運行邏輯，明確其關(guān)鍵業(yè)務活動并確定輸入輸出接口。在此基礎上，通過經(jīng)驗信息關(guān)聯(lián)挖掘技術(shù)和語義驅(qū)動的經(jīng)驗反饋精準分發(fā)機制兩條技術(shù)路線，實現(xiàn)全生命周期經(jīng)驗反饋數(shù)據(jù)的閉環(huán)貫通。經(jīng)驗信息關(guān)聯(lián)挖掘技術(shù)的基本流程是基于業(yè)務接口關(guān)系選擇運維事件在全生命周期各階段的主要特征和數(shù)據(jù)記錄，建立訓練數(shù)據(jù)集及測試數(shù)據(jù)集。針對運維事件全生命周期的豐富特征和多模態(tài)數(shù)據(jù)(文本數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)和表格數(shù)據(jù))，設計多層級融合的深度神經(jīng)網(wǎng)絡模型，通過添加注意力機制將多種模態(tài)的經(jīng)驗反饋數(shù)據(jù)嵌入到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)子空間中，實現(xiàn)經(jīng)驗反饋信息的一致表征和有效交互。語義驅(qū)動的經(jīng)驗反饋精準分發(fā)機制的基本流程是利用產(chǎn)品三維模型在生命周期全流程的一致性原則，提出基于多層漸進式圖模型的度量學習方法，對全生命周期各階段的產(chǎn)品三維模型進行有效表征，并衡量其相似性，在此基礎上定義支撐運維經(jīng)驗閉環(huán)反饋的跨階段多業(yè)務消息傳遞模式，打破核電裝備運維經(jīng)驗反饋跨階段信息獲取的壁壘，提升經(jīng)驗反饋數(shù)據(jù)的規(guī)范性和有效性。

3 案例應用

為了驗證本文提出的核電裝備全生命周期價值鏈協(xié)同平臺支撐體系與關(guān)鍵技術(shù)的有效性，筆者團隊聯(lián)合國內(nèi)核電裝備領(lǐng)域某龍頭企業(yè)，圍繞核電裝備設計/制造/運維全生命周期，以實現(xiàn)核電裝備全流程提質(zhì)增效創(chuàng)收為目標，開展了核電裝備全生命周期價值鏈協(xié)同平臺研發(fā)專項項目研究。核電裝備全生命周期價值鏈協(xié)同平臺的總體實踐原則如圖6所示，聚焦核電裝備全生命周期數(shù)據(jù)交互、質(zhì)量管控、狀態(tài)預測的協(xié)同需求，通過研究價值鏈上企業(yè)集群動態(tài)協(xié)同感知、交互、融合、追溯和反饋技術(shù)，結(jié)合企業(yè)標準(TM)、管理規(guī)范(DM)、設計規(guī)范(DN)三級控制程序，推動核電裝備企業(yè)協(xié)同設計、優(yōu)化生產(chǎn)、精準服務等核心業(yè)務指標持續(xù)優(yōu)化，實現(xiàn)核電裝備全生命周期價值鏈業(yè)務流程的高效協(xié)同。

(1)在數(shù)據(jù)交互方面，核電裝備復雜巨系統(tǒng)產(chǎn)生大量的異構(gòu)數(shù)據(jù)資源，這些數(shù)據(jù)資源分散在全生命周期各階段業(yè)務系統(tǒng)中，然而由于應用需求和專業(yè)領(lǐng)域的差異性導致各階段數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，缺乏有效的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)映射手段，導致價值鏈參與企業(yè)之間數(shù)據(jù)傳遞與交互普遍存在準確性、完整性和一致性較差等問題。為了滿足核電裝備價值鏈統(tǒng)一的數(shù)據(jù)收集、存儲、挖掘和管理需求，針對當前核電裝備全生命周期數(shù)據(jù)流通割裂、大量數(shù)據(jù)資源分散缺乏有效整合與連貫性的問題，筆者團隊基于提出的核電裝備全生命周期價值鏈協(xié)同體系與異構(gòu)數(shù)據(jù)價值挖掘關(guān)鍵技術(shù)，開展核電裝備全生命周期價值鏈協(xié)同數(shù)據(jù)空間構(gòu)建研究，如圖7所示。首先根據(jù)核電裝備全生命周期業(yè)務數(shù)據(jù)細分標準類別，從業(yè)務域、主題域和專題域3個層次制定核電裝備元數(shù)據(jù)模型，明確元數(shù)據(jù)屬性及屬性描述，包括中文名稱、英文名稱、標識符、說明、數(shù)據(jù)類型、取值以及與其他屬性的關(guān)聯(lián)關(guān)系。在此基礎上，提出核電裝備全生命周期價值鏈協(xié)同數(shù)據(jù)標準體系，從分類標準、編碼規(guī)則、屬性定義等方面規(guī)范核電裝備業(yè)務數(shù)據(jù)的核心字段、流通邏輯和貫通范圍，消除數(shù)據(jù)在不同業(yè)務階段的語義歧義，提升底層業(yè)務數(shù)據(jù)的互通性與可用性。接著為了保證上下游數(shù)據(jù)交互的一致性，基于數(shù)據(jù)卡尺和業(yè)務視圖模型分析數(shù)據(jù)單元在不同階段間的血緣關(guān)系，實現(xiàn)企業(yè)跨平臺業(yè)務數(shù)據(jù)可信共享。最后提出面向定制化服務需求的數(shù)據(jù)模型動態(tài)變更方法，設計基于時間和基于事件兩種變更觸發(fā)機制，實現(xiàn)核電裝備數(shù)據(jù)空間隨著價值鏈上企業(yè)業(yè)務合作需求變化而平滑過渡演化，同時有效降低對其余企業(yè)主體的波動影響。

(2)在質(zhì)量管控方面，根據(jù)核安全法規(guī)和壓水堆核島機械設備設計和建造規(guī)則(Design and Construction Rules for Mechanical Components of PWR Nuclear Islands, RCC-M)要求，需要按照不同安全等級標準對配套設備和原材料以批、臺、爐批、制造批、單件等方式實施質(zhì)量監(jiān)督控制，并對設備設計、采購、制造、物流、安裝過程產(chǎn)生的圖紙、NCR記錄和技術(shù)報告等質(zhì)量數(shù)據(jù)進行追溯。由于核電裝備配套設備和原材料的物項數(shù)量高達50萬量級，而且不同類型的設備、原材料由不同供應商或制造商提供，導致核電裝備質(zhì)量形成過程跨越上千家標準不一的企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。在價值鏈參與企業(yè)協(xié)同生產(chǎn)過程中，由于網(wǎng)絡化制造環(huán)境的不確定性導致核電裝備的質(zhì)量特性更加多樣，質(zhì)量狀態(tài)影響因素相互耦合難以辨識，嚴重影響了質(zhì)量事故與缺陷誘因的匹配精度和追溯效率。針對核電裝備質(zhì)量過程參與企業(yè)多、迭代復雜的特征，筆者團隊基于提出的核電裝備全生命周期價值鏈協(xié)同體系與多域質(zhì)量演化追溯關(guān)鍵技術(shù)，開展核電裝備全生命周期跨企業(yè)質(zhì)量協(xié)同管控與全鏈追溯研究，如圖8所示。以核電裝備全生命周期價值鏈上設計院、供應商、運輸商、倉儲商、安裝商、檢測機構(gòu)等企業(yè)組織單位為對象，基于典型相關(guān)分析、最大熵理論提取核電裝備在不同企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵質(zhì)量特性和影響因素。通過智能終端設備和射頻標簽技術(shù)設計分布式數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡，基于工業(yè)5G網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)上傳到云服務設施，實現(xiàn)對所有企業(yè)的質(zhì)量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分類和匯總，進而挖掘出跨企業(yè)協(xié)同環(huán)境下核電裝備質(zhì)量狀態(tài)演化機理。同時結(jié)合質(zhì)量缺陷統(tǒng)計分析、NCR異常事件統(tǒng)計分析以及不合格品單審理查詢分析，對質(zhì)量缺陷問題進行流程標定和現(xiàn)場處理，保證質(zhì)量缺陷成因的可追溯性?；诘聡鳶AP公司的S/4HANA系統(tǒng)定制開發(fā)了核電裝備質(zhì)量管控系統(tǒng)，通過設計軟件功能模塊實現(xiàn)質(zhì)量管控技術(shù)的自動化和智能化分析，有效提升核電裝備質(zhì)量過程管控與追溯水平，確保核電設備的質(zhì)量安全。

(3)在狀態(tài)預測方面，由于核電裝備的運行環(huán)境非常復雜，經(jīng)常處于強振動、高濕高溫和臨界壓強狀態(tài)，對于環(huán)境放射性、環(huán)境介質(zhì)和安全等級都有嚴格要求[35-36]，需要開展核電裝備狀態(tài)預測和監(jiān)測技術(shù)研究，及時發(fā)現(xiàn)核電裝備的早前故障，提高核電裝備的預警能力。筆者團隊針對核電裝備超長服役周期特點，按照其在運行維護過程中的持續(xù)時間長短可劃分為不同時間尺度的運維階段。另一方面，從空間尺度來看，核電裝備的運行維護過程可進一步劃分為設備級、機組級以及系統(tǒng)級3個不同復雜度級別的運維任務。根據(jù)以上核電裝備運行維護過程存在的時空多尺度特點，提出基于人工智能和深度圖模型的多模態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動智能運行服務方法，如圖9所示，從故障狀態(tài)診斷、運行狀態(tài)預測和運維經(jīng)驗反饋3個方面開展研究，首先基于達索公司的3DEXPERIENCE平臺建立核電裝備系統(tǒng)物項的三維模型庫，為實現(xiàn)核電站全廠運維可視化監(jiān)測奠定基礎。然后通過開展系統(tǒng)工藝、管道流體和廠房振動響應等不同專業(yè)領(lǐng)域的專項測試任務，設計與LabVIEW、Fluent等各類仿真軟件的定制化數(shù)據(jù)接口，將采集自核電裝備運行現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒抡孳浖?，動態(tài)檢測核電裝備的運行狀態(tài)，支持核電裝備維修工藝虛擬仿真服務，實現(xiàn)核電裝備智慧運營和服務決策優(yōu)化。相關(guān)研究和開發(fā)工作已經(jīng)順利開展初步應用驗證，為核電裝備群廠日常運營、換料計劃、機組大修和業(yè)績集約化管控提供有效技術(shù)支撐。

正如上文所提到的，數(shù)據(jù)交互失信、質(zhì)量管控失源、運行維護失控是核電裝備全生命周期價值鏈協(xié)同面臨的3個重大挑戰(zhàn)，因此從價值鏈協(xié)同的角度，選擇這3個方面的業(yè)務活動作為案例應用的實踐場景，具有科學研究和工程實踐的典型性和必要性。目前核電裝備全生命周期價值鏈協(xié)同平臺已在國內(nèi)核電裝備領(lǐng)域某龍頭企業(yè)及其合作單位開展局部試點應用，從平臺承載數(shù)據(jù)量來看，截止2021年12月，已有1.4萬臺核電設備的物項屬性信息錄入到平臺中，包括約2萬份技術(shù)手冊、6.2萬設備供應商信息、8萬條質(zhì)量見證單據(jù)和幾十萬項運行數(shù)據(jù)記錄，覆蓋了全生命周期設計、制造和運維全流程的18 000余業(yè)務活動單元，共計形成超過25萬條業(yè)務交互接口，實現(xiàn)核電裝備全生命周期價值鏈參與企業(yè)高效深度協(xié)同；從平臺應用效果來看，核電裝備全生命周期價值鏈協(xié)同平臺建設了統(tǒng)一標準化的業(yè)務工作流，通過流程重組和數(shù)據(jù)聯(lián)動提升業(yè)務協(xié)同效率，大幅縮短合作企業(yè)間迭代溝通的時間，同時降低因企業(yè)溝通不暢導致潛在的成本和進度風險。經(jīng)過一段時間的上線運行，從供應商的供貨記錄可以看出，核電裝備全生命周期價值鏈協(xié)同平臺有利于降低設備的供貨延誤率，減少質(zhì)量事故的發(fā)生次數(shù)，從而實現(xiàn)核電裝備價值鏈參與企業(yè)的生產(chǎn)作業(yè)效率，提升價值鏈整體競爭優(yōu)勢和價值增值水平，促進核電裝備價值鏈持續(xù)長期平穩(wěn)發(fā)展。

4 結(jié)束語

新一代核電裝備百萬千瓦級裝機容量、極低堆芯損壞頻率等新工藝、新工況技術(shù)要求，對核電裝備的研發(fā)設計、生產(chǎn)制造和運行服務全生命周期提出了全新需求。傳統(tǒng)核電企業(yè)“粗放式松散結(jié)合”的合作模式由于缺乏全生命周期統(tǒng)一的數(shù)據(jù)空間和數(shù)據(jù)模型，上游的設計制造信息、與中游的運行維修信息以及下游的延壽退役信息存在維度不一致和粒度不對稱問題，質(zhì)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化管控與回溯能力不足，運維事件經(jīng)驗閉環(huán)反饋方法有待完善，難以滿足全生命周期價值鏈跨平臺、多領(lǐng)域、全流程協(xié)同要求。

本文探索了全生命周期視角下核電裝備價值鏈協(xié)同平臺支撐體系架構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)。在分析當前核電裝備價值鏈協(xié)同面臨的挑戰(zhàn)基礎上，提出核電裝備全生命周期價值鏈協(xié)同體系架構(gòu)，并從數(shù)據(jù)交互、質(zhì)量管控和狀態(tài)預測3個方面論述了核電裝備全生命周期價值鏈協(xié)同關(guān)鍵技術(shù)。最后結(jié)合筆者團隊前期在核電裝備全生命周期典型業(yè)務場景的研究工作，分析所提架構(gòu)與技術(shù)的實踐案例與應用效果，為未來核電裝備全生命周期價值鏈協(xié)同平臺的進一步工程落地應用提供參考。后續(xù)工作將繼續(xù)以核電裝備為對象，圍繞核電裝備價值鏈協(xié)同需求，開展核電裝備全生命周期價值鏈協(xié)同平臺核心構(gòu)件模塊功能方案研究，對每個構(gòu)件模塊涉及的協(xié)同關(guān)鍵技術(shù)進行深入研究，建立協(xié)同關(guān)鍵技術(shù)的模型和算法案例庫，驗證各項關(guān)鍵技術(shù)的執(zhí)行細節(jié)，進而提出相應的技術(shù)改進措施，完善核電裝備全生命周期價值鏈協(xié)同平臺的各項功能。通過積極營造和擴大平臺優(yōu)勢，幫助核電裝備企業(yè)更加高效的參與價值鏈業(yè)務協(xié)作過程，實現(xiàn)核電裝備全生命周期業(yè)務賦能和價值共創(chuàng)，為我國新一代新型核電裝備創(chuàng)新研發(fā)制造提供有力支撐。