數(shù)字化核燃料開啟變革時代

一直以來，核燃料走向市場化都是業(yè)界聚焦的命題之一。市場化、國際化、自主化是中國核燃料公司“十三五”期間轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要方向。

事實(shí)上，中國核燃料公司直面挑戰(zhàn)的勇氣與自信早已化為行動。隨著核電“走出去”一體化的實(shí)施，中國核燃料公司就開始了厲兵秣馬，研發(fā)出的核燃料CF系列，標(biāo)志著我國擁有了完全自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能燃料組件品牌，進(jìn)一步提升了我國核電出口的核心競爭力。但市場競爭最終是整體服務(wù)的競爭，是產(chǎn)品安全質(zhì)量的競爭，更是價格的競爭。當(dāng)核燃料走向市場化之際遇到數(shù)字化變革時代，一場管理變革、產(chǎn)業(yè)升級之戰(zhàn)在南北兩大核燃料基地拉開了帷幕。

中國核燃料如何向智能制造轉(zhuǎn)型，成為現(xiàn)代化制造的旗幟企業(yè)？日前，本刊記者走進(jìn)了我國南北兩大核燃料基地，一探核燃料數(shù)字化之進(jìn)程。

啟動智能制造示范工程

隨著核電發(fā)展的再次提速，我國核電建設(shè)呈現(xiàn)出了規(guī)?；l(fā)展之勢。核燃料作為核電發(fā)展的重要組成部分，自然將有著更多更大的用武之地。這看似美好的市場前景，對中國核燃料公司而言，卻將面臨更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，如何降本增效將成為繞不過去的重要課題。

此外，“走出去”已成為必然之勢。而實(shí)力決定舞臺的大小。在中國核燃料公司看來，全面建成核燃料元件數(shù)字化智能制造生產(chǎn)線，形成核燃料元件智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系，實(shí)現(xiàn)燃料元件技術(shù)整體出口，才能擁有更大的競爭優(yōu)勢。

可見，加快產(chǎn)業(yè)升級已成為其迫切需要。中國核燃料公司“十三五”規(guī)劃中指出，“十三五”期間要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)，研究最新的工業(yè)技術(shù)成果要在設(shè)計(jì)上做好研發(fā)對接，力求做到能夠在工廠及時應(yīng)用；設(shè)計(jì)手段要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，完成的設(shè)計(jì)方案是一個數(shù)字包，而不再是幾張圖紙。全面推進(jìn)核燃料數(shù)字化已成為燃料板塊“十三五”規(guī)劃的重要內(nèi)容。

事實(shí)上，無論是有著厚重歷史的中核北方核燃料元件公司，還是有著“元件硅谷”之譽(yù)的中核建中核燃料元件有限公司，自動化、信息化、數(shù)字化推進(jìn)由來已久。

早在上個世紀(jì)，中核北方就實(shí)施了設(shè)備自動化改造，并取得了一定的成績。2012年，該公司正式成立自動化創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，開始燃料元件生產(chǎn)線設(shè)備、系統(tǒng)自動化改進(jìn)項(xiàng)目實(shí)施。經(jīng)過四年的持續(xù)推進(jìn)，核燃料生產(chǎn)線自動化從單體到系統(tǒng)集成，先后完成了十幾個自動化項(xiàng)目，為核燃料生產(chǎn)線穩(wěn)定、安全、高質(zhì)量運(yùn)行發(fā)揮了舉足輕重的核心作用。

中核建中核燃料生產(chǎn)線從50噸產(chǎn)能發(fā)展到800噸產(chǎn)能，其間經(jīng)歷了5次技術(shù)改革。依托工程的每一次技術(shù)改革，都不同程度地提高了生產(chǎn)線的自動化、信息化水平。如今，該公司實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品全過程的自動化加工及物料的自動化轉(zhuǎn)運(yùn)，以及產(chǎn)品全過程的信息數(shù)據(jù)跟蹤和管控。

經(jīng)過多年的努力，如今南北兩大核燃料生產(chǎn)基地已然擁有了一定的自動化、信息化水平，在降本增效方面有著積極的探索，并取得了顯著的成效。但不得不說，這與《中國制造2025》和工業(yè)4.0提倡的智能制造還有著一定的差距，全面實(shí)現(xiàn)核燃料數(shù)字化，無法一蹴而就。

“按照規(guī)劃，公司將利用先進(jìn)的裝備技術(shù)、自動化技術(shù)、信息化技術(shù)對核燃料元件制造生產(chǎn)線進(jìn)行智能化改造，建設(shè)智能制造示范工程，形成標(biāo)準(zhǔn)體系，再全面推廣應(yīng)用到整個核電燃料元件生產(chǎn)線。”中國核燃料公司信息化部門負(fù)責(zé)人齊占順告訴記者，目前，公司已完成了核燃料元件生產(chǎn)智能制造規(guī)劃方案的編制，以及核燃料元件生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)試運(yùn)行效果的評估，并提出了改進(jìn)技術(shù)方案。

提速自動化

30歲的王海泊換好工作服后，早上8:00準(zhǔn)時進(jìn)入中核北方重水堆粉末冶金車間，開始一天的工作。作為該車間不多的工作人員之一，他負(fù)責(zé)車間的維護(hù)工作。無塵車間里，送料、加工、搬運(yùn)……機(jī)器人正按部就班地工作著。一圈巡視后，王海泊回到車間電腦前填寫工作日志。

而在中核建中8車間，同樣進(jìn)行著自動化生產(chǎn)。從芯塊制備、燃料棒制造及組件生產(chǎn)線，燃料元件在不算長的一體化生產(chǎn)線上，隨著不斷地前移，一點(diǎn)點(diǎn)地“成長”起來。

“自動化是數(shù)字化的基礎(chǔ)。以自動化改造為契機(jī)，推動自動化、信息化深入融合、持續(xù)推進(jìn)，才能逐步實(shí)現(xiàn)核燃料數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)智能制造。”中核北方核燃料元件有限公司總經(jīng)理馬文軍說。而僅僅自動化改造就已為南北兩大核燃料制造基地帶來了諸多益處。

核燃料元件既是核電站的能量源泉，又是保護(hù)核電安全的第一道屏障。“自動化改造不僅實(shí)現(xiàn)了降本增效，還有效地避免和消除了人因?qū)Ξa(chǎn)品質(zhì)量造成的直接和間接影響，保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。”中核北方總經(jīng)理助理、重水堆燃料元件廠廠長張杰介紹說，僅生產(chǎn)線端塞焊崗位中的上管、焊接、再上管的動作，工人一天下來要重復(fù)3000多次，大量重復(fù)動作不僅增加了工人的勞動強(qiáng)度，也極易出現(xiàn)失誤。自動化改造，解放了人力，同時也保障了產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性。以重水堆核燃料生產(chǎn)線為例，自動化改造后，棒束產(chǎn)品合格率達(dá)到了世界先進(jìn)水平。

事實(shí)上，在自動化改造過程中，用機(jī)器人替代人工給南北兩大基地帶來最直接的效益就是降低了人力成本。

中核北方各生產(chǎn)線由不同國家或地區(qū)引進(jìn)，建設(shè)時間不同，系統(tǒng)之間差別比較大。因?yàn)樵O(shè)備多、人工操作多，導(dǎo)致工作效率和經(jīng)濟(jì)效益不高。自動化改造，實(shí)現(xiàn)了降本增效。自動化系統(tǒng)投入使用后，崗位操作人員共計(jì)減少近百人，大大節(jié)約了人力資源成本。

自動化帶來的成果特別顯著。中核建中科技部主任鄧話說：“中核建中原有的400tU/a核燃料元件老生產(chǎn)線，整體自動化、信息化水平都還很低，且設(shè)備服役時間長，布局分散，整個生產(chǎn)線崗位員工600人左右。而新建成投產(chǎn)的400tU/a核燃料元件一體化生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了主要工序的自動化生產(chǎn)、物料的自動化轉(zhuǎn)運(yùn)，全線僅需要100余名工作人員。”

未來，隨著自動化改進(jìn)升級工作持續(xù)推進(jìn)，以及設(shè)備系統(tǒng)優(yōu)化整合，生產(chǎn)操作及在線檢驗(yàn)人員將繼續(xù)減少。“以中核北方重水堆核燃料生產(chǎn)線為例，預(yù)計(jì)到2017年，整個生產(chǎn)線生產(chǎn)運(yùn)行及管理人員將不超過300人，主工藝生產(chǎn)線人員配備將少于200人，初步實(shí)現(xiàn)1噸鈾/人˙年。”張杰補(bǔ)充道。

推進(jìn)管理信息化

如果說設(shè)備制造自動化是看得見的自動化，那么管理信息化就是看不見的自動化。信息化打破了傳統(tǒng)的管理模式，重構(gòu)了一個全新思維模式，當(dāng)國內(nèi)多數(shù)制造業(yè)還處于工業(yè)2.0時期（自動化），它為南北核燃料基地帶來一場意義重大的管理變革。

11月29日，型號為523977249154的核燃料組件組裝完畢，在“閨房”中靜靜地等候即將啟程“遠(yuǎn)嫁”。從“孕育”到“亭亭玉立”，它“成長”中的所有信息，在中核建中信息化平臺上都有著清晰全面的記錄。

“中核建中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)全周期的生產(chǎn)制造數(shù)據(jù)管理。”中核建中生產(chǎn)運(yùn)行部主任童慎修進(jìn)一步說，核燃料元件從原材料、產(chǎn)成品在制造過程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)均進(jìn)入生產(chǎn)管理系統(tǒng)，包括原材料的到貨檢驗(yàn)、放行、調(diào)撥領(lǐng)料、車間投料，半成品、產(chǎn)成品的生產(chǎn)入庫、檢驗(yàn)、監(jiān)督、見證、放行以及再投料、用料直至最后的組件出廠都已實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理。

信息化開辟了創(chuàng)新管理空間，通過構(gòu)建覆蓋公司整個核燃料元件制造動態(tài)的、透明的、可追溯的信息化體系、實(shí)現(xiàn)核燃料元件生產(chǎn)全過程跨部門協(xié)調(diào)控制，讓信息流有序地組織起來，進(jìn)而提升成本管控能力、質(zhì)量保證能力、安全保障能力。

“十二五”期間，中核建中不斷引進(jìn)國外先進(jìn)裝備、制造技術(shù)，并在消化吸收的基礎(chǔ)上堅(jiān)持自主創(chuàng)新，對生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)了芯塊制備、燃料棒制造及組件生產(chǎn)線主要工序的自動化生產(chǎn)、物料的自動化轉(zhuǎn)運(yùn)和數(shù)據(jù)采集。在此基礎(chǔ)上，為解決生產(chǎn)運(yùn)行調(diào)度方法落后，生產(chǎn)決策遲緩的問題，在制造執(zhí)行層面實(shí)施了核燃料元件生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)。同期，為實(shí)現(xiàn)“文檔管理電子化”、“流程信息化”及滿足經(jīng)營、管控信息化的要求，先后開展了協(xié)同辦公系統(tǒng)及以ERP為核心的管理信息系統(tǒng)的建設(shè)工作。

“通過管理信息系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)用，目前已經(jīng)規(guī)范和固化100余條業(yè)務(wù)流程，涉及采購、調(diào)撥、付款、設(shè)備管理、合同、項(xiàng)目、人力資源等業(yè)務(wù)。設(shè)置審批流程近300余條。將企業(yè)內(nèi)部分工與整體業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)、內(nèi)控制度與ERP系統(tǒng)有機(jī)地融為一個整體，既支撐業(yè)務(wù)高效流轉(zhuǎn)，同時又確保內(nèi)控制度的具體執(zhí)行和落地。”童慎修表示。

如今，中核建中信息化平臺建立了核燃料元件條碼化跟蹤體系，實(shí)現(xiàn)了核燃料元件制造關(guān)鍵崗位的可視化操作及核燃料元件制造產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)批次、時間、物品等多維度的統(tǒng)計(jì)跟蹤；實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)流程閉環(huán)與內(nèi)控措施的完整結(jié)合及HSE（健康安全環(huán)境）集中化管理，提高了HSE隱患處理能力。這些為全面打造燃料元件數(shù)字化車間，實(shí)現(xiàn)智能制造奠定了基礎(chǔ)。

用數(shù)字化打造綠色園林式鈾礦山

王永軍已經(jīng)數(shù)不清自己是第幾次來天山鈾業(yè)了?？吹竭@個現(xiàn)代化的鈾礦基地正在一天天長大，這位來自中核第四研究設(shè)計(jì)工程有限公司（核四院）的工程師很是自豪，“看過核電站，你會發(fā)現(xiàn)中國的鈾礦也不錯。”

王永軍口中的天山鈾業(yè)是目前中國產(chǎn)能最大、技術(shù)最先進(jìn)、數(shù)字化程度最高的天然鈾生產(chǎn)基地，位于新疆天山山脈的烏孫山，據(jù)說這里是古代西域諸國中的烏孫國所在地，距離哈薩克斯坦只有不到100公里，是名副其實(shí)的邊陲之地。但就是在這片廣袤荒蕪的土地下面，一個幾乎無人值守的數(shù)字化工廠正在分秒不停地生產(chǎn)著被譽(yù)為“核電糧食”的天然鈾。

打造無人值守的綠色鈾礦

“天山鈾業(yè)是中國天然鈾生產(chǎn)的綠色示范基地。這個示范不光是與環(huán)境和諧共存的示范，還包括先進(jìn)生產(chǎn)和管理的示范。”核四院總經(jīng)理陳軍利認(rèn)為，天山鈾業(yè)鈾礦大基地最值得稱道的地方在于先進(jìn)的采冶技術(shù)和數(shù)字化的生產(chǎn)方式。

“在天山鈾業(yè)辦公室，我們就可以24小時收集、監(jiān)控井場、水冶廠的所有信息。而與數(shù)字化信息相連的另一端，則是無人值守的井場集控室和高度自動化的水冶生產(chǎn)。”倪玉輝是核四院專門研究綠色鈾礦山標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的副總工程師。據(jù)她介紹，中國鈾業(yè)一直在致力完善綠色礦山標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，而其中最重要的內(nèi)容就是建設(shè)數(shù)字地浸鈾礦山。“作為天山鈾業(yè)鈾礦基地的工程設(shè)計(jì)總承包單位，我們在設(shè)計(jì)階段植入了數(shù)字化的理念。”

從本世紀(jì)初開始，核四院致力于數(shù)字礦山探索，瞄準(zhǔn)國際先進(jìn)礦山技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)，攜手天山鈾業(yè)不斷提升自動化、信息化水平，初步建成集工藝過程控制、生產(chǎn)場所實(shí)時監(jiān)控、生產(chǎn)流程統(tǒng)一調(diào)度、應(yīng)急管理綜合指揮為一體的智能管理網(wǎng)絡(luò)平臺，特別是地浸采鈾生產(chǎn)及管理過程中的礦山資源已實(shí)現(xiàn)四維動態(tài)管控，提高了資源利用率、降低了生產(chǎn)成本。

“和核電站一樣，鈾礦生產(chǎn)也是在主控室由電腦控制生產(chǎn)。”倪玉輝告訴記者，天山鈾業(yè)的關(guān)鍵工藝數(shù)控化率已經(jīng)達(dá)到了80%以上。“未來國內(nèi)地浸鈾礦采冶自動化比率還將進(jìn)一步提高。比如我們正在研發(fā)的集裝箱式可移動集控室，井場采用這種模塊化的集控室，實(shí)現(xiàn)集控室的工廠化建造，現(xiàn)場裝備式安裝，并可重復(fù)利用。不僅實(shí)現(xiàn)資源的節(jié)約、集約利用，還可以通過數(shù)字化控制，實(shí)現(xiàn)真正的無人值守。”

打造互聯(lián)網(wǎng)+的園林鈾礦

通過天山鈾業(yè)大基地建設(shè)的嘗試，中核集團(tuán)在數(shù)字化地浸礦山建設(shè)方面，實(shí)現(xiàn)了勘探、生產(chǎn)、管理數(shù)據(jù)自動采集更新，建立了四維動態(tài)模型，實(shí)時掌握資源狀況，建立生產(chǎn)自動調(diào)度指揮和安全環(huán)保的實(shí)時監(jiān)控，建立數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)，消除信息“孤島”，實(shí)現(xiàn)地浸礦山的可視化和數(shù)字化。

“華龍一號有一個可以連通國內(nèi)外所有涉及單位的互聯(lián)網(wǎng)平臺。而中國的天然鈾領(lǐng)域，類似的平臺正在搭建。”在陳軍利看來，推動鈾礦實(shí)現(xiàn)數(shù)字化生產(chǎn)管理，只是萬里長征第一步，而要實(shí)現(xiàn)中國天然鈾的數(shù)字化，則需要搭建一個網(wǎng)絡(luò)平臺。

在核四院數(shù)字礦山技術(shù)研發(fā)中心，記者看到了這個正在搭建的網(wǎng)絡(luò)平臺。

“通過這個平臺，鈾礦建設(shè)可以實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)、虛擬建造、數(shù)字建模，涵蓋了天然鈾基地建設(shè)的各個環(huán)節(jié)，還可以在平臺上看到全國每天的天然鈾生產(chǎn)數(shù)據(jù)的同步更新。”隨著倪玉輝的介紹，電腦顯示屏上開始了與一個個鈾礦的虛擬接觸。

搭建這個網(wǎng)絡(luò)平臺的初衷是核四院看到隨著地浸采區(qū)的不斷增多，生產(chǎn)實(shí)際過程中生產(chǎn)信息互通能力差、數(shù)據(jù)提取工作量大、數(shù)據(jù)信息不能綜合利用等諸多問題不斷凸顯。

“作為鈾礦建設(shè)的總承包方，我們要從設(shè)計(jì)源頭就聚焦行業(yè)發(fā)展問題，引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展。”據(jù)陳軍利介紹，數(shù)字化鈾礦山，其實(shí)不應(yīng)只有生產(chǎn)，而應(yīng)該從科研開始，以設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過施工、建設(shè)、調(diào)試等工程建設(shè)，以及運(yùn)行維護(hù)，退役等過程的積累，構(gòu)建一個全過程、全壽期的數(shù)字化鈾礦山，形成天然鈾生產(chǎn)的良性循環(huán)。“只有這樣，中國整個天然鈾行業(yè)才會真正變成一盤棋。”

同樣是在這個網(wǎng)絡(luò)平臺，記者通過VR看到，未來的鈾礦山在生產(chǎn)時是園林式鈾礦，在退役后是園林式公園。“當(dāng)鈾礦遇到數(shù)字化，改變的不僅是生產(chǎn)效率，還有安全環(huán)保水平，最終我們收獲的除了金山銀山，還有綠水青山。”陳軍利表示，只有這樣，中核集團(tuán)鈾礦山才會以“新模式、新標(biāo)準(zhǔn)、新形象、新效益”，真正成為安全環(huán)保的標(biāo)桿、地方發(fā)展的標(biāo)桿、企地和諧的標(biāo)桿，這也是中核集團(tuán)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

數(shù)字化核電廠建設(shè)正當(dāng)時

原標(biāo)題:砥礪奮進(jìn)的五年｜數(shù)字化核燃料開啟變革時代