数字化核燃料开启变革时代

一直以来，核燃料走向市场化都是业界聚焦的命题之一。市场化、国际化、自主化是中国核燃料公司“十三五”期间转型发展的重要方向。

事实上，中国核燃料公司直面挑战的勇气与自信早已化为行动。随着核电“走出去”一体化的实施，中国核燃料公司就开始了厉兵秣马，研发出的核燃料CF系列，标志着我国拥有了完全自主知识产权的高性能燃料组件品牌，进一步提升了我国核电出口的核心竞争力。但市场竞争最终是整体服务的竞争，是产品安全质量的竞争，更是价格的竞争。当核燃料走向市场化之际遇到数字化变革时代，一场管理变革、产业升级之战在南北两大核燃料基地拉开了帷幕。

中国核燃料如何向智能制造转型，成为现代化制造的旗帜企业？日前，本刊记者走进了我国南北两大核燃料基地，一探核燃料数字化之进程。

启动智能制造示范工程

随着核电发展的再次提速，我国核电建设呈现出了规模化发展之势。核燃料作为核电发展的重要组成部分，自然将有着更多更大的用武之地。这看似美好的市场前景，对中国核燃料公司而言，却将面临更加严峻的挑战。在保证产品质量的前提下，如何降本增效将成为绕不过去的重要课题。

此外，“走出去”已成为必然之势。而实力决定舞台的大小。在中国核燃料公司看来，全面建成核燃料元件数字化智能制造生产线，形成核燃料元件智能制造标准体系，实现燃料元件技术整体出口，才能拥有更大的竞争优势。

可见，加快产业升级已成为其迫切需要。中国核燃料公司“十三五”规划中指出，“十三五”期间要实现数字化协同设计，研究最新的工业技术成果要在设计上做好研发对接，力求做到能够在工厂及时应用；设计手段要实现数字化，完成的设计方案是一个数字包，而不再是几张图纸。全面推进核燃料数字化已成为燃料板块“十三五”规划的重要内容。

事实上，无论是有着厚重历史的中核北方核燃料元件公司，还是有着“元件硅谷”之誉的中核建中核燃料元件有限公司，自动化、信息化、数字化推进由来已久。

早在上个世纪，中核北方就实施了设备自动化改造，并取得了一定的成绩。2012年，该公司正式成立自动化创新团队，开始燃料元件生产线设备、系统自动化改进项目实施。经过四年的持续推进，核燃料生产线自动化从单体到系统集成，先后完成了十几个自动化项目，为核燃料生产线稳定、安全、高质量运行发挥了举足轻重的核心作用。

中核建中核燃料生产线从50吨产能发展到800吨产能，其间经历了5次技术改革。依托工程的每一次技术改革，都不同程度地提高了生产线的自动化、信息化水平。如今，该公司实现了产品全过程的自动化加工及物料的自动化转运，以及产品全过程的信息数据跟踪和管控。

经过多年的努力，如今南北两大核燃料生产基地已然拥有了一定的自动化、信息化水平，在降本增效方面有着积极的探索，并取得了显著的成效。但不得不说，这与《中国制造2025》和工业4.0提倡的智能制造还有着一定的差距，全面实现核燃料数字化，无法一蹴而就。

“按照规划，公司将利用先进的装备技术、自动化技术、信息化技术对核燃料元件制造生产线进行智能化改造，建设智能制造示范工程，形成标准体系，再全面推广应用到整个核电燃料元件生产线。”中国核燃料公司信息化部门负责人齐占顺告诉记者，目前，公司已完成了核燃料元件生产智能制造规划方案的编制，以及核燃料元件生产制造执行系统试运行效果的评估，并提出了改进技术方案。

提速自动化

30岁的王海泊换好工作服后，早上8:00准时进入中核北方重水堆粉末冶金车间，开始一天的工作。作为该车间不多的工作人员之一，他负责车间的维护工作。无尘车间里，送料、加工、搬运……机器人正按部就班地工作着。一圈巡视后，王海泊回到车间电脑前填写工作日志。

而在中核建中8车间，同样进行着自动化生产。从芯块制备、燃料棒制造及组件生产线，燃料元件在不算长的一体化生产线上，随着不断地前移，一点点地“成长”起来。

“自动化是数字化的基础。以自动化改造为契机，推动自动化、信息化深入融合、持续推进，才能逐步实现核燃料数字化，实现智能制造。”中核北方核燃料元件有限公司总经理马文军说。而仅仅自动化改造就已为南北两大核燃料制造基地带来了诸多益处。

核燃料元件既是核电站的能量源泉，又是保护核电安全的第一道屏障。“自动化改造不仅实现了降本增效，还有效地避免和消除了人因对产品质量造成的直接和间接影响，保证了产品质量的稳定性。”中核北方总经理助理、重水堆燃料元件厂厂长张杰介绍说，仅生产线端塞焊岗位中的上管、焊接、再上管的动作，工人一天下来要重复3000多次，大量重复动作不仅增加了工人的劳动强度，也极易出现失误。自动化改造，解放了人力，同时也保障了产品质量的可靠性。以重水堆核燃料生产线为例，自动化改造后，棒束产品合格率达到了世界先进水平。

事实上，在自动化改造过程中，用机器人替代人工给南北两大基地带来最直接的效益就是降低了人力成本。

中核北方各生产线由不同国家或地区引进，建设时间不同，系统之间差别比较大。因为设备多、人工操作多，导致工作效率和经济效益不高。自动化改造，实现了降本增效。自动化系统投入使用后，岗位操作人员共计减少近百人，大大节约了人力资源成本。

自动化带来的成果特别显著。中核建中科技部主任邓话说：“中核建中原有的400tU/a核燃料元件老生产线，整体自动化、信息化水平都还很低，且设备服役时间长，布局分散，整个生产线岗位员工600人左右。而新建成投产的400tU/a核燃料元件一体化生产线实现了主要工序的自动化生产、物料的自动化转运，全线仅需要100余名工作人员。”

未来，随着自动化改进升级工作持续推进，以及设备系统优化整合，生产操作及在线检验人员将继续减少。“以中核北方重水堆核燃料生产线为例，预计到2017年，整个生产线生产运行及管理人员将不超过300人，主工艺生产线人员配备将少于200人，初步实现1吨铀/人˙年。”张杰补充道。

推进管理信息化

如果说设备制造自动化是看得见的自动化，那么管理信息化就是看不见的自动化。信息化打破了传统的管理模式，重构了一个全新思维模式，当国内多数制造业还处于工业2.0时期（自动化），它为南北核燃料基地带来一场意义重大的管理变革。

11月29日，型号为523977249154的核燃料组件组装完毕，在“闺房”中静静地等候即将启程“远嫁”。从“孕育”到“亭亭玉立”，它“成长”中的所有信息，在中核建中信息化平台上都有着清晰全面的记录。

“中核建中已经实现全周期的生产制造数据管理。”中核建中生产运行部主任童慎修进一步说，核燃料元件从原材料、产成品在制造过程中的各项数据均进入生产管理系统，包括原材料的到货检验、放行、调拨领料、车间投料，半成品、产成品的生产入库、检验、监督、见证、放行以及再投料、用料直至最后的组件出厂都已实现数据管理。

信息化开辟了创新管理空间，通过构建覆盖公司整个核燃料元件制造动态的、透明的、可追溯的信息化体系、实现核燃料元件生产全过程跨部门协调控制，让信息流有序地组织起来，进而提升成本管控能力、质量保证能力、安全保障能力。

“十二五”期间，中核建中不断引进国外先进装备、制造技术，并在消化吸收的基础上坚持自主创新，对生产线进行技术改造，实现了芯块制备、燃料棒制造及组件生产线主要工序的自动化生产、物料的自动化转运和数据采集。在此基础上，为解决生产运行调度方法落后，生产决策迟缓的问题，在制造执行层面实施了核燃料元件生产管理信息系统。同期，为实现“文档管理电子化”、“流程信息化”及满足经营、管控信息化的要求，先后开展了协同办公系统及以ERP为核心的管理信息系统的建设工作。

“通过管理信息系统的建设应用，目前已经规范和固化100余条业务流程，涉及采购、调拨、付款、设备管理、合同、项目、人力资源等业务。设置审批流程近300余条。将企业内部分工与整体业务流转、内控制度与ERP系统有机地融为一个整体，既支撑业务高效流转，同时又确保内控制度的具体执行和落地。”童慎修表示。

如今，中核建中信息化平台建立了核燃料元件条码化跟踪体系，实现了核燃料元件制造关键岗位的可视化操作及核燃料元件制造产品结构、生产批次、时间、物品等多维度的统计跟踪；实现了业务流程闭环与内控措施的完整结合及HSE（健康安全环境）集中化管理，提高了HSE隐患处理能力。这些为全面打造燃料元件数字化车间，实现智能制造奠定了基础。

用数字化打造绿色园林式铀矿山

王永军已经数不清自己是第几次来天山铀业了。看到这个现代化的铀矿基地正在一天天长大，这位来自中核第四研究设计工程有限公司（核四院）的工程师很是自豪，“看过核电站，你会发现中国的铀矿也不错。”

王永军口中的天山铀业是目前中国产能最大、技术最先进、数字化程度最高的天然铀生产基地，位于新疆天山山脉的乌孙山，据说这里是古代西域诸国中的乌孙国所在地，距离哈萨克斯坦只有不到100公里，是名副其实的边陲之地。但就是在这片广袤荒芜的土地下面，一个几乎无人值守的数字化工厂正在分秒不停地生产着被誉为“核电粮食”的天然铀。

打造无人值守的绿色铀矿

“天山铀业是中国天然铀生产的绿色示范基地。这个示范不光是与环境和谐共存的示范，还包括先进生产和管理的示范。”核四院总经理陈军利认为，天山铀业铀矿大基地最值得称道的地方在于先进的采冶技术和数字化的生产方式。

“在天山铀业办公室，我们就可以24小时收集、监控井场、水冶厂的所有信息。而与数字化信息相连的另一端，则是无人值守的井场集控室和高度自动化的水冶生产。”倪玉辉是核四院专门研究绿色铀矿山标准化建设的副总工程师。据她介绍，中国铀业一直在致力完善绿色矿山标准化建设，而其中最重要的内容就是建设数字地浸铀矿山。“作为天山铀业铀矿基地的工程设计总承包单位，我们在设计阶段植入了数字化的理念。”

从本世纪初开始，核四院致力于数字矿山探索，瞄准国际先进矿山技术和管理经验，携手天山铀业不断提升自动化、信息化水平，初步建成集工艺过程控制、生产场所实时监控、生产流程统一调度、应急管理综合指挥为一体的智能管理网络平台，特别是地浸采铀生产及管理过程中的矿山资源已实现四维动态管控，提高了资源利用率、降低了生产成本。

“和核电站一样，铀矿生产也是在主控室由电脑控制生产。”倪玉辉告诉记者，天山铀业的关键工艺数控化率已经达到了80%以上。“未来国内地浸铀矿采冶自动化比率还将进一步提高。比如我们正在研发的集装箱式可移动集控室，井场采用这种模块化的集控室，实现集控室的工厂化建造，现场装备式安装，并可重复利用。不仅实现资源的节约、集约利用，还可以通过数字化控制，实现真正的无人值守。”

打造互联网+的园林铀矿

通过天山铀业大基地建设的尝试，中核集团在数字化地浸矿山建设方面，实现了勘探、生产、管理数据自动采集更新，建立了四维动态模型，实时掌握资源状况，建立生产自动调度指挥和安全环保的实时监控，建立数据中心系统，消除信息“孤岛”，实现地浸矿山的可视化和数字化。

“华龙一号有一个可以连通国内外所有涉及单位的互联网平台。而中国的天然铀领域，类似的平台正在搭建。”在陈军利看来，推动铀矿实现数字化生产管理，只是万里长征第一步，而要实现中国天然铀的数字化，则需要搭建一个网络平台。

在核四院数字矿山技术研发中心，记者看到了这个正在搭建的网络平台。

“通过这个平台，铀矿建设可以实现三维设计、虚拟建造、数字建模，涵盖了天然铀基地建设的各个环节，还可以在平台上看到全国每天的天然铀生产数据的同步更新。”随着倪玉辉的介绍，电脑显示屏上开始了与一个个铀矿的虚拟接触。

搭建这个网络平台的初衷是核四院看到随着地浸采区的不断增多，生产实际过程中生产信息互通能力差、数据提取工作量大、数据信息不能综合利用等诸多问题不断凸显。

“作为铀矿建设的总承包方，我们要从设计源头就聚焦行业发展问题，引领行业发展。”据陈军利介绍，数字化铀矿山，其实不应只有生产，而应该从科研开始，以设计数据为基础，通过施工、建设、调试等工程建设，以及运行维护，退役等过程的积累，构建一个全过程、全寿期的数字化铀矿山，形成天然铀生产的良性循环。“只有这样，中国整个天然铀行业才会真正变成一盘棋。”

同样是在这个网络平台，记者通过VR看到，未来的铀矿山在生产时是园林式铀矿，在退役后是园林式公园。“当铀矿遇到数字化，改变的不仅是生产效率，还有安全环保水平，最终我们收获的除了金山银山，还有绿水青山。”陈军利表示，只有这样，中核集团铀矿山才会以“新模式、新标准、新形象、新效益”，真正成为安全环保的标杆、地方发展的标杆、企地和谐的标杆，这也是中核集团实现可持续发展的重要途径。

数字化核电厂建设正当时

原标题:砥砺奋进的五年｜数字化核燃料开启变革时代