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1、 第40卷第1期原子能科学技术Vol.40,No.12006年1月Atomic Energy Science and TechnologyJan.2006基于现代集成制造系统的核安全集成管理系统研究周 刚(海军工程大学 核能科学与工程系,湖北 武汉 430033)摘要:为提高核电站运行的安全性、可靠性和经济性,以计算机集成制造系统与现代集成制造系统(CIMS)的“集成”思想为指导,提出了核安全集成管理的新方法。对核安全集成管理系统的设计进行了研究。采用数据库和工程数据管理技术(PDM)实现核电站的信息集成。在系统设计时,针对核电站安全管理特点,将核电站与安全相关的工作按性质分为不同的类型,在总
2、系统下设计若干个分系统,每个分系统完成一种类型的核安全管理工作。在基于CIMS的集成环境下,每个系统既相对独立又相互联系,通过全局信息共享系统实现信息共享,从而确保核安全工作高效、协调而有序地进行。关键词:核电站;现代集成制造系统;核安全;集成管理收稿日期:2004203222;修回日期:2004205213基金项目:海军工程大学科研基金资助项目(20030306)作者简介:周 刚(1967),男,河南信阳人,讲师,博士,核能科学与工程专业中图分类号:TL36 文献标识码:A 文章编号:100026931(2006)01200040204Research on Integrated Manag
3、ing System Based on CIMSfor Nuclear Power Plant SafetyZHOU Gang(Department of N uclear Energy Science and Engineering,N aval Universityof Engineering,Wuhan430033,China)Abstract:In order to improve safety,economy and reliability of operation for nuclearpower plant(NPP),a novel integrated managing met
4、hod was proposed based on theideas of computer and contemporary integrated manufacturing system(CIMS).The ap2plication of CIMS to nuclear power plant safety management was researched.In order todesign an integrated managing system to meet the needs of NPP safety management,allwork related to nuclear
5、 safety is divided into different category according to its charac2ters.On basis of this work,general integrated managing system was designed at first.Then subsystems were designed and every subsystem implements a category of nuclearsafety management work.All subsystems are independent relatively on
6、 the one hand andare interrelated on other hand by global information system.Key words:nuclear power plant;contemporary integrated manufacturing system;nucle2 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/ar safety;integrated management 核安全管理是核电站(NPP)工作中一个至关重
7、要的组成部分,也是核电站安全生产的重要保证。核电站的安全管理非常复杂,它涉及核电站的设计、建造、运行及退役等。为进一步提高核电站的安全性、经济性和可靠性,杜绝可能存在的核安全隐患,确保核电站稳定、高效、经济地运行,充分利用核电站的人力、物力和信息资源,构建核电站科学的核安全管理体系是非常必要的。以“集成”思想为基础的计算机集成制造系统和现代集成制造系统(CIMS)的提出,为核电站的科学管理提供了一个新思路。本文以CIMS“集成”思想和方法为基础,提出核安全集成管理的新方法,并对核安全集成管理系统的设计问题进行研究。1 核电站信息集成核电站的安全目标、安全管理与安全措施的重点是核安全1。为构建科
8、学的核安全管理体系,提高其管理水平和效率,可应用CIMS集成技术对核电站实施集成化管理。CIMS的核心是“集成”2,3;集成管理的基本指导思想是对资源尤其是信息资源的充分利用,避免做没有效果或浪费性的重复工作3。在进行核安全集成管理系统设计时,针对核安全管理的特殊性1以及核安全管理的目的4,充分利用CIMS的集成技术、计算机技术、信息技术以及系统工程技术,建立完善、高效而透明的信息获取、传输、访问与分析机制,实现核安全管理中各种资源的优化配置与充分利用,确保核安全管理工作高效、协调而有序地进行。信息集成是实施集成管理的基础。设计核安全集成管理系统,首要工作是实现核电站异构环境下的信息集成。所谓
9、异构是指系统中包含了不同的操作系统、控制系统、数据库及应用软件2。实施信息集成最基本的支持环境是数据库技术和工程数据管理技术(PDM)。数据库技术为数据管理提供了一种有效手段,为实现数据共享、保证系统的一致性和CIMS的信息集成提供基础。在CIMS环境下,为了保证数据的一致性,必须对共享数据统一设计共享信息的数据库结构。利用E2R模型和IDEF1X模型进行设计。数据库系统采用分布式数据库体系结构,系统中的数据分布在多个数据库服务器上,在逻辑上构成一个整体。在工程实施时,将客户机与服务器位于同一局域网,以提高系统处理数据库数据的速度。在核电站的信息集成和过程集成中采用PDM技术,以便在并行的基础
10、上将集成思想应用到核电站的各个环节,实现核电站多部门、多学科领域专家群体协调工作,将核电站的数据信息、运行信息和过程信息的有机集成。做到将正确的信息在正确的时间以正确的方式传递给正确的人,使核电站的核安全工作高效、协调而有序地进行,从根本上确保核电站安全、可靠、稳定地运行。PDM系统以网络环境下分布数据处理技术为支撑,采用客户、服务器体系结构和面向对象的数据方法,以实现核电站及其设备全生命周期的信息管理,协调控制核安全管理中工作流和各项工作进展,在全核电站范围内建立一个并行的工作环境。电子仓库(data vault)是PDM协调的核心,它建立在关系数据库的基础上,具有方便、直观地实现文档的分布
11、或管理及全面共享。该系统由用户接口层、功能模块层以及数据处理层组成。为了充分利用数据库中已存储的信息,帮助管理者进行决策,在核电站信息集成中采用数据仓库技术(data warehouse)。数据仓库由数据仓库系统进行管理,为决策支持提供了工具和应用程序,由数据仓库的决策支持平台。数据仓库系统由数据仓库管理、数据仓库及分析工具组成(图1)。在数据仓库的基础上,利用数据挖掘技术建立核安全管理决策支持系统(DSS)。图1 数据仓库系统结构图Fig.1System structure of data warehouse14第1期 周 刚:基于现代集成制造系统的核安全集成管理系统研究 1994-2009
12、 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/2 核安全集成管理系统的设计为了充分考虑核电站安全管理的特殊性,在系统设计时,先将核电站与安全相关的工作按性质分为不同的类型,然后在总系统下设计若干个分系统,每个分系统完成一种类型的核安全管理工作。核安全管理有时会涉及多个分系统,需要设置各分系统之间的管理,包括各系统信息间的共享及其关联。在基于CIMS的集成环境下,各系统之间既相对独立又相互联系,通过全局信息共享系统实现信息共享。核电站集成管理系统由以下几个分系统组成。1)基于Intern
13、et/Intranet的核电站原型系统。该系统软件开发采用面向对象的编程语言C+、Visual Basic、Java和HTML。通过通用网关CGI和ISAPI(Internet InformationServer API)的应用编程实现核电站的Web模型。通过BDE数据库引擎工具、标准的ODBC数据通信接口以及数据存取对象技术实现核电站集成平台的信息访问与控制。2)核电站设计信息系统。该系统完成核电站所有设计信息的管理。包括核电站各系统设计信息、设备设计信息、系统与设备的试验(调试)信息以及整个核电站运行调试信息,为核安全管理提供完整的原始数据。3)核电站MIS系统。该系统完成核电站所有人员及
14、其事务管理。包括人员、核安全法规、信息管理、与安全有关的培训管理、核电站执照考核及其发放、核电站人因工程管理以及外来人员管理等几个子系统。4)CAX/PDM集成系统。指计算机辅助系统如CAD、CAQ(计算机辅助质量管理)、CAPP(计算机辅助工艺规划)等工具的集成。该系统包括系统之间的信息集成,以及工程文件和数据的管理,并通过通用接口实现PDM系统与全局信息系统之间的集成。5)核电站安全监控系统。该系统完成与核电站运行有关的核安全监督与管理工作。核电站的监测与诊断充分利用新技术方法,如建立基于神经网络的全核电站监测与诊断系统。运行决策支持系统是在状态监测、数据分析与故障诊断基础上建立的5,其目
15、的是为操作员和核安全管理人员运行决策提供指导。6)核安全分析系统。该系统完成核电站的安全分析工作。通过各种安全分析手段和方法(如安全分析软件),对核电站运行状况、维修、设备状态以及退役等工作进行核安全分析和评估,并提供国内外核安全管理的经验反馈。7)设备监测与维修核安全管理系统。该系统监督核电站各种关键设备的状态监测与在役检查工作,并给出设备监测与在役检查的数据、结论性的分析报告和建议;对设备维修工作进行核安全管理。8)核燃料管理系统。该系统根据核燃料的特点和核电站生产的特点,构建完善的核燃料管理体系,从燃料元件整个生命周期对燃料元件进行核安全管理。9)辐射防护与放射性管理系统。该系统对核电站
16、辐射防护、放射性物质及放射性废物、环境质量等工作管理。10)设备老化与退役管理系统。该系统的主要功能是对核电站的所有设备进行分级分组,确定对核安全有关的设备。根据设备在役检查的结果,确定需要延寿或退役的设备,并分别对其进行核安全管理。11)核安全仿真系统。该系统提供比较完整的核安全仿真模型,为核安全管理人员对核电站的安全管理提供分析和研究手段。12)核电站应急管理系统。该系统对核电站可能出现的意外事故和突发事件进行管理,针对不同的事件协调电站人员采取相应的决策、措施和行动。核电站集成管理系统的功能结构示于图2。需要指出的是,该系统是一个开放的系统,可以根据核电站管理的需要进行修改和扩充。整个系
17、统在CIMS应用集成平台环境中开发设计。CIMS应用集成平台支持复杂信息环境下的应用开发和集成,在异构环境下为客户提供透明和一致的信息访问与交互手段。该平台采用客户/服务器结构,由系统服务层、应用服务层、应用管理层以及应用开发层组成,其体系结构示于图3。3 结论以CIMS的思想和技术为基础,结合核电站特点,提出了核电站安全集成管理的新方法。对基于CIMS的核安全集成管理系统的设计问24原子能科学技术 第40卷 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/图2 核安全
18、集成管理系统功能结构Fig.2Function structure of integrated managing system for NPP safety图3 核安全集成管理系统体系结构Fig.3System structure of integratedmanaging system for NPP safety题进行了研究。核安全集成管理方法的提出,以及CIMS在核电站中的应用,不仅为构建科学的核安全管理体系提供了一个新思路,而且可充分优化核电站的人力、物力和信息资源,提高核电站的安全性、经济性与可靠性。参考文献:1 苏圣兵.大亚湾核电站安全管理及运行业绩J.中国电力,1999,32(4
19、):16223.SU Shengbing.Satety management and operationachievements of Daya Bay Nuclear Power PlantJ.Electric Power,1999,32(4):16223(in Chi2nese).2 吴澄.现代集成制造系统导论M.北京:清华大学出版社,施普林格出版社,2002:12325.3 白英彩,唐 冶 文,余 巍.计 算 机 集 成 制 造 系统 CIMS概论M.北京:清华大学出版社,1997:1250.4 陈亚平.核电站核安全的三要素与防护体系J.能源研究与利用,1997,(1):41242.CH
20、ENYaping.Three key factors ofnuclearsafety for nuclear power plant and protective sys2temJ.Energy Research and Utilization,1997,(1):41242(in Chinese).5 周刚.船舶维修集成管理系统设计研究J.中国修船,2004,(1):38240.ZHOU Gang.Design and study for integratedmanagement system of marine maintenance J.China Shiprepair,2004,(1):38240(in Chinese).34第1期 周 刚:基于现代集成制造系统的核安全集成管理系统研究 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/