【编转语】这两天，一则“‘国和一号‘数字孪生核电站一期工程第一阶段投用“的消息，可谓在核电圈内引起不小反响。核电行业不少同行，包括有核电公司的董事长、首席信息安全官、数字化转型专项组负责人、专业公司同行，纷纷微信转发点赞，不少同行跟我对标探讨，同时思考着自己该怎么做？怎么做得更加富有实效？趁着在南宁机场候机又加上航班延误的机会，翻阅学习和筛选了9条有关数字孪生技术行业应用的参考信息，并在文后添加了一点自己的阅后感，发出来与同行们分享，也期望引发同行一起思考。不妥之处，一起探讨改进。【宜水翔龙】
参考1：“国和一号”数字孪生核电站将于2025年实现全厂完整数字孪生
据报道，“国和一号”数字孪生核电站于2021年启动，将于2025年实现全厂完整数字孪生，是全球首个满足EPRI标准的数字孪生核电站。总体目标是依托全厂三维模型，基于工业互联网平台，采用自主可控的三维引擎，打通数据壁垒，连接跨领域、跨组织、多系统数据，通过数据共享，实现智能监测、数智运行、智慧维修全方位业务场景应用。一期工程第一阶段初步构建了一个与“国和一号”实体核电厂匹配的数字核电厂，完成了核电站最核心、复杂设备的孪生建模及各个场景的试点应用，实现了多系统数据集成可视化、沉浸式场景培训演练、设备隔离边界图智能生成等功能，达到了与国家科技重大专项“国和一号”示范项目业务深度融合的目的。
参考2：理解数字孪生：有效利用数字孪生技术和理念开展数字化转型
数字孪生是物体、产品、设备、人员、流程、供应链甚至完整业务生态系统的精确虚拟副本。使用数字孪生，人们可以在模型应用于现实世界之前测试各种变量相互之间的影响。尤其对于类似核电、船舶、航空、航天、石油、石化、高新制造等资产驱动型行业，信息技术 (IT) 和运营技术 (OT) 的融合可以为数字孪生技术赋能资产高质量管理、维修和监测等，其应用模式和效果越来越明显。例如：
1）创建生产线的数字孪生，以测试流程效率并在更改物理组件之前发现并解决问题；
2）从物联网连接设备收集有关湿度、振动、运动等的信息，看到使用中的异常值或峰值，通过定期监控来预测设备的退化；
3）了解供应链各个环节（从制造商到分销商和零售店）的供需变化；
4）帮助企业通过改变平面图和自动化等因素来优化生产，评估平均仓库绩效并确定如何改进运营；
5）帮助城市规划者在数字领域构建场景，然后再在现实世界中实施；
6）通过实时预测并使工程师能够监控无限复杂的系统，利用建模和实时数据来定位和解决核电厂的风险区域；
7）提前识别交通和天气状况、供应短缺、瓶颈和其他短缺来减少整个供应链的浪费；
8）优化医院规划，包括床位短缺、病原体传播、员工时间表和手术室容量等因素；
9）帮助公用事业公司提高运营效率，并对当前系统在自然灾害或其他风险情况下的运行情况进行压力测试，等等。
参考3：AR 头盔、数字孪生......宁德核电站的数字化实践
记得有一篇对宁德核电公司董事长田辉宇的采访，采访稿谈到：宁德核电的生产现场涉及 36 万种各种不同类型的设备，它们基本同时处于运作状态。“核电厂的运营最重要是管好两件事，一是把设备管理好、维护好，让设备不能出问题；二是把人管好，人在设备上的操作不能失误。”，核电的数字化基本就是围绕“管好人和设备”考虑的。通过采取小步快走、以点带面的策略，宁德核电目前已成功地开发了精准运维管理平台，并推出了 AR 智能头盔、智能巡检机器人等多个数字化创新应用。现场作业工程师不但可以通过 AR 头盔实时查看图形化指导，系统还可以记录检修过程，并实时上传数据到系统。现场负责 QC（质量控制）见证的监督人员也无需亲身去到现场进行工序见证，通过远程画面就能见证现场的每一步操作。宁德核电的工程师们，梳理了 75 个系统，当中包括 400 多张二维数字化流程图，再通过生产数据系统（PI）关联设备数据，实现了数据汇集，最终形成二维孪生系统，也为未来搭建三维数字孪生系统奠定了基础。该二维系统不仅能关联实时数据，还能收集现场巡检和员工手动上传的数据，包括历史数据和资料。这些应用在企业管理、效率、安全等多个方面都产生了积极的影响。2022 年，宁德核电在 WANO 同行评估中获得外部专家高度评价，获得评估总分 1 分的成绩，成为国内首家 1 分电站；运营 SHE 标准化评审获评 9.3 级，达国际标杆。
参考4：数字孪生赋能核设施退役：重水研究堆的退役仿真软件平台
我国核电站在2030年前后将开始面临退役，核设施退役工程是一项复杂的系统工程，由于即将退役的核设施都具有放射性，所以核设施的退役工程具有高危险、高污染、过程复杂、工艺要求严格等特点。传统的核设施退役工艺辅助设计手段缺少直观的、可视化的三维拆卸规划方式，拆卸工艺规程的准确性和合理性无法得到保证，辐射剂量的分布及动态变化无法评估，所以传统退役工程设计阶段所遗漏的问题可能到实际拆卸过程才被发现，极易造成人力、物力、财力等资源的浪费。2022年初，中核核信与原子能院围绕核设施数字化退役技术需求，协力打造了我国第一座重水研究堆的退役仿真软件平台，为重水研究堆退役方案辅助设计、实施方案的迭代验证等工作提供数字化技术支持。仿真平台项目中数字化退役解决方案充分考虑退役工程所涉及的核设施本身、构筑物、工器具、人员路径、剂量场分布、工程估算等内容，规划了设计仿真、辐射剂量分析、工程估算等应用模块，初步实现了包括退役数据建模、拆解仿真、退役场景及设备布置仿真、辐射剂量场可视化及计算、退役工程量估算等退役工程的数字化仿真验证，为退役施工阶段提供强有力的最佳策略输入。参考5：泛行业数字孪生、设计仿真与智能核电、虚拟建设与智能工厂
核工业是高科技战略产业，“核工业数字孪生”主题是极具前瞻性和创新性的话题。今年6月底，首届核工业数字孪生论坛圆满落幕。一批数字孪生的追梦者济济一堂，共议数字孪生在核工业应用的未来愿景。1）福清核电维修三处副处长刘仁朋，报告了《基于数字孪生技术的核电厂智慧运维系统设计》，介绍了当前核电运维管理的痛点，以及根据痛点所做数字孪生技术方面的深入挖掘，包含核电运维端的数字孪生是什么，智慧核电厂的几大模块系统方案设计，以及福清核电通过对数字孪生技术的探索研究，来真正提高核电厂运行的安全与精准控制。2）北航自动化科学与电气工程学院副教授程江峰，报告了《makeTwin一种数字孪生工业软件参考架构》，探讨分析了数字孪生的工业软件的紧迫性需求，介绍了makeTwin的核心功能、交互机制与操作流程，以及团队针对数字孪生工业软件所做的基础理论研究，最后介绍了基于makeTwin参考架构，在航空航天、轨道交通、纺织物流等领域的工业实践。3）雪浪数科航空航天事业部总经理杨飞，报告了《基于“数字底座”的孪生平台》，通过构建“工业数据+工业机理”驱动的智能制造数字底座系统，对设计、制造和运维领域进行基于数据、云原生及新算力引擎的重构，实现新一代的面向数字空间的新工业软件的研发，不断优化底层工业场景的混合建模和算力调度的能力。 4）原子能院101堆数字化退役负责人张羽，报告了《核反应堆退役工程数字化与数字孪生》，介绍了核反应堆退役情况及前景，101重水研究堆退役工程与数字化建设，核反应堆退役数字化关键技术中模型、方案设计、工艺仿真、VR场景和操作培训数字化的研究与实践，核反应堆退役数字孪生模型和场景的构想。5）Ansys中国行业技术专家刘丙权，报告了《仿真&数字孪生助力核电企业数字化转型》，主要围绕Ansys数字孪生技术架构、核心技术降阶模型&混合孪生体技术以及落地项目展开分享。Ansys基于仿真的数字孪生技术应用，为核电企业提供全面的仿真能力建设，助力企业实现数字化转型。结合核工业相关数字孪生应用案例，从项目规划、关键技术、实施步骤及路径、应用前景与价值等方面进行相关研究和实践成果分享。6）达美盛软件副总经理王洪松，报告了《构建资产数字孪生底座》，介绍了资产的数字孪生为上层数字孪生的应用提供资产数字底座的解决方案。达美盛全面推行“自研+生态+上云”，同时建立资产信息化模型“OIM+PIM+BIM”。
7）航空工业信息技术中心资深技术顾问许鸿杰，报告了《数字孪生在重大装备产品研发中的应用工程实践》，围绕数字孪生在航空产品研制中的工程实践及创新应用，涉及数据采集及传输，多源、异构特征的数字孪生联合仿真验证手段及方法，大数据分析与建模、数字孪生的全生命周期的管控等几方面进行报告。
8）上海核工院数字化工程所所长张琳，报告了《数字孪生技术助力核电数字化转型发展》，利用先进数字技术，以数据为核心，以构建贯通核电产业的数字化应用及平台为重点，开展核电产业运营和管控的数字化智能化建设。站在源头牵引的全产业链的数字化转型，为全面提升核能产业协同运作能力利用数字孪生技术，构建以数字化模型为基础、以动态数据为核心的数字孪生核电站、赋能生产运行更安全、更经济、更高效。9）核工业数字孪生联合实验室特聘专家孙奇，报告了《核能行业AI-NLP及行业应用》，围绕JM-NLP平台产品，从业务需求、技术发展、解决方案、实施策略、应用场景等方面，系统分享了AI-NLP（自然语言处理）技术在核能行业的创新与应用。概括了NLP在企业应用中具备的“6+1”核心能力，为企业提供专业化的AI能力与赋能。同时分享了AI-NLP在核能安全生产、技术管理、维修管理等领域的应用及其场景。10）北航国际交叉科学研究院常务副院长陶飞，报告了《数字孪生与数字工程思考及实践》，围绕复杂系统工程全生命周期提出对数字工程的思考与理解，展望数字工程核电五定四域的应用前景。重点围绕复杂系统提出数字孪生五维模型及其在十二个行业领域的实际应用。结合数字孪生技术发展现状，提出了数字孪生工业软件平台架构参考。 11）中国载人航天工程软件工程和数字化技术发展与管理中心主任程胜，报告了《数字孪生在航天重大工程的应用探讨》 ，总结归纳了数字孪生技术特点和价值，介绍数字孪生技术在航天领域中的应用情况，结合航天重大工程未来发展趋势和数字化建设需求，提出数字孪生技术未来在航天重大工程中的应用方向。12）三一集团数字孪生研究院院长郄永军，报告了《复杂工程装备数字孪生技术实践与思考》。报告亮点：数字孪生技术的应用要提升产品竞争力，提升客户满意度，为企业发展赋能增效。围绕工程装备研制特点与问题、数字孪生技术应用价值进行了分析，并对数字孪生技术在工程装备研制过程中的应用路径进行了介绍。13）兵器工业集团智能制造与数字化技术部部长兰小平，报告了《浅谈数字孪生的工业应用》 。报告亮点：结合工业应用实践，展望数字孪生前景。主要从实际应用的角度分享了数字孪生技术研究、架构设计与场景应用。同时结合数字工程建设发展趋势，展望数字孪生技术发展方向，探索数字孪生工业应用场景，共同促进数字孪生与工业应用加速融合。14）生态环境部核与辐射安全中心信息所所长王晓峰，以《数字孪生为核安全高效监管赋能》，介绍了利用数字孪生技术对核安全监管进行赋能，使得管理问题情境化、方式智能化、流程精简化、主体多元化，助力我国实现更高水平的核安全。15）国家核安全局核设施安全监管司副司长巢哲雄，认为：推进信息化、数字化是核安全监管现代化的重要举措，也是提升监管效能的重要手段。对此，巢哲雄提出三点建议。一是筑牢底线严守核安全。数字孪生技术在核工业领域的推广应用，要以核安全为底线，强化风险意识、底线思维，先易后难、循序渐进。二是数字孪生赋能核安全。要以数字孪生为契机，重点考虑核安全高风险作业等应用场景，通过数字孪生技术提升全行业核安全水平。三是聚力合作促进核安全。要进一步加强政企之间、部门之间数据的互联互通共享，共同促进整个核行业安全创新发展。
参考6：数字孪生驱动的核电装备智能维修决策系统及其关键使能技术
这是西安交大徐青峰、中核电工程黄倩等专家研究成果。研究认为：核电运维是确保核电装备安全可靠运行的重要基石。然而，以循环水泵为代表的核电装备因安全要求高、行业壁垒突出、巨系统规模复杂、服役环境恶劣、技术服务难度大等特点，导致其现行运维方式仍以相对保守的定期维护策略为主，存在严重的“欠维修”与“过维修”问题，难以满足核电运行安全性与维修经济性需求。为此，本文通过引入数字孪生技术，提出了一种数字孪生驱动的核电装备智能维修决策新模式，以促进核电装备由传统定期维护模式向视情维护变革，实现核电装备的智能、安全与经济运行。在此基础上，研究了支撑核电装备智能维修决策的三项关键使能技术，包括：核电装备数字孪生几何模型、机理模型和数据模型的构建与融合方法，数字孪生机理模型与深度学习模型耦合的核电装备关键零部件运行状态预警方法，以及数字孪生驱动的核电装备维修时机决策和维修风险可视化仿真评估方法。最后，基于核电循环水泵缩比试验台，开发了循环水泵数字孪生样机，并结合具体维修案例对所提模型、方法与系统进行了验证。
参考7：中广核研究院-数字孪生核电厂建设及运维领域应用解决方案
早在2021年3月，由中广核研究院研究提出的数字孪生核电厂建设及运维领域应用解决方案，荣获中国工业互联网大赛领军组优秀奖。该解决方案提出，据2020年统计数据表明， 全球运行核电机组已有442台，但多数并未实现数字化、智能化，造成这方面的主要原因是运行核电机组数字基础薄弱、缺乏信息化顶层规划、存在数据孤岛等现象，以上原因导致无法实现数字化和智能化；同时核电企业的生产运维工作，如巡检、维修、踏勘、设计、验证、改造等多采用人工方式，而核电厂运行后具有辐射及不可接近的特性，在这种环境下生产运维，不仅工作效率低而且还存在潜在安全风险。
鉴于此，中广核研究院开展了基于核领域的数字孪生技术研究，通过对核电厂生产运维需求的深度调研，为运行核电机组提供一整套数字孪生核电厂建设及运维领域应用的解决方案，重点解决核电厂的数字孪生基础建设、数字孪生功能开发、数字孪生系统运维等关键技术；同时基于数字孪生、AR、VR、5G等新技术实现数字孪生核电厂的智能化应用，为核电厂的设计、施工、生产、运维、维修、应急、退役等工作提供服务，显著降低核电厂运维安全风险，提升企业经济和安全效益。今年年初，中广核研究院数字孪生核电项目全专业协同应用入围首届“国企数字场景创新专业赛”决赛。针对核电数字化、智能化的需求，开展了协同设计、数字孪生等技术研究，为核电的研发、设计、运维等提供了一整套解决方案。采用数字协同设计技术，实现全专业协同设计、参数化接口传递等过程，保障协同设计体系能满足核电设计要求；进行数字孪生功能开发，将现场运维工作带到远程后端，减少现场人力投入；建立完整的数字孪生运维系统，生产运维人员通过5G通信与运维穿戴装备（AR、VR技术）调用数字孪生数据进行远程协同运维作业，提升现场工作效率，降低安全风险。参考8：数字机组的医学家、预言家和史学家---核电厂二回路孪生运行和操作导航
红沿河核电公司提出了核电站二回路孪生运行系统。研究认为，数字孪生相当于在数字机组上增加了三类专家：医学家、预言家和史学家。利用数字孪生技术识别实际机组与虚拟机组的差异，提前识别设备、系统的状态发展是否存在“超差离区”的特征；将状态参数和反算的物性值同步到模拟机中，并加快演化，演练控制策略，得到驾驭机组的“导航信息”；通过“历史回放”不断汲取优秀运行经验和分析最佳运行参数匹配，提高机组的安全性。
参考9：国家标准正式发布，规范数字孪生的参考架构、基本要求、功能要求以及安全要求
由中国电子技术标准化研究院牵头制定的GB/T 43441.1-2023《信息技术 数字孪生 第1部分：通用要求》国家标准正式发布，并将于2024年6月1日正式实施。该标准是《信息技术 数字孪生》系列标准的第1部分，参与单位80余家，规范了数字孪生的参考架构、基本要求、功能要求以及安全要求，适用于指导数字孪生领域供应商、用户进行有关系统或产品的研发、应用与服务。
阅后感
核电等重资产密集型行业，数字孪生技术具有广泛深入的应用前景，也是数字化转型深入推进的重点和难点。说到难点，其最大的难处是实现研发、设计、制造、采购、建设、调试、运行、维修和退役全生命周期的数据共享治理和场景化开发应用。当前，如何主动借力“数据资产入表”“数据市场交易”等政策契机，实现设计/3D模型、制造/设备数据、建设/变更数据、运维/实时状态数据等全链条数据共享、闭环反馈和市场化交易，应该成为各行业所有“数字孪生”追梦者的共识。要尽快和有效实现“数字孪生赋能数字化转型”的这个梦想，就要全行业各环节的追梦者一起，积极打破、主动撕破那些横亘在所有追梦者面前的数据壁垒，切实以开放、合作、共赢和可持续发展的心态，共圆“数字孪生”之美好未来。写于广西南宁吴圩机场
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