核电厂设备管理业务功能设计及应用研究_吴宝华.pdf

Science&Technology Vision科技视界DOI：10.19694/ki.issn2095-2457.2022.31.13核电厂设备管理业务功能设计及应用研究吴宝华1富会佳2胡文勇3诸海川1薛坤1（1.中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐314300；2.海南核电有限公司，海南 昌江572700；3.福清核电有限公司，福建 福清350318）【摘要】核 电 厂 设 备 管 理 业 务 繁 多，对 象 数 量 巨 大，传 统 商 业 化 软 件 很 难 完 全 满 足 电 厂 业 务 需 求，一 般 都 需 要 进行定 制 化 开发。本文 以 中 国核 电 自主 研 发 的核 电 安全 生 产管 理 平 台为 例，介绍 基 于SNPM模 型，符 合AP-913流 程 的 核电 厂 生 产 管 理 系 统 软 件 设 备 管 理 业 务 功 能 的 主 要 设 计 思 路，阐 述 在 数 据 应 用、信 息 孤 岛 消 除、管 理 效 率 提 升 以 及 生 产管 理 标 准 化 形成 等 方面 的 应 用优点。【关键词】核 电 厂；设 备 管理；SNPM；AP-9130引言核电厂作为典型的资产密集型企业，生产管理需要专业的管理软件支持。目前国内外核电厂最主流的是采用 EAM、ERP 这两类产品作为电厂生产管理系统。EAM（企业资产管理）是以设备资产数据为基础，以工单的开完工为主要工作流程的专业生产管理系统。通过信息化解决方案，提供缺陷工单、预防性维修工单等方式，提高有效工作时间，增加设备使用效率。ERP（企业资源计划）是以供应链管理为核心，对物资资源、资金资源和信息资源进行集成一体化管理的信息管理系统。一般也含有设备管理相关模块，主要基于资金流对物资的全流程管理，能够有效减少工作流程周期，减少库存，降低供应链成本。本文结合 EAM、ERP 系统的优缺点，围绕国内核电厂设备管理常见业务，介绍国产化核电生产管理系统设备管理模块的功能设计及业务应用。1核电厂设备管理1.1核电绩效模型NEI（美国核电协会）、INPO（美国核电运行研究所）、EUCG（美国电力成本协会）共同编写的核电标准绩效模型 SNPM（The Standard Nuclear Performance Model）为核电厂建立了标准化管理和运行模板，见图 1。核电厂生产管理系统中一般都会体现此绩效模型，但 SNPM 主要还是在北美核电厂有较多实践，国内还处于起步阶段。考虑到国内外核电厂实际存在的差异，国内电站的核心业务主要归纳见图 2，整体上与 SNPM 模型差别不大，但业务划分上把设备可靠性管理划入 SSCs 管理，并强调 SSCs 作为工作管理的输入，其中的 SSCs管理即广义上的设备管理。1.2设备可靠性管理INPO AP-913 设备可靠性管理流程是 INPO 和 EPRI（美国电力研究协会）等国际知名组织以设备分级为起点，建立的一整套设备可靠性管理流程，该流程体系在美国核电厂广泛应用并取得了巨大成功，美国核电厂的运行业绩始终保持世界领先水平。科技新知047科技视界Science&Technology Vision图1SNPM执行视图图2国内核电厂核心业务设备可靠性管理 AP913 要点是：（1）设备可靠性管理是核电厂运行和技术支持的一个综合性管理过程。（2）设备可靠性流程是核电厂整套运行和支持流程的组成部分。（3）关键设备被视为“履行核承诺计划”的一部分。（4）设备可靠性流程：便于电厂人员能够评估重要电厂设备，制定和实施长期设备健康计划，监测设备绩效和状况，并按照设备运行经验，持续调整预防维护任务和频率。（5）本流程包括通常与以下计划相关的活动：可靠性维护、预防维护（定期的、预测的和计划维护）、维护规则、监督和测试、寿命周期管理（LCM）计划以及设备绩效和状况监测。从 AP-913 的流程图（见图 3）以及上述要点可以看出核电厂的设备管理与此是相当契合的。科技新知048Science&Technology Vision科技视界1.3核电厂设备管理业务核电厂设备管理是以设备信息为基础，以设备可靠性为中心，以设备监督、故障诊断、预防性维修、新技术应用为手段，通过全员参与、专人负责，对设备进行全过程、全寿期、全范围管理。随着核电厂精细化管理提升，设备管理已经不是狭义上对逻辑设备的管理，而是广义上的对象管理，电厂一般称之为 SSCs 管理，主要包括构筑物（Structure）、系统（System）和部件（Component），还扩展到工作项（Work Item）、物理设备（UIC）、物料清单（BOM）等。设备管理主要内容是设备技术管理和使用维护管理。核电厂设备技术管理包括设备基础信息管理、设备分级管理、备品备件管理、设备性能监测、设备专项管理、预防性维修管理、在役检查和金属监督、设备防腐、老化和寿期管理、重大设备问题、经验反馈等。设备使用维护管理包括缺陷管理、定期试验、质量控制、质量缺陷报告管理、维修后试验、变更、材料替代等。核电厂设备管理还涉及电厂多个领域，包括设备技术管理、运行管理、维修管理、配置管理、资产管理、采购和仓储管理等。2核电厂设备管理业务设计2.1设备管理业务架构核电厂工艺系统复杂且庞大，还有很多专设的安全系统保证核电厂的安全，所以核电厂的设备种类及数量相当多，一般每台机组设备数量为 68 万，备品备件更是难以计数。对这些系统、设备以及物资的管理对生产管理软件要求非常严苛。由于 EAM 系统与 ERP 系统管理侧重不同且差异较大，对于核电厂来说，ERP 系统无法满足电厂设备管理的全部业务，需要进行很多定制化开发。生产计划、维修管理、运行管理这些业务流程还是需要通过 EAM 系统来实现，但设备又是与计划、维修、运行紧密捆绑在一起的。因此一般核电厂通过 EAM 系统与 ERP 系统的业务集成的方式来分别处理生产业务流程（EAM）和公司经营流程（ERP），设备管理的生产业务在 EAM 中执行，物资、资金等在 ERP 中处理，虽然使得整体业务存在断点和交叉，但是通过完成两个系统的接口集成，可以充分发挥两者的优势，使得设备管理业务可以高效执行也方便统计。EAM 的核心管理思想是生产设备全生命周期的管理，生产设备的维护和维修是核心，目标是保证投资费用最小的情况下，使设备的可用性最好。ERP 的核心管理思想是供应链的管理，物料需求计划（MRP）是 ERP 的核心，管理企业生产过程，控制、平衡制造产品所需消耗资源之间的关系，追求经营的高效化。虽然有些 ERP 系统和 EAM 系统中会包含对方的一些功能，但由于核心方向的区别还是很难完整融合 ERP 和 EAM 的全部功能，所以当下，EAM+ERP 融合是核电厂生产运营较理想的解决方案。中国核电研发的核电厂安全生产管理平台是一个国产化的 EAM 系统，是支撑核电厂运行发电、生产管理、安全管理业务的重要工具，是保障核安全、设备安全和人身安全的重要手段，同时对于核电厂提升安全水平、管理水平，与国际一流核电企业管理对标的重要工具。主要包括了调试管理、运行管理、工作管理、设备管理、配置管理、安全防护、支持管理等模块，其中设备管理包括设备信息、备件清单、工作项、标识、定值、功能设备组、质量缺陷报告、预防性维修、定期试验等子功能模块，核电厂的设备管理业务主要围绕这些模块来开展，核电设备图3AP-913流程科技新知049科技视界Science&Technology Vision管理业务架构见图 4。图4核电设备管理业务架构2.2设备管理业务功能设计核电厂设备管理业务功能设计主要围绕设备管理内部的 SSCs 信息、设备可靠性、预防性维修来搭建框架，SSCs 信息作为电厂生产业务活动的对象，是每个业务活动中相当重要的环节，SSCs 信息可以简单理解为对象数据库，设计初期首先要确定这些基础数据的标准，定义对象的编码、属性、关联关系。例如系统、构筑物、设备、部件、物资之间还有上下层级关系，准确定义为后期的开发打下坚实的基础。人财物相关信息一般在 ERP 系统维护，SSCs 信息中也有很多与人财物相关的字段信息，需要制定两个系统的接口传输数据。预防性维修（PM）作为设备管理乃至整个核电厂生产运营的核心功能，一般包括 PM 数据库、数据库变更、PM 监控、PM 触发功能，在设计时首先要考虑 PM 对象的多样性，即可以支持所有 SSCs 对象的定期业务活动，例如设备的解体检修、系统的定期试验、仓库物资的定期维护甚至工器具的定期校验等等。其次要考虑 PM 触发周期的合规性，一般设定以下几种触发方式来满足电厂各种对象实际触发要求，例如定期试验法规要求任意两次不能超过频度的 25%，即可以用第三种触发周期。最后也是最重要的是考虑 PM 数据触发的正确性，漏触发和错误触发这是非常严重的事件，需要设计 PM 监控功能，监测 PM 的触发以及等效替代等逻辑。（1）上次基准日期+周期间隔（2）上次完工日期+周期间隔（3）上次基准日期+周期间隔（25%裕度，包括最早日期和最晚日期）（4）上次完工日期+周期间隔（25%裕度，包括最早日期和最晚日期）（5）单次触发（预测性）设备可靠性管理主要参考 AP-913 流程，是对 SSCs 业务的管理延伸，主要包含设备管理绩效指标、设备分级、系统监督、设备监督、大纲管理、寿期管理等功能。设备可靠性模块设计过程中需要注意功能与对象数据间的交互，确定数据之间的引用、复制、写入关系，例如设备分级的最终结果是需要写入设备信息模块里的，大纲管理需要从预防性维修复制工单的执行信息。3设备管理业务功能的应用优点3.1数据对象应用设备管理业务的功能应用首先体现于系统内部对象之间的应用，SSCs 对象作为大多数业务模块的业务对象，设计中引入版本控制功能，业务产生时选择当时最新的版本数据，在后期 SSCs 数据更新升版后，仍然能通科技新知050Science&Technology Vision科技视界过当时引用的 SSCs 数据版本，快速定位到历史信息，给数据的回溯提供非常便捷的通道。例如功能设备组 FEG 是由围绕主设备的多个设备/子设备组成，具有共同的系统隔离特征或者可同时退出运行。是设备的一种属性，定义在设备数据上。用于 PM 项目优化、工单计划排程优化、运行隔离优化。FEG 数据在设备数据、运行隔离、工单、P6 计划、预防性维修数据页面上引用。FEG 符合 AP-928 的应用，是行业良好实践，FEG 在工单评价阶段系统提供修订 FEG 相关设备清单的功能，以持续改善。3.2消除设备管理的信息孤岛设备分级预防性维修大纲预防性维修项目预防性维修工单工单反馈预防性维修优化。这样的一个完整链路其实就包含了 AP-913 的理念，并将电厂生产管理中最常见的业务串联起来，解决了以往设备管理信息孤岛的情况。在此基础上扩展功能，可以通过业务对象间的关联关系查看生产过程中的所有信息。3.3提高设备管理的效率设备管理中很重要的一环就是设备工程师管理备品备件，以往设备工程师各自为战，负责维护自己负责的设备备件，但是电厂很多设备是同厂家同规格型号，通过 BOM 的自动关联功能，可以将所有相同厂家相同规格型号的设备关联同一个 BOM，设备工程师只要维护一个 BOM 即可。同时维修人员在进行维修工作时，可以直接从工单对象关联的 BOM 中选取物料需求，这对设备管理效率的提升是非常大的，节省大量设备工程师维护备件的时间成本。3.4形成生产管理标准化法国 EDF 之所以能同时管理那么多核电厂就在于当初电厂投运时快速批量的上线生产管理软件，该软件具备较强的群堆管理功能，可以将设备数据、PM 项目数据、模板工单数据（标准工作包）、备件清单（BOM）数据复制转化到实施电厂。国产化核电生产管理系统的研发，实现了业务管理标准化、组织机构标准化、管理流程标准化、应用软件标准化。这些标准化有助于核电机组的安全稳定运行，有助于配套同类型机组建设以及实现“走出去”。4结语核电安全生产管理平台作为一个自主研发的国产化核电生产管理系统，通过各模块间的集成交