數(shù)字化核燃料開(kāi)啟變革時(shí)代

一直以來(lái)，核燃料走向市場(chǎng)化都是業(yè)界聚焦的命題之一。市場(chǎng)化、國(guó)際化、自主化是中國(guó)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(guó)核燃料公司直面挑戰(zhàn)的勇氣與自信早已化為行動(dòng)。隨著核電“走出去”一體化的實(shí)施，中國(guó)核燃料公司就開(kāi)始了厲兵秣馬，研發(fā)出的核燃料CF系列，標(biāo)志著我國(guó)擁有了完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能燃料組件品牌，進(jìn)一步提升了我國(guó)核電出口的核心競(jìng)爭(zhēng)力。但市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)最終是整體服務(wù)的競(jìng)爭(zhēng)，是產(chǎn)品安全質(zhì)量的競(jìng)爭(zhēng)，更是價(jià)格的競(jìng)爭(zhēng)。當(dāng)核燃料走向市場(chǎng)化之際遇到數(shù)字化變革時(shí)代，一場(chǎng)管理變革、產(chǎn)業(yè)升級(jí)之戰(zhàn)在南北兩大核燃料基地拉開(kāi)了帷幕。

中國(guó)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(guó)南北兩大核燃料基地，一探核燃料數(shù)字化之進(jìn)程。

啟動(dòng)智能制造示范工程

隨著核電發(fā)展的再次提速，我國(guó)核電建設(shè)呈現(xiàn)出了規(guī)?；l(fā)展之勢(shì)。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(chǎng)前景，對(duì)中國(guó)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(guò)去的重要課題。

此外，“走出去”已成為必然之勢(shì)。而實(shí)力決定舞臺(tái)的大小。在中國(guó)核燃料公司看來(lái)，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(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

可見(jiàn)，加快產(chǎn)業(yè)升級(jí)已成為其迫切需要。中國(guó)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(duì)接，力求做到能夠在工廠及時(shí)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(gè)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(wú)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(dòng)化、信息化、數(shù)字化推進(jìn)由來(lái)已久。

早在上個(gè)世紀(jì)，中核北方就實(shí)施了設(shè)備自動(dòng)化改造，并取得了一定的成績(jī)。2012年，該公司正式成立自動(dòng)化創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，開(kāi)始燃料元件生產(chǎn)線設(shè)備、系統(tǒng)自動(dòng)化改進(jìn)項(xiàng)目實(shí)施。經(jīng)過(guò)四年的持續(xù)推進(jìn)，核燃料生產(chǎn)線自動(dòng)化從單體到系統(tǒng)集成，先后完成了十幾個(gè)自動(dòng)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(dòng)化、信息化水平。如今，該公司實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品全過(guò)程的自動(dòng)化加工及物料的自動(dòng)化轉(zhuǎn)運(yùn)，以及產(chǎn)品全過(guò)程的信息數(shù)據(jù)跟蹤和管控。

經(jīng)過(guò)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(dòng)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(shuō)，這與《中國(guó)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(wú)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(dòng)化技術(shù)、信息化技術(shù)對(duì)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(gè)核電燃料元件生產(chǎn)線。”中國(guó)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(píng)估，并提出了改進(jìn)技術(shù)方案。

提速自動(dòng)化

30歲的王海泊換好工作服后，早上8:00準(zhǔn)時(shí)進(jìn)入中核北方重水堆粉末冶金車間，開(kāi)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(wú)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(dòng)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(zhǎng)的一體化生產(chǎn)線上，隨著不斷地前移，一點(diǎn)點(diǎn)地“成長(zhǎng)”起來(lái)。

“自動(dòng)化是數(shù)字化的基礎(chǔ)。以自動(dòng)化改造為契機(jī)，推動(dòng)自動(dòng)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(shuō)。而僅僅自動(dòng)化改造就已為南北兩大核燃料制造基地帶來(lái)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(dòng)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(zhǎng)張杰介紹說(shuō)，僅生產(chǎn)線端塞焊崗位中的上管、焊接、再上管的動(dòng)作，工人一天下來(lái)要重復(fù)3000多次，大量重復(fù)動(dòng)作不僅增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，也極易出現(xiàn)失誤。自動(dòng)化改造，解放了人力，同時(shí)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(dòng)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(dòng)化改造過(guò)程中，用機(jī)器人替代人工給南北兩大基地帶來(lái)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(guó)家或地區(qū)引進(jìn)，建設(shè)時(shí)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(dòng)化改造，實(shí)現(xiàn)了降本增效。自動(dòng)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(dòng)化帶來(lái)的成果特別顯著。中核建中科技部主任鄧話說(shuō)：“中核建中原有的400tU/a核燃料元件老生產(chǎn)線，整體自動(dòng)化、信息化水平都還很低，且設(shè)備服役時(shí)間長(zhǎng)，布局分散，整個(gè)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(dòng)化生產(chǎn)、物料的自動(dòng)化轉(zhuǎn)運(yùn)，全線僅需要100余名工作人員。”

未來(lái)，隨著自動(dòng)化改進(jìn)升級(jí)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(gè)生產(chǎn)線生產(chǎn)運(yùn)行及管理人員將不超過(guò)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(shuō)設(shè)備制造自動(dòng)化是看得見(jiàn)的自動(dòng)化，那么管理信息化就是看不見(jiàn)的自動(dòng)化。信息化打破了傳統(tǒng)的管理模式，重構(gòu)了一個(gè)全新思維模式，當(dāng)國(guó)內(nèi)多數(shù)制造業(yè)還處于工業(yè)2.0時(shí)期（自動(dòng)化），它為南北核燃料基地帶來(lái)一場(chǎng)意義重大的管理變革。

11月29日，型號(hào)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(zhǎng)”中的所有信息，在中核建中信息化平臺(tái)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(shuō)，核燃料元件從原材料、產(chǎn)成品在制造過(guò)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(kù)、檢驗(yàn)、監(jiān)督、見(jiàn)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(kāi)辟了創(chuàng)新管理空間，通過(guò)構(gòu)建覆蓋公司整個(gè)核燃料元件制造動(dòng)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(guò)程跨部門協(xié)調(diào)控制，讓信息流有序地組織起來(lái)，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(guó)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(duì)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(dòng)化生產(chǎn)、物料的自動(dòng)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(wèn)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(yíng)、管控信息化的要求，先后開(kāi)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(guò)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(gòu)、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(gè)整體，既支撐業(yè)務(wù)高效流轉(zhuǎn)，同時(shí)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(tái)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(shí)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(lái)天山鈾業(yè)了?？吹竭@個(gè)現(xiàn)代化的鈾礦基地正在一天天長(zhǎng)大，這位來(lái)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(guò)核電站，你會(huì)發(fā)現(xiàn)中國(guó)的鈾礦也不錯(cuò)。”

王永軍口中的天山鈾業(yè)是目前中國(guó)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(shuō)這里是古代西域諸國(guó)中的烏孫國(guó)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(gè)幾乎無(wú)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(wú)人值守的綠色鈾礦

“天山鈾業(yè)是中國(guó)天然鈾生產(chǎn)的綠色示范基地。這個(gè)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(shí)收集、監(jiān)控井場(chǎng)、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(wú)人值守的井場(chǎng)集控室和高度自動(dòng)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(guó)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?cè)谠O(shè)計(jì)階段植入了數(shù)字化的理念。”

從本世紀(jì)初開(kāi)始，核四院致力于數(shù)字礦山探索，瞄準(zhǔn)國(guó)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(dòng)化、信息化水平，初步建成集工藝過(guò)程控制、生產(chǎn)場(chǎng)所實(shí)時(shí)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(tái)，特別是地浸采鈾生產(chǎn)及管理過(guò)程中的礦山資源已實(shí)現(xiàn)四維動(dòng)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(lái)國(guó)內(nèi)地浸鈾礦采冶自動(dòng)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(dòng)集控室，井場(chǎng)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(chǎng)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(guò)數(shù)字化控制，實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)人值守。”

打造互聯(lián)網(wǎng)+的園林鈾礦

通過(guò)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(dòng)采集更新，建立了四維動(dòng)態(tài)模型，實(shí)時(shí)掌握資源狀況，建立生產(chǎn)自動(dòng)調(diào)度指揮和安全環(huán)保的實(shí)時(shí)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(hào)有一個(gè)可以連通國(guó)內(nèi)外所有涉及單位的互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。而中國(guó)的天然鈾領(lǐng)域，類似的平臺(tái)正在搭建。”在陳軍利看來(lái)，推動(dòng)鈾礦實(shí)現(xiàn)數(shù)字化生產(chǎn)管理，只是萬(wàn)里長(zhǎng)征第一步，而要實(shí)現(xiàn)中國(guó)天然鈾的數(shù)字化，則需要搭建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

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

“通過(guò)這個(gè)平臺(tái)，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(gè)環(huán)節(jié)，還可以在平臺(tái)上看到全國(guó)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(kāi)始了與一個(gè)個(gè)鈾礦的虛擬接觸。

搭建這個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)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(guò)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(wèn)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(wèn)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(kāi)始，以設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)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(guò)程的積累，構(gòu)建一個(gè)全過(guò)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(guó)整個(gè)天然鈾行業(yè)才會(huì)真正變成一盤棋。”

同樣是在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，記者通過(guò)VR看到，未來(lái)的鈾礦山在生產(chǎn)時(shí)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(huì)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(shí)

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