數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”期間轉型發展的重要方向。

事實上，中國核燃料公司直面挑戰的勇氣與自信早已化為行動。隨著核電“走出去”一體化的實施，中國核燃料公司就開始了厲兵秣馬，研發出的核燃料CF系列，標志著我國擁有了完全自主知識產權的高性能燃料組件品牌，進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的競爭，是產品安全質量的競爭，更是價格的競爭。當核燃料走向市場化之際遇到數字化變革時代，一場管理變革、產業升級之戰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型，成為現代化制造的旗幟企業？日前，本刊記者走進了我國南北兩大核燃料基地，一探核燃料數字化之進程。

啟動智能制造示范工程

隨著核電發展的再次提速，我國核電建設呈現出了規模化發展之勢。核燃料作為核電發展的重要組成部分，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，卻將面臨更加嚴峻的挑戰。在保證產品質量的前提下，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字化智能制造生產線，形成核燃料元件智能制造標準體系，實現燃料元件技術整體出口，才能擁有更大的競爭優勢。

可見，加快產業升級已成為其迫切需要。中國核燃料公司“十三五”規劃中指出，“十三五”期間要實現數字化協同設計，研究最新的工業技術成果要在設計上做好研發對接，力求做到能夠在工廠及時應用；設計手段要實現數字化，完成的設計方案是一個數字包，而不再是幾張圖紙。全面推進核燃料數字化已成為燃料板塊“十三五”規劃的重要內容。

事實上，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”之譽的中核建中核燃料元件有限公司，自動化、信息化、數字化推進由來已久。

早在上個世紀，中核北方就實施了設備自動化改造，并取得了一定的成績。2012年，該公司正式成立自動化創新團隊，開始燃料元件生產線設備、系統自動化改進項目實施。經過四年的持續推進，核燃料生產線自動化從單體到系統集成，先后完成了十幾個自動化項目，為核燃料生產線穩定、安全、高質量運行發揮了舉足輕重的核心作用。

中核建中核燃料生產線從50噸產能發展到800噸產能，其間經歷了5次技術改革。依托工程的每一次技術改革，都不同程度地提高了生產線的自動化、信息化水平。如今，該公司實現了產品全過程的自動化加工及物料的自動化轉運，以及產品全過程的信息數據跟蹤和管控。

經過多年的努力，如今南北兩大核燃料生產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4.0提倡的智能制造還有著一定的差距，全面實現核燃料數字化，無法一蹴而就。

“按照規劃，公司將利用先進的裝備技術、自動化技術、信息化技術對核燃料元件制造生產線進行智能化改造，建設智能制造示范工程，形成標準體系，再全面推廣應用到整個核電燃料元件生產線。”中國核燃料公司信息化部門負責人齊占順告訴記者，目前，公司已完成了核燃料元件生產智能制造規劃方案的編制，以及核燃料元件生產制造執行系統試運行效果的評估，并提出了改進技術方案。

提速自動化

30歲的王海泊換好工作服后，早上8:00準時進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，他負責車間的維護工作。無塵車間里，送料、加工、搬運……機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，同樣進行著自動化生產。從芯塊制備、燃料棒制造及組件生產線，燃料元件在不算長的一體化生產線上，隨著不斷地前移，一點點地“成長”起來。

“自動化是數字化的基礎。以自動化改造為契機，推動自動化、信息化深入融合、持續推進，才能逐步實現核燃料數字化，實現智能制造。”中核北方核燃料元件有限公司總經理馬文軍說。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，又是保護核電安全的第一道屏障。“自動化改造不僅實現了降本增效，還有效地避免和消除了人因對產品質量造成的直接和間接影響，保證了產品質量的穩定性。”中核北方總經理助理、重水堆燃料元件廠廠長張杰介紹說，僅生產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3000多次，大量重復動作不僅增加了工人的勞動強度，也極易出現失誤。自動化改造，解放了人力，同時也保障了產品質量的可靠性。以重水堆核燃料生產線為例，自動化改造后，棒束產品合格率達到了世界先進水平。

事實上，在自動化改造過程中，用機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。

中核北方各生產線由不同國家或地區引進，建設時間不同，系統之間差別比較大。因為設備多、人工操作多，導致工作效率和經濟效益不高。自動化改造，實現了降本增效。自動化系統投入使用后，崗位操作人員共計減少近百人，大大節約了人力資源成本。

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核燃料元件老生產線，整體自動化、信息化水平都還很低，且設備服役時間長，布局分散，整個生產線崗位員工600人左右。而新建成投產的400tU/a核燃料元件一體化生產線實現了主要工序的自動化生產、物料的自動化轉運，全線僅需要100余名工作人員。”

未來，隨著自動化改進升級工作持續推進，以及設備系統優化整合，生產操作及在線檢驗人員將繼續減少。“以中核北方重水堆核燃料生產線為例，預計到2017年，整個生產線生產運行及管理人員將不超過300人，主工藝生產線人員配備將少于200人，初步實現1噸鈾/人˙年。”張杰補充道。

推進管理信息化

如果說設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。信息化打破了傳統的管理模式，重構了一個全新思維模式，當國內多數制造業還處于工業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。

“中核建中已經實現全周期的生產制造數據管理。”中核建中生產運行部主任童慎修進一步說，核燃料元件從原材料、產成品在制造過程中的各項數據均進入生產管理系統，包括原材料的到貨檢驗、放行、調撥領料、車間投料，半成品、產成品的生產入庫、檢驗、監督、見證、放行以及再投料、用料直至最后的組件出廠都已實現數據管理。

信息化開辟了創新管理空間，通過構建覆蓋公司整個核燃料元件制造動態的、透明的、可追溯的信息化體系、實現核燃料元件生產全過程跨部門協調控制，讓信息流有序地組織起來，進而提升成本管控能力、質量保證能力、安全保障能力。

“十二五”期間，中核建中不斷引進國外先進裝備、制造技術，并在消化吸收的基礎上堅持自主創新，對生產線進行技術改造，實現了芯塊制備、燃料棒制造及組件生產線主要工序的自動化生產、物料的自動化轉運和數據采集。在此基礎上，為解決生產運行調度方法落后，生產決策遲緩的問題，在制造執行層面實施了核燃料元件生產管理信息系統。同期，為實現“文檔管理電子化”、“流程信息化”及滿足經營、管控信息化的要求，先后開展了協同辦公系統及以ERP為核心的管理信息系統的建設工作。

“通過管理信息系統的建設應用，目前已經規范和固化100余條業務流程，涉及采購、調撥、付款、設備管理、合同、項目、人力資源等業務。設置審批流程近300余條。將企業內部分工與整體業務流轉、內控制度與ERP系統有機地融為一個整體，既支撐業務高效流轉，同時又確保內控制度的具體執行和落地。”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，實現了核燃料元件制造關鍵崗位的可視化操作及核燃料元件制造產品結構、生產批次、時間、物品等多維度的統計跟蹤；實現了業務流程閉環與內控措施的完整結合及HSE（健康安全環境）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字化車間，實現智能制造奠定了基礎。

用數字化打造綠色園林式鈾礦山

王永軍已經數不清自己是第幾次來天山鈾業了。看到這個現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計工程有限公司（核四院）的工程師很是自豪，“看過核電站，你會發現中國的鈾礦也不錯。”

王永軍口中的天山鈾業是目前中國產能最大、技術最先進、數字化程度最高的天然鈾生產基地，位于新疆天山山脈的烏孫山，據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字化工廠正在分秒不停地生產著被譽為“核電糧食”的天然鈾。

打造無人值守的綠色鈾礦

“天山鈾業是中國天然鈾生產的綠色示范基地。這個示范不光是與環境和諧共存的示范，還包括先進生產和管理的示范。”核四院總經理陳軍利認為，天山鈾業鈾礦大基地最值得稱道的地方在于先進的采冶技術和數字化的生產方式。

“在天山鈾業辦公室，我們就可以24小時收集、監控井場、水冶廠的所有信息。而與數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。”倪玉輝是核四院專門研究綠色鈾礦山標準化建設的副總工程師。據她介紹，中國鈾業一直在致力完善綠色礦山標準化建設，而其中最重要的內容就是建設數字地浸鈾礦山。“作為天山鈾業鈾礦基地的工程設計總承包單位，我們在設計階段植入了數字化的理念。”

從本世紀初開始，核四院致力于數字礦山探索，瞄準國際先進礦山技術和管理經驗，攜手天山鈾業不斷提升自動化、信息化水平，初步建成集工藝過程控制、生產場所實時監控、生產流程統一調度、應急管理綜合指揮為一體的智能管理網絡平臺，特別是地浸采鈾生產及管理過程中的礦山資源已實現四維動態管控，提高了資源利用率、降低了生產成本。

“和核電站一樣，鈾礦生產也是在主控室由電腦控制生產。”倪玉輝告訴記者，天山鈾業的關鍵工藝數控化率已經達到了80%以上。“未來國內地浸鈾礦采冶自動化比率還將進一步提高。比如我們正在研發的集裝箱式可移動集控室，井場采用這種模塊化的集控室，實現集控室的工廠化建造，現場裝備式安裝，并可重復利用。不僅實現資源的節約、集約利用，還可以通過數字化控制，實現真正的無人值守。”

打造互聯網+的園林鈾礦

通過天山鈾業大基地建設的嘗試，中核集團在數字化地浸礦山建設方面，實現了勘探、生產、管理數據自動采集更新，建立了四維動態模型，實時掌握資源狀況，建立生產自動調度指揮和安全環保的實時監控，建立數據中心系統，消除信息“孤島”，實現地浸礦山的可視化和數字化。

“華龍一號有一個可以連通國內外所有涉及單位的互聯網平臺。而中國的天然鈾領域，類似的平臺正在搭建。”在陳軍利看來，推動鈾礦實現數字化生產管理，只是萬里長征第一步，而要實現中國天然鈾的數字化，則需要搭建一個網絡平臺。

在核四院數字礦山技術研發中心，記者看到了這個正在搭建的網絡平臺。

“通過這個平臺，鈾礦建設可以實現三維設計、虛擬建造、數字建模，涵蓋了天然鈾基地建設的各個環節，還可以在平臺上看到全國每天的天然鈾生產數據的同步更新。”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。

搭建這個網絡平臺的初衷是核四院看到隨著地浸采區的不斷增多，生產實際過程中生產信息互通能力差、數據提取工作量大、數據信息不能綜合利用等諸多問題不斷凸顯。

“作為鈾礦建設的總承包方，我們要從設計源頭就聚焦行業發展問題，引領行業發展。”據陳軍利介紹，數字化鈾礦山，其實不應只有生產，而應該從科研開始，以設計數據為基礎，通過施工、建設、調試等工程建設，以及運行維護，退役等過程的積累，構建一個全過程、全壽期的數字化鈾礦山，形成天然鈾生產的良性循環。“只有這樣，中國整個天然鈾行業才會真正變成一盤棋。”

同樣是在這個網絡平臺，記者通過VR看到，未來的鈾礦山在生產時是園林式鈾礦，在退役后是園林式公園。“當鈾礦遇到數字化，改變的不僅是生產效率，還有安全環保水平，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，中核集團鈾礦山才會以“新模式、新標準、新形象、新效益”，真正成為安全環保的標桿、地方發展的標桿、企地和諧的標桿，這也是中核集團實現可持續發展的重要途徑。

數字化核電廠建設正當時

原標題:砥礪奮進的五年｜數字化核燃料開啟變革時代