我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展, 將會(huì)對(duì)社會(huì)供能提出嚴(yán)峻而又互相矛盾的挑戰(zhàn). 一方面, 要求能源供給持續(xù)而快速地增長(zhǎng), 否則將會(huì)制約經(jīng)濟(jì)的發(fā)展; 另一方面, 在十九大報(bào)告中提出的“加快生態(tài)文明體制改革, 建設(shè)美麗中國(guó)”的精神指引下, 能源行業(yè)積極支持國(guó)內(nèi)環(huán)境保護(hù)和減排, 必須大規(guī)模減少碳、石油等化石能源的消耗. 核能是清潔、低碳、供能穩(wěn)定、高能量密度的新能源, 因此發(fā)展和運(yùn)用核能是構(gòu)建我國(guó)當(dāng)前能源安全、經(jīng)濟(jì)安全、環(huán)境安全的可持續(xù)能源體系的重要支柱之一.

《中國(guó)核能發(fā)展報(bào)告》(2018) 藍(lán)皮書顯示, 截至2017年年底, 我國(guó)在運(yùn)核電機(jī)組已經(jīng)達(dá)到37臺(tái), 裝機(jī)規(guī)模3581萬(wàn)千瓦, 位列全球第四; 發(fā)電量2474.69億千瓦時(shí), 占全國(guó)總發(fā)電量3.94%, 位列全球第三. 機(jī)組運(yùn)行安全穩(wěn)定, 總體運(yùn)行業(yè)績(jī)指標(biāo)優(yōu)良. 報(bào)告顯示, 核電發(fā)電量占全球發(fā)電量的10.6%,而我國(guó)僅為總發(fā)電量的3.94%,《電力發(fā)展十三五規(guī)劃》提出, 到2020年我國(guó)核電運(yùn)行和在建裝機(jī)將達(dá)到8800萬(wàn)千瓦. 以目前國(guó)內(nèi)情況看, 要想實(shí)現(xiàn)規(guī)劃目標(biāo), 未來(lái)幾年我國(guó)每年將新增建設(shè)6~8臺(tái)百萬(wàn)千瓦核電機(jī)組. 因此, 中國(guó)核能和核電事業(yè)擁有巨大的發(fā)展空間[1].

要實(shí)現(xiàn)《電力發(fā)展十三五規(guī)劃》提出的宏偉目標(biāo), 實(shí)現(xiàn)中國(guó)核能的階躍性發(fā)展, 在核能產(chǎn)業(yè)引入智能技術(shù)的支持, 極大地提升核能產(chǎn)業(yè)的效能與安全性, 成為一項(xiàng)必須進(jìn)行而又緊迫的任務(wù). 2017年7月20日, 國(guó)務(wù)院正式印發(fā)《新一代人工智能戰(zhàn)略規(guī)劃》, 為我國(guó)的人工智能技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展設(shè)立了目標(biāo)和藍(lán)圖, 人工智能的發(fā)展已經(jīng)上升到國(guó)家戰(zhàn)略層面,也預(yù)示著在中國(guó)智能時(shí)代即將來(lái)臨, 智能技術(shù)會(huì)在各個(gè)方面和層面上對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)進(jìn)行沖擊和改變, 核電工業(yè)也不例外. 本文要探討的內(nèi)容, 即是在智能時(shí)代中, 核電工業(yè)的形態(tài)將會(huì)發(fā)生什么變化, 伴隨著這種變化的結(jié)果, 又將產(chǎn)生什么樣的核電工業(yè)體系架構(gòu).

1.1 新智能時(shí)代及其特征

卡爾波普爾, 現(xiàn)代西方最有影響的科學(xué)哲學(xué)家,認(rèn)為現(xiàn)實(shí)是由三個(gè)世界組成的: 物理、心理和虛擬世界[2]. 卡爾雅思貝斯在《歷史的起源與目標(biāo)》[3] 一書中道出了第一物理世界的“軸心時(shí)代”: 公元前800到200年, 以中東、印度、中國(guó)、希臘、羅馬為中心的人性與哲學(xué)性的大覺醒時(shí)代. 我們認(rèn)為, 第二心理世界的“軸心時(shí)代”, 就是從文藝復(fù)興開始到愛因斯坦為代表的科學(xué)時(shí)代; 第三虛擬世界的“軸心時(shí)代”源自哥德爾的不完備定理[4], 激發(fā)了維納、圖靈和馮諾依曼等對(duì)智能和計(jì)算的新認(rèn)識(shí), 從而有了今天的人工智能和智能技術(shù). 三個(gè)世界的三個(gè)“軸心時(shí)代”,分別代表著人類在人性、理性和智性上的大覺醒, 以及隨之而來(lái)的在哲學(xué)、科學(xué)和技術(shù)上的大突破.

在正在全面來(lái)到的第三軸心時(shí)代, 我們即將面臨第五次工業(yè)革命, 我們認(rèn)為第五次工業(yè)革命的核心——智能科技, 將會(huì)呈現(xiàn)以下特征.

IT 的融合與重定義, 新智能時(shí)代的IT, 是工業(yè)科技(Industrial technology), 信息科技(Infor-mation technology) 和智能科技(Intelligent tech-nology) 的融合, 因此, 我們又將其命名為“新IT”(New IT).

對(duì)物理、心理、虛擬三個(gè)世界的聯(lián)合探索, 新一代人工智能技術(shù)的發(fā)展, 為探索和發(fā)掘心理、虛擬世界提供了可能性. 而對(duì)于這三個(gè)世界的聯(lián)合探索, 必將使得科技形態(tài), 乃至社會(huì)形態(tài), 發(fā)生革命性的根本變化[5].

ICT 與CPS 的重定義, 在工業(yè)4.0中, ICT 定義為Information and communication technology,CPS 定義為Cyber-physical systems; 而在智能時(shí)代, 工業(yè)4.0將會(huì)演變成工業(yè)5.0新范式, 相應(yīng)地,ICT 會(huì)演變?yōu)镮ntelligent connection technology,CPS 則定義成Cyber-physical-social systems[6].

智能社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施的進(jìn)化, 社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施在交通網(wǎng)、能源網(wǎng)、信息網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)之后, 現(xiàn)在已經(jīng)開始了第五張網(wǎng): 智聯(lián)網(wǎng)[7]. 這五張網(wǎng), 把三個(gè)世界整合在一起, 并實(shí)現(xiàn)物理和虛擬世界的數(shù)字信息協(xié)同、感知控制協(xié)同以及知識(shí)智能協(xié)同.

1.2 虛擬數(shù)字工業(yè)的崛起

隨著新智能時(shí)代的到來(lái), 伴隨而來(lái)的是各個(gè)社會(huì)產(chǎn)業(yè)的新形態(tài), 工業(yè)也不例外. 智能技術(shù)最終將導(dǎo)致工業(yè)4.0時(shí)代向工業(yè)5.0時(shí)代的轉(zhuǎn)換. 我們將工業(yè)5.0時(shí)代的社會(huì)工業(yè)新形態(tài)概括為: 實(shí)體物理工業(yè)和虛擬數(shù)字工業(yè)一體的, 并以人工虛擬的數(shù)字工業(yè)為主導(dǎo)的新形態(tài). 簡(jiǎn)而言之, 未來(lái)的工業(yè)擁有虛實(shí)一體的, 卻又是虛實(shí)分工的新形態(tài), 而“虛擬” 工業(yè)會(huì)逐漸從“實(shí)體"”工業(yè)手中取得工業(yè)運(yùn)營(yíng)和發(fā)展主導(dǎo)權(quán).

這種向工業(yè)新形態(tài)的進(jìn)化并非一夜之間發(fā)生的,而是會(huì)逐步進(jìn)行, 并且在當(dāng)前已經(jīng)開始. 從上世紀(jì)中期開始, 網(wǎng)絡(luò)化工業(yè)控制及其自動(dòng)化經(jīng)歷了20世紀(jì)60~70年代的模擬儀表控制系統(tǒng)、80~90年代的集散控制系統(tǒng)、21世紀(jì)初的占主導(dǎo)地位的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng), 以及當(dāng)前正在普及應(yīng)用中的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng).網(wǎng)絡(luò)化工控系統(tǒng)總體趨勢(shì)是從簡(jiǎn)單的本地儀控, 慢慢演化到遠(yuǎn)程智能的復(fù)雜系統(tǒng)管控. 當(dāng)前的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的注意力主要放在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的精確性、確定性、自適應(yīng)性、安全性等以工業(yè)通信為主導(dǎo)中心的研發(fā)和應(yīng)用上.

但是隨著工業(yè)智能技術(shù)在廣度和深度上的進(jìn)一步發(fā)展, 即將出現(xiàn)“類工業(yè)領(lǐng)域”、“廣義工業(yè)”、“社會(huì)制造”、“社會(huì)工業(yè)”、“軟件定義工業(yè)” 等智能大工業(yè)新形態(tài), 而這些新形態(tài)都是以平行的物理和虛擬工業(yè)為最大的特征, 而且最終虛擬數(shù)字工業(yè)會(huì)占據(jù)這個(gè)平行系統(tǒng)的主導(dǎo)地位[8-9].

虛擬數(shù)字工業(yè)誕生, 將會(huì)是工業(yè)5.0時(shí)代的最大特征, 將會(huì)以極高的效率整合各種工業(yè)資源、極大減小工業(yè)過(guò)程中的浪費(fèi)和消耗、極大地解放工業(yè)生產(chǎn)力, 并促進(jìn)智能大工業(yè)的出現(xiàn)和高速發(fā)展[10]. 按照虛擬數(shù)字工業(yè)的崛起路徑, 我們將其劃分為四個(gè)發(fā)展階段:

使能與輔助, 以當(dāng)代各種工控系統(tǒng)為代表的系統(tǒng), 以工業(yè)總線、工業(yè)控制、運(yùn)行技術(shù)(Operationaltechnology) 為關(guān)鍵技術(shù), 在當(dāng)代工業(yè)中起著重要的使能與輔助作用.

支撐與服務(wù), 隨著工業(yè)控制技術(shù)的進(jìn)化, 其作用的空間領(lǐng)域和邏輯范圍越來(lái)越寬, 演化出如工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等概念, 為整個(gè)工業(yè)體系提供重要的業(yè)務(wù)運(yùn)行和運(yùn)營(yíng)的支撐和服務(wù)作用.

管控與主導(dǎo), 隨著虛擬數(shù)字工業(yè)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展, 以平行理論為代表的復(fù)雜系統(tǒng)管控科技開始發(fā)揮作用, 從而使虛擬數(shù)字工業(yè)內(nèi)生出基于人工智能技術(shù)的管控手段, 同時(shí)開始對(duì)實(shí)體工業(yè)的運(yùn)營(yíng)進(jìn)行微觀與宏觀層面上的主導(dǎo)作用.

支配與統(tǒng)治, 虛擬數(shù)字工業(yè)技術(shù)的最終發(fā)展目標(biāo), 是使得每一個(gè)工業(yè)體都擁有自己的伴生軟件定義的人工工業(yè)體, 而且其工業(yè)實(shí)力, 很大程度上取決于其對(duì)虛實(shí)互動(dòng)的認(rèn)識(shí)、實(shí)踐和效率, 取決于與其伴生的軟件定義的人工組織之規(guī)模. 而運(yùn)行在信息空間的數(shù)字工業(yè)體, 運(yùn)用智聯(lián)網(wǎng)技術(shù), 當(dāng)它們互相在智能和知識(shí)層面上聯(lián)結(jié)后, 無(wú)疑最終會(huì)占據(jù)實(shí)體工業(yè)體的統(tǒng)治地位, 并支配各種產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行.

1.3 對(duì)中國(guó)核電工業(yè)的啟示與思考

新智能時(shí)代向工業(yè)5.0新形態(tài)演進(jìn)的進(jìn)程已經(jīng)全面啟動(dòng).

2004年, 平行系統(tǒng)理論與方法正式提出[11]. 平行系統(tǒng)(Parallel systems) 是指由某一個(gè)自然的現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)虛擬或理想的人工系統(tǒng)所組成的共同系統(tǒng), 是控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)仿真隨著系統(tǒng)復(fù)雜程度的增加、計(jì)算技術(shù)和分析方法的進(jìn)一步發(fā)展的必然結(jié)果, 是彌補(bǔ)很難甚至無(wú)法對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行精確建模和實(shí)驗(yàn)之不足的一種有效手段, 也是對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行管理和控制的一種可行方式, 比如數(shù)字雙胞胎可以視為平行系統(tǒng)的一種特例或子集,為特定的系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、調(diào)整和優(yōu)化服務(wù).

美國(guó)國(guó)防部、PTC公司、西門子公司、達(dá)索公司、GE等工業(yè)巨頭在2014年前后以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字雙胞胎為關(guān)鍵技術(shù)著手, 構(gòu)建數(shù)字工業(yè)體系. 數(shù)字工業(yè)具有更高的科技含量、更高的附加值利潤(rùn)和更廣闊深邃的發(fā)展空間[12]. 以虛實(shí)工業(yè)體系構(gòu)建的工業(yè)體, 將具有傳統(tǒng)工業(yè)形態(tài)難以企及的高效運(yùn)行模式, 因此傳統(tǒng)工業(yè)形態(tài)的淘汰是未來(lái)的必然結(jié)果,比如GE 更是提出向數(shù)字工業(yè)形態(tài)全面轉(zhuǎn)變, 而最終達(dá)到 “虛實(shí)分離” 的數(shù)字工業(yè)形態(tài)[13]. 到2020年,預(yù)計(jì)將有10000臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī), 68000架飛機(jī)引擎, 1億支照明燈泡和1.52億臺(tái)汽車連入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng).

不僅如此, 虛擬數(shù)字工業(yè)體系也將徹底改變其商業(yè)模式, 比如傳統(tǒng)工業(yè)制造商向同業(yè)服務(wù)商的轉(zhuǎn)變, 就是虛擬數(shù)字工業(yè)體系的一個(gè)重要特征: 通過(guò)對(duì)虛擬工業(yè)體的學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn), 便可提供圍繞該工業(yè)體的各類需求, 如規(guī)劃、制造、運(yùn)維、運(yùn)營(yíng)提供各種精準(zhǔn)服務(wù)業(yè)務(wù). 預(yù)計(jì)到2020年, GE數(shù)字部門創(chuàng)造的收入將從2016年的50億上升到150億元, GE也將由此躋身全球10大軟件公司之列. 更高的利潤(rùn)空間與科技含量, 這也正是虛擬數(shù)字工業(yè)得以支配和統(tǒng)治實(shí)體工業(yè)的根本原因.

然而, 在即將到來(lái)的虛擬數(shù)字工業(yè)時(shí)代, 我們也應(yīng)該有充分的危機(jī)感. 盡管當(dāng)前數(shù)字工業(yè)還在起步階段, 但是其初期核心技術(shù)卻完全掌握在歐美工業(yè)科技巨頭公司的手中, 國(guó)內(nèi)工業(yè)界對(duì)這些核心技術(shù)的關(guān)注和研發(fā)基本還未出現(xiàn), 也基本沒有意識(shí)到這些顛覆性變化的可能性. 現(xiàn)在虛擬數(shù)字工業(yè)處于“支撐與服務(wù)” 的發(fā)展階段, “管控與主導(dǎo)” 階段即將開始, 而當(dāng) “管控與主導(dǎo)” 階段來(lái)臨時(shí), 如果中國(guó)還沒有建立起自主研發(fā)的虛擬數(shù)字工業(yè)技術(shù), 則中國(guó)工業(yè)又將落后于世界先進(jìn)水平, 受制于世界工業(yè)巨頭所掌控的虛擬工業(yè)技術(shù). 更有甚者, 如果在 “支配與統(tǒng)治” 階段, 還沒有自己的核心虛擬工業(yè)體系和技術(shù), 中國(guó)實(shí)體工業(yè)將徹底淪為世界化虛擬數(shù)字工業(yè)的附庸與殖民工業(yè), 成為依托各類產(chǎn)業(yè)鏈的下游工業(yè)實(shí)體.

如果說(shuō)一般性的工業(yè)門類的虛擬數(shù)字化尚有引進(jìn)、學(xué)習(xí)、升級(jí)的時(shí)間、機(jī)會(huì)和轉(zhuǎn)圜余地, 作為國(guó)家能源命脈和需要高度自主化的核電工業(yè)卻沒有這樣的機(jī)會(huì). 如果不發(fā)展自主的虛擬數(shù)字工業(yè)體系, 其結(jié)果要么是在未來(lái)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中失去競(jìng)爭(zhēng)力而逐步被市場(chǎng)邊緣化, 要么必須和國(guó)際工業(yè)巨頭合作而喪失自主權(quán). 這兩種結(jié)果顯然都不是中國(guó)核電工業(yè)的選項(xiàng). 因此, 研發(fā)和建設(shè)具有自主性的虛擬工業(yè)體系,是一項(xiàng)重要而且緊迫的戰(zhàn)略性任務(wù). 本文所述的基于平行理論的核電工業(yè)新形態(tài)和體系架構(gòu), 正是為這一戰(zhàn)略性任務(wù)提供了頂層設(shè)計(jì)思想、體系結(jié)構(gòu)理論以及關(guān)鍵技術(shù)路徑.

核能工業(yè)包含核能資源、核能燃料轉(zhuǎn)換、核反應(yīng)堆設(shè)計(jì)、核電站、輻射技術(shù)、核安全、核廢料處理與環(huán)保、核輻射防護(hù)等多個(gè)組成部分. 其各個(gè)組件之間互相關(guān)聯(lián)和交互, 形成一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng). 本節(jié)討論的是, 在核能產(chǎn)業(yè)中占據(jù)重要位置的核電工業(yè), 以平行系統(tǒng)理論為基礎(chǔ), 其發(fā)展態(tài)勢(shì)會(huì)出現(xiàn)何種新形態(tài)與體系架構(gòu), 如圖1所示.

2.1 新形態(tài): 平行核電

核電系統(tǒng)是一個(gè)極其復(fù)雜的人機(jī)巨系統(tǒng), 其研發(fā)、建造、運(yùn)行等方面表現(xiàn)出了充分的復(fù)雜性. 在工程建造階段, 其復(fù)雜性表現(xiàn)在核電工程建造為一個(gè)開放的系統(tǒng), 在設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、建安、調(diào)試過(guò)程當(dāng)中與整個(gè)核能工業(yè)鏈形成互動(dòng). 在運(yùn)行階段, 其復(fù)雜性一方面為核安全靜態(tài)構(gòu)成要素的復(fù)雜, 具體表現(xiàn)在系統(tǒng)復(fù)雜、規(guī)模龐大、信息量巨大、分散, 人作為核電安全重要能動(dòng)主體但技能與素質(zhì)差別大; 另外一方面表現(xiàn)在核電安全動(dòng)態(tài)復(fù)雜參數(shù)變化形成的系統(tǒng)狀態(tài)組合非常復(fù)雜、人機(jī)交互場(chǎng)景難以預(yù)期, 導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)可能的不穩(wěn)定狀態(tài). 為進(jìn)一步提高核電系統(tǒng)的安全運(yùn)行水平, 降低事故發(fā)生率, 解決核電復(fù)雜系統(tǒng)難以建立精確數(shù)學(xué)模型的難題, 需要采用新的方法理論體系.

圖1  核電工業(yè)體系

平行系統(tǒng) (Parallel Systems), 是指由某一個(gè)自然的現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)虛擬或理想的人工系統(tǒng)所組成的共同系統(tǒng), 是控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)仿真隨著系統(tǒng)復(fù)雜程度的增加、計(jì)算技術(shù)和分析方法的進(jìn)一步發(fā)展的必然結(jié)果, 是彌補(bǔ)很難甚至無(wú)法對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行精確建模和實(shí)驗(yàn)之不足的一種有效手段也是對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行管理和控制的一種可行方式平行系統(tǒng)理論的核心應(yīng)用方法為ACP方法, 是指人工系統(tǒng) (Artificial system)、計(jì)算實(shí)驗(yàn) (Computational experiments)、平行執(zhí)行 (Parallel execution之間的有機(jī)結(jié)合. 人工系統(tǒng)可以理解為傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)或解析建模的擴(kuò)展, 計(jì)算實(shí)驗(yàn)是仿真模擬的升華, 而平行執(zhí)行就是自適應(yīng)控制 (包括內(nèi)?？刂?、預(yù)測(cè)控制、自適應(yīng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃 (Adaptive dynamic programming, ADP) 等) 的進(jìn)一步推進(jìn)升華[14].

平行系統(tǒng)是仿真系統(tǒng)的高階發(fā)展, 其區(qū)別主要有以下幾點(diǎn):

（1）系統(tǒng)的仿真需要以現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)為版本對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模擬與分析, 精度有限; 而平行系統(tǒng)以現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)為基礎(chǔ), 利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等代理模型建立與實(shí)際系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的虛擬系統(tǒng), 解決復(fù)雜系統(tǒng)難以建模的難題.

（2）平行系統(tǒng)與實(shí)際系統(tǒng)之間存在交互, 不斷調(diào)整模型結(jié)構(gòu).

（3）平行系統(tǒng)可對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行在線推演, 將未來(lái)狀態(tài)反饋給當(dāng)前操作.

（4）平行系統(tǒng)中包含代理模型和智能算法如ADP(自適應(yīng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃), 可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同方案的自動(dòng)計(jì)算 同時(shí)可評(píng)估最優(yōu)設(shè)計(jì)方案.

2.2 平行核電系統(tǒng)的研究意義

平行核電系統(tǒng)涵蓋核電行業(yè)中運(yùn)行、應(yīng)急、設(shè)計(jì)、培訓(xùn)等各個(gè)方面. 平行核電系統(tǒng)的研究, 充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和推理能力, 以及人的創(chuàng)造力和在緊急事故情況下的事件的處理能力, 有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)核電復(fù)雜系統(tǒng)中存在的安全隱患, 保障人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全, 實(shí)現(xiàn)核電設(shè)計(jì)改進(jìn)、事故規(guī)程優(yōu)化、運(yùn)行推演、并發(fā)事故情景模擬、學(xué)習(xí)培訓(xùn)、人員應(yīng)急疏散演練、應(yīng)急方案優(yōu)化與驗(yàn)證等功能, 提高核電工業(yè)安全可靠性, 對(duì)整個(gè)核電系統(tǒng)具有重要意義[15?17].

（1） 開展核電設(shè)計(jì)的改進(jìn), 包括工藝參數(shù)、事故規(guī)程的優(yōu)化設(shè)計(jì), 提升設(shè)計(jì)質(zhì)量, 可對(duì)不同的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行計(jì)算實(shí)驗(yàn), 對(duì)實(shí)驗(yàn)效果進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)估, 并在指定的最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)邊界下, 自動(dòng)計(jì)算最優(yōu)設(shè)計(jì)方案.

（2）開展核電已知情景的綜合模擬, 如事故并發(fā)模擬技術(shù)研究、設(shè)備意外失效情景模擬, 有助于查找核電安全隱患, 提高核電安全水平.

（3） 開展智能應(yīng)急管理技術(shù)研究, 可最大程度模擬真實(shí)應(yīng)急場(chǎng)景, 保證應(yīng)急最優(yōu)方案的制訂, 及應(yīng)急情況下各項(xiàng)工作的順利開展.

（4）開展操作運(yùn)行在線推演與智能決策技術(shù)研究, 能準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地評(píng)估出核電安全狀態(tài), 并與運(yùn)行人員實(shí)現(xiàn)智能人機(jī)交互與智能決策, 降低核電廠巨復(fù)雜系統(tǒng)運(yùn)行安全存在的不確定性風(fēng)險(xiǎn).

2.3 平行核電系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容

基于平行系統(tǒng)理念, 結(jié)合核電生產(chǎn)的實(shí)際特點(diǎn),平行核電系統(tǒng)包括基礎(chǔ)構(gòu)建層、數(shù)據(jù)和知識(shí)層、計(jì)算實(shí)驗(yàn)層和平行執(zhí)行層等, 如圖2所示. 該系統(tǒng)可動(dòng)態(tài)模擬核電真實(shí)系統(tǒng)復(fù)雜運(yùn)行過(guò)程, 實(shí)現(xiàn)對(duì)核電生產(chǎn)過(guò)程的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、核電系統(tǒng)未知情景的智能模擬計(jì)算、核電應(yīng)急方案的滾動(dòng)優(yōu)化分析及核電運(yùn)行過(guò)程的在線推演評(píng)估與優(yōu)化、人機(jī)交互高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域分析等, 增強(qiáng)核電安全固有屬性, 提升核電整體安全性與競(jìng)爭(zhēng)力. 其核心思想為, 通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、行為分析模型等代理建模方法, 對(duì)電廠系統(tǒng)、設(shè)備、人員建立模型, 組成同實(shí)際系統(tǒng)等價(jià)的人工系統(tǒng). 在人工系統(tǒng)上, 通過(guò)計(jì)算實(shí)驗(yàn)或試驗(yàn)來(lái)認(rèn)識(shí)實(shí)際系統(tǒng)各要素間正常和非正常狀態(tài)下的演化規(guī)律和相互作用關(guān)系,通過(guò)兩者的相互連接, 對(duì)兩者之間的行為進(jìn)行對(duì)比和分析, 研究對(duì)各自未來(lái)狀態(tài)的借鑒和預(yù)估, 相應(yīng)調(diào)節(jié)各自的控制與管理方式, 最后利用所認(rèn)識(shí)的規(guī)律,通過(guò)平行控制實(shí)現(xiàn)正常情況下優(yōu)化實(shí)際系統(tǒng)的控制和較少意外的發(fā)生, 非正常情況下找到讓系統(tǒng)迅速恢復(fù)正常的方法, 提高應(yīng)急控制水平[18?22].

基礎(chǔ)構(gòu)件: 構(gòu)建具備大規(guī)模數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)與海量數(shù)據(jù)分布式計(jì)算能力的基于SOA (Serviceoriented architecture) (或云計(jì)算) 平臺(tái). 遵循FIPA(The Foundation for Intelligent Physical Agents)規(guī)范建立多智能體環(huán)境, 并開發(fā)代理管理系統(tǒng)、分布式目錄服務(wù)器和代理通信通道等多代理平臺(tái)組件,實(shí)現(xiàn)平臺(tái)內(nèi)部的代理生命周期服務(wù)、消息通信服務(wù);最后, 結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的具體應(yīng)用, 構(gòu)建應(yīng)用領(lǐng)體, 以實(shí)現(xiàn)平臺(tái)內(nèi)部代理間的語(yǔ)義互操作性.

數(shù)據(jù)和知識(shí): 運(yùn)用基于代理建模方法對(duì)具體應(yīng)用示范領(lǐng)域中的參與者、環(huán)境、規(guī)則和機(jī)制建模并構(gòu)建各自的模型庫(kù); 其次, 結(jié)合各應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀, 基于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)構(gòu)建場(chǎng)景庫(kù). 基于XML語(yǔ)言設(shè)計(jì)一套形式化表示方法來(lái)統(tǒng)一描述實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的領(lǐng)域知識(shí), 并運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)和自然語(yǔ)言處理技術(shù)半自動(dòng)地構(gòu)建領(lǐng)域知識(shí)庫(kù), 實(shí)現(xiàn)平臺(tái)內(nèi)部領(lǐng)域知識(shí)的存儲(chǔ)、表達(dá)與推理.

圖2 平行核電系統(tǒng)的主要研究?jī)?nèi)容

圖3 平行核電能系統(tǒng)運(yùn)行流程圖

計(jì)算實(shí)驗(yàn): 設(shè)計(jì)同時(shí)支持真實(shí)與虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的場(chǎng)景生成器. 場(chǎng)景生成器能夠接受最終用戶輸入的場(chǎng)景或自動(dòng)提取場(chǎng)景庫(kù)中的特定實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景, 實(shí)例化實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中的交互機(jī)制與管理規(guī)則, 并傳遞給事件驅(qū)動(dòng)引擎完成計(jì)算實(shí)驗(yàn)仿真; 基于離散事件仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)事件驅(qū)動(dòng)引擎, 并動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中各代理的交互與通信過(guò)程. 事件驅(qū)動(dòng)引擎采用仿真時(shí)鐘模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)運(yùn)行時(shí)的特定時(shí)刻和時(shí)間變化, 按時(shí)間順序存儲(chǔ)、分析和確定實(shí)驗(yàn)過(guò)程中離散事件及事件間的引發(fā)關(guān)系. 通過(guò)仿真時(shí)鐘的推進(jìn)和離散事件的處理來(lái)驅(qū)動(dòng)和模擬計(jì)算實(shí)驗(yàn)的過(guò)程; 最后, 研制適用于計(jì)算實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的算法分析工具, 并以模塊和組件的形式應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中. 重點(diǎn)開發(fā)各類群體策略學(xué)習(xí)與優(yōu)化算法、定性與定量計(jì)算實(shí)驗(yàn)研究算法以及對(duì)各應(yīng)用領(lǐng)域提供特定支持的專用算法模塊.這些工具將動(dòng)態(tài)地分析、研究和優(yōu)化計(jì)算實(shí)驗(yàn)過(guò)程及其結(jié)果, 并實(shí)時(shí)更新知識(shí)庫(kù).

平行控制: 基于智能探測(cè)、傳感網(wǎng)絡(luò)與多源信息融合技術(shù)實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)、收集與融合互聯(lián)網(wǎng)開源數(shù)據(jù)和各應(yīng)用領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù), 并基于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)生成或調(diào)整實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景; 其次, 設(shè)計(jì)一套完整的軟件庫(kù)和高層應(yīng)用程序協(xié)議, 服務(wù)于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與終端用戶之間的接口, 使得終端用戶能夠方便地管理和配置實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)內(nèi)部代理的運(yùn)行; 實(shí)時(shí)監(jiān)控和研究實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中的不安全因素, 實(shí)現(xiàn)事件安全的被動(dòng)式查詢與主動(dòng)式風(fēng)險(xiǎn)研究及預(yù)警; 同時(shí)通過(guò)計(jì)算實(shí)驗(yàn)和反饋調(diào)控實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化計(jì)算研究和優(yōu)化,生成實(shí)時(shí)最優(yōu)決策. 最后, 設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)可視化的人機(jī)交互界面, 以文本、圖、表等形式全方位地呈現(xiàn)計(jì)算實(shí)驗(yàn)?zāi)M及其交互控制過(guò)程[23?25], 如圖3所示.

2.4 平行核電體系架構(gòu)

為實(shí)現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合的平行控制, 平行核電管控系統(tǒng)如圖4所示.

圖4 平行核電管控系統(tǒng)

圖4中左側(cè)為目前傳統(tǒng)的核電工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域,包括底層過(guò)程控制系統(tǒng) (Distributed control system, DCS)、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng) (Manufacturing execution system, MES) 及企業(yè)資源規(guī)劃管理系統(tǒng) (Enterprise resource planning, ERP). 右側(cè)為本文提出的虛擬人工核電系統(tǒng), 對(duì)應(yīng)的知識(shí)自動(dòng)化領(lǐng)域. 采用構(gòu)建人工系統(tǒng)、計(jì)算實(shí)驗(yàn)和平行執(zhí)行 (ACP), 實(shí)現(xiàn)對(duì)核電工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的建模、計(jì)算和控制; 基于ACP 的虛擬人工核電系統(tǒng)和核電工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)形成核電社會(huì)物理信息系統(tǒng)(Cyber-physical-socialsystems, CPSS); 采用 ACP 反復(fù)觀察評(píng)估后, 通過(guò)虛實(shí)平行互動(dòng), 形成描述、預(yù)測(cè)和引導(dǎo) (Description,prediction, prescription, DPP) 的分析、決策和執(zhí)行過(guò)程, 最終利用虛擬核電系統(tǒng)對(duì)實(shí)際核電系統(tǒng)實(shí)施閉環(huán)有效的控制與管理.

虛擬人工核電系統(tǒng)從工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域通過(guò)大反饋獲得核電系統(tǒng)的物理、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行及社會(huì)信息等大數(shù)據(jù), 通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和語(yǔ)言建模, 進(jìn)入知識(shí)自動(dòng)化領(lǐng)域. 知識(shí)自動(dòng)化基于ACP、CPSS 及DPP等建模、計(jì)算和控制過(guò)程, 形成優(yōu)化的控制決策、通過(guò)大閉環(huán)引導(dǎo)實(shí)際核電系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行.

以核電相關(guān)群體為社會(huì)管理的觀測(cè)、建模、計(jì)算及運(yùn)營(yíng)對(duì)象, 知識(shí)自動(dòng)化可實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息的捕捉、識(shí)別、追蹤、解析及預(yù)測(cè). 其本質(zhì)內(nèi)容在于以用戶為中心, 通過(guò)采用面向基礎(chǔ)設(shè)施的架構(gòu)、面向平臺(tái)的架構(gòu)、面向軟件的架構(gòu), 使用 Web 挖掘等技術(shù)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)及智聯(lián)網(wǎng)的文本、視頻等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集; 同時(shí)借助機(jī)器學(xué)習(xí)及云計(jì)算等技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的過(guò)濾、分析和結(jié)構(gòu)化, 獲取信息特征; 通過(guò)特定的建模手段及方法實(shí)現(xiàn)知識(shí)的合成, 結(jié)合行為動(dòng)力學(xué)特征, 針對(duì)核電相關(guān)群體進(jìn)行群體涌現(xiàn)行為計(jì)算與宏觀社會(huì)現(xiàn)象預(yù)測(cè), 進(jìn)而主動(dòng)提供基于知識(shí)的智能推薦與基于決策的智慧服務(wù), 實(shí)現(xiàn)核電管理自動(dòng)化的全過(guò)程[26?28].

基于以上論述系統(tǒng)架構(gòu)分為六層, 如圖5所示.

對(duì)象層: 對(duì)應(yīng)物理核電系統(tǒng), 包括核電工業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈, 囊括了核原料生產(chǎn)、加工、利用、廢料處理等環(huán)節(jié), 核電站設(shè)計(jì)、建造、發(fā)電運(yùn)維、改造、拆除等全生命周期環(huán)節(jié), 核電研究相關(guān)產(chǎn)業(yè)以及核電周邊產(chǎn)業(yè); 同時(shí)包含人、財(cái)、物及社會(huì)等對(duì)核電工業(yè)系統(tǒng)的影響.

數(shù)據(jù)采集與信息形成層: 分成兩個(gè)部分, 一是目前已有的工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)及信息系統(tǒng). 主要包括DCS 系統(tǒng)、MES系統(tǒng)及企業(yè)級(jí)ERP系統(tǒng). 二是在互聯(lián)網(wǎng)和多種通訊模式下, 人與社會(huì)對(duì)核電工業(yè)的互動(dòng), 將更加便捷和密切, 通過(guò)Internet等渠道收集大量的信息, 并作用于物理核電系統(tǒng), 稱為感知和執(zhí)行, 這一過(guò)程產(chǎn)生的信息將包含大量的人與社會(huì)因素. 最后通過(guò)大數(shù)據(jù)、模式識(shí)別、區(qū)塊鏈、云計(jì)算和社會(huì)計(jì)算等手段, 匯集以上所有數(shù)據(jù)信息, 形成有效的信息層.

存儲(chǔ)層: 將數(shù)據(jù)采集和信息形成層形成的數(shù)據(jù)分門別類存入核電站運(yùn)維數(shù)據(jù)庫(kù)、工業(yè)自動(dòng)化數(shù)據(jù)庫(kù)、專家知識(shí)庫(kù)、政策數(shù)據(jù)庫(kù)、核電相關(guān)人員數(shù)據(jù)庫(kù)等各種數(shù)據(jù)庫(kù).

特征抽取及知識(shí)合成層: 采用自然語(yǔ)言處理、機(jī)器學(xué)習(xí)、智能控制等人工智能技術(shù), 實(shí)現(xiàn)特征抽取和知識(shí)合成.

解析層: 基于特征抽取及知識(shí)合成層獲得的知識(shí)和特征, 通過(guò)人機(jī)結(jié)合、知行合一、虛實(shí)融合等手段, 建立虛擬人工核電系統(tǒng)各環(huán)節(jié)模型和系統(tǒng)模型,實(shí)現(xiàn)虛擬人工核電系統(tǒng)的構(gòu)建, 完成物理世界、精神世界、人工世界的三統(tǒng)一. 同時(shí)對(duì)平行核電產(chǎn)業(yè)進(jìn)行平行系統(tǒng)建模, 完成全產(chǎn)業(yè)鏈平行化的目標(biāo).

平行控制層: 基于虛擬人工核電系統(tǒng)模型, 采用計(jì)算實(shí)驗(yàn), 獲得優(yōu)化控制策略, 采用平行執(zhí)行模式,實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬人工核電系統(tǒng)和實(shí)際核電系統(tǒng)的同步反饋. 平行執(zhí)行對(duì)實(shí)際核電系統(tǒng), 引導(dǎo)人與社會(huì)的活動(dòng); 采用軟件定義機(jī)器模式, 與物理定義機(jī)器進(jìn)行控制互動(dòng). 平行執(zhí)行可以調(diào)整虛擬人工核電系統(tǒng)的模型、參數(shù)、運(yùn)行方式, 使虛擬人工系統(tǒng)與實(shí)際系統(tǒng)一致, 為下一步引導(dǎo)實(shí)際系統(tǒng)做準(zhǔn)備. 最后, 實(shí)現(xiàn)物理、社會(huì)、賽博空間的互聯(lián)互通, 共同融合, 實(shí)現(xiàn)默頓牛頓系統(tǒng)的大統(tǒng)一. 同時(shí), 在執(zhí)行過(guò)程中, 運(yùn)用動(dòng)態(tài)閉環(huán)的管理方式進(jìn)行平行控制與管理[29?33].

2.5 平行核電系統(tǒng)的應(yīng)用

平行核電系統(tǒng)的研究, 可應(yīng)用在核電系統(tǒng)設(shè)計(jì)改進(jìn)、事故規(guī)程優(yōu)化、運(yùn)行推演、并發(fā)事故情景模擬、學(xué)習(xí)培訓(xùn)、人員應(yīng)急疏散演練、應(yīng)急方案優(yōu)化與驗(yàn)證等多個(gè)方向[34?41], 如圖6所示： 

圖5 平行核電框架

圖6 平行核電系統(tǒng)的主要應(yīng)用

對(duì)運(yùn)行部門, 提供核電系統(tǒng)的在線推演平臺(tái), 可以評(píng)估運(yùn)行人員的操作風(fēng)險(xiǎn), 以及對(duì)風(fēng)險(xiǎn)事件提供智能決策；

對(duì)應(yīng)急部門, 模擬真實(shí)事故場(chǎng)景、同時(shí)考慮社會(huì)和人的心理行為主觀能動(dòng)影響等缺點(diǎn), 保證在應(yīng)急情況下人員的快速疏散及救援工作的順利開展;

對(duì)設(shè)計(jì)部門, 可由事故后原因分析轉(zhuǎn)變?yōu)槭虑霸O(shè)計(jì)預(yù)防, 改進(jìn)設(shè)計(jì)方案, 防止此類事故的發(fā)生, 為在最大程度上避免重大核事故的發(fā)生;

對(duì)培訓(xùn)部門, 可以作為核電操作的輔助教學(xué)平臺(tái), 以直觀的形式顯示核電的運(yùn)行機(jī)理, 同時(shí), 可模擬更多故障事件, 提高操作人員處理事件能力.

3.1 智聯(lián)網(wǎng)

智聯(lián)網(wǎng)的定義為以互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為前序基礎(chǔ)科技, 在此之上以知識(shí)自動(dòng)化為核心系統(tǒng), 以知識(shí)計(jì)算為核心技術(shù), 以獲取知識(shí)、表達(dá)知識(shí)、交換知識(shí)、關(guān)聯(lián)知識(shí)為關(guān)鍵任務(wù), 從而建立智能實(shí)體之間語(yǔ)義層次的聯(lián)結(jié)、實(shí)現(xiàn)各智能體所擁有的知識(shí)的互聯(lián)互通; 智聯(lián)網(wǎng)的最終目的是支撐需要大規(guī)模社會(huì)化協(xié)作的、特別是在復(fù)雜系統(tǒng)中的知識(shí)功能和知識(shí)服務(wù). 智聯(lián)網(wǎng)的實(shí)質(zhì)即以某種協(xié)同的方式進(jìn)行從原始經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的主動(dòng)采集、獲取知識(shí)、交換知識(shí)、關(guān)聯(lián)知識(shí), 到知識(shí)功能, 如推理、決策、規(guī)劃、管控等的全自動(dòng)化過(guò)程, 因此智聯(lián)網(wǎng)的實(shí)質(zhì)是一種全新的、直接面向智能的復(fù)雜、協(xié)同知識(shí)自動(dòng)化系統(tǒng), 如圖7所示.

圖7  智聯(lián)網(wǎng)的基本概念示意圖

研究和建設(shè)工業(yè)智聯(lián)網(wǎng), 為工業(yè)發(fā)展分析與評(píng)估智能系統(tǒng)提供社會(huì)化基礎(chǔ)設(shè)施和支撐平臺(tái); 通過(guò)該支撐平臺(tái), 基于平行系統(tǒng)理論的分析管控、基于工業(yè) CPSS 的系統(tǒng)架構(gòu)以及產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析的各種社會(huì)計(jì)算核心技術(shù)得以實(shí)現(xiàn). 工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)并非空中樓閣,是建立在互聯(lián)網(wǎng) (數(shù)據(jù)信息互聯(lián)) 和物聯(lián)網(wǎng) (感知控制互聯(lián)) 基礎(chǔ)上的. 智聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同知識(shí)自動(dòng)化系統(tǒng)架構(gòu), 為建立復(fù)雜而高效的多層次社會(huì)化的傳感、通信和計(jì)算系統(tǒng)規(guī)劃和設(shè)計(jì)提供了邏輯結(jié)構(gòu)和全體系化建設(shè)藍(lán)圖.

工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)最重要的應(yīng)用之一, 就是使能軟件定義的工業(yè)體系. 在工程領(lǐng)域, 越來(lái)越多的系統(tǒng)打破常規(guī), 并通過(guò)開放的軟件定義的系統(tǒng)接口實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的靈活重構(gòu), 使得未來(lái)工程系統(tǒng)成為智能實(shí)體的聯(lián)合體, 極大地改善了系統(tǒng)的擴(kuò)展能力和靈活性. 當(dāng)代軟件定義系統(tǒng)前沿的代表為軟件定義網(wǎng)絡(luò) (Software defined network, SDN), 靈捷虛擬企業(yè) (Agile virtual enterprise, AVE) 和社會(huì)制造 (眾包). 知識(shí)自動(dòng)化和智聯(lián)網(wǎng), 是軟件定義流程與系統(tǒng)的核心: 結(jié)合知識(shí)表示和知識(shí)工程, 聯(lián)結(jié)智能實(shí)體,構(gòu)造和支撐各類針對(duì)特定領(lǐng)域和問(wèn)題的軟件定義的流程 (Software-defined processes, SDP) 和軟件定義的系統(tǒng) (Software-defined systems, SDS). 通過(guò)SDP 和 SDS, 使常識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、猜測(cè)、假定、希望、創(chuàng)新、想象等形式化和實(shí)質(zhì)化, 并使其組織、過(guò)程、功能等軟件化, 變?yōu)榭刹僮?、可?jì)算、可試驗(yàn)的流程和系統(tǒng), 從而進(jìn)一步深入復(fù)雜知識(shí)自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)想、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)營(yíng)、管理與控制[42].

3.2 知識(shí)自動(dòng)化方法體系的研發(fā)

很多情況下, 工業(yè)系統(tǒng)的眾多過(guò)程呈現(xiàn)深度耦合、交互影響的特點(diǎn), 可利用知識(shí)自動(dòng)化的手段對(duì)工業(yè)過(guò)程管理的現(xiàn)象進(jìn)行捕捉、識(shí)別、追蹤、解析、預(yù)測(cè)及誘導(dǎo). 更進(jìn)一步來(lái)講, 針對(duì)具體的研究對(duì)象,通過(guò)廣泛的感知、測(cè)量、采集和傳遞信息的設(shè)備或系統(tǒng), 對(duì)信息進(jìn)行快速獲取并分析, 實(shí)現(xiàn)社會(huì)和技術(shù)信號(hào)的實(shí)時(shí)采集、數(shù)據(jù)融合和分析處理; 然后, 基于ACP方法, 借助網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)挖掘、自然語(yǔ)言處理及機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù), 通過(guò)結(jié)構(gòu)分析、語(yǔ)義分析等手段對(duì)工業(yè)活動(dòng)、結(jié)構(gòu)、組織和功能等進(jìn)行深入解析, 以獲取實(shí)時(shí)、系統(tǒng)且全面的知識(shí)來(lái)解決特定的問(wèn)題[43].

3.3 發(fā)展性人工智能代理系統(tǒng)

多智能體系統(tǒng)的自治性、交互性、協(xié)同性、學(xué)習(xí)與推理等特點(diǎn)是研究復(fù)雜系統(tǒng)問(wèn)題無(wú)可替代的絕佳手段. 針對(duì)社會(huì)計(jì)算中多智能體系統(tǒng)的需求和發(fā)展方向, 我們提出了一個(gè)新概念, 即 “發(fā)展性人工智能代理系統(tǒng)”[44]. 發(fā)展性人工智能代理的核心特征是“終生學(xué)習(xí)” 和 “永繼學(xué)習(xí)”. “終生學(xué)習(xí)” 的概念指的是, 一個(gè)發(fā)展性人工智能代理針對(duì)一個(gè)系統(tǒng)參與者 (人、組織等社會(huì)實(shí)體), 建立與之對(duì)應(yīng)的終生學(xué)習(xí)和交互機(jī)制, 終生獲取、認(rèn)知并管控參與者的數(shù)據(jù)和知識(shí), 從而做到智能代理的知識(shí), 隨著參與者自身的變化及外部環(huán)境的變化而改變. “永繼學(xué)習(xí)” 的概念指的是, 由于基于機(jī)器的人工智能代理的知識(shí)是可以作為數(shù)據(jù)直接傳遞的, 因此在利用新的人工智能代理解決新一階段出現(xiàn)的新系統(tǒng)問(wèn)題的時(shí)候, 可以直接利用前序階段的人工智能代理知識(shí)而不用重新訓(xùn)練學(xué)習(xí). 基于這兩個(gè)特征, 發(fā)展性智能體具備的認(rèn)知、規(guī)劃、推理、學(xué)習(xí)、輔助和引導(dǎo)功能, 是通過(guò)其與對(duì)應(yīng)參與者的長(zhǎng)期知識(shí)交互而形成, 因此具備了深度認(rèn)知能力, 以及對(duì)參與者改變的適應(yīng)性.

我們認(rèn)為, 針對(duì)目標(biāo)工業(yè)的分析、決策、管控場(chǎng)景, 發(fā)展性人工智能代理系統(tǒng)將是下一代多智能體系統(tǒng)的新范式, 能夠做到對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)及系統(tǒng)中各參與者更精確的模擬, 從而建立虛實(shí)系統(tǒng)智能體和人之間更加精確的互動(dòng)機(jī)制, 為分析復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)打下更堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

3.4 大型平行協(xié)同演化技術(shù)

平行管理與控制的方法為有效建立混合增強(qiáng)智能的框架提供了理論體系與平臺(tái). 由于系統(tǒng)的復(fù)雜性的存在, 多數(shù)系統(tǒng)本質(zhì)上不能解析建模. 基于平行系統(tǒng)的理論, 采用 ACP 方法可以對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行雙閉環(huán)管理與控制. 在實(shí)際系統(tǒng)的基礎(chǔ)上, 通過(guò)多智能體技術(shù)建立一個(gè)或多個(gè)虛擬的人工系統(tǒng); 以計(jì)算設(shè)施為實(shí)驗(yàn)室, 通過(guò)對(duì)人工系統(tǒng)的計(jì)算實(shí)驗(yàn), 來(lái)解決實(shí)際系統(tǒng)中難以實(shí)驗(yàn)以及重復(fù)實(shí)驗(yàn)的難題; 通過(guò)對(duì)實(shí)際系統(tǒng)與人工系統(tǒng)構(gòu)成的平行系統(tǒng)進(jìn)行虛實(shí)互動(dòng)、平行執(zhí)行來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的管理和控制.

在平行執(zhí)行的過(guò)程中, 需要建立基于系統(tǒng)協(xié)同演化機(jī)制的場(chǎng)景推演模型. 把實(shí)際系統(tǒng)與人工系統(tǒng)相交互, 建立協(xié)同演化的機(jī)制, 通過(guò)虛實(shí)互動(dòng)提高各自的性能并進(jìn)行優(yōu)化. 在實(shí)際系統(tǒng)與人工系統(tǒng)協(xié)同演化的過(guò)程中, 需要運(yùn)用演化博弈思想對(duì)協(xié)同演化機(jī)制進(jìn)行系統(tǒng)的分析. 同時(shí), 把演化算法與博弈論理論、多智能體系統(tǒng)理論相結(jié)合, 并引入分布式計(jì)算技術(shù), 建立性能更高效的分布式系統(tǒng)演化算法, 并將協(xié)同演化思想與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、人工免疫算法、模擬退火算法等結(jié)合, 集成現(xiàn)有智能算法中的不同搜索技術(shù), 建立功能強(qiáng)大的平行協(xié)同演化算法, 與平行管理與控制相結(jié)合, 實(shí)現(xiàn)人工系統(tǒng)與現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的虛實(shí)互動(dòng)和平行執(zhí)行.

3.5 大規(guī)?；旌显鰪?qiáng)智能計(jì)算驗(yàn)證平臺(tái)

結(jié)合典型工業(yè)應(yīng)用, 搭建面向不同結(jié)構(gòu)、不同類型、快速多樣的大數(shù)據(jù)計(jì)算實(shí)驗(yàn)平臺(tái), 建立實(shí)際系統(tǒng)的分布式、自適應(yīng)、動(dòng)態(tài)感知機(jī)制, 實(shí)時(shí)準(zhǔn)確感知實(shí)際系統(tǒng)的多樣化信息. 以人工系統(tǒng)為基礎(chǔ), 以目標(biāo)工業(yè)管控系統(tǒng)傳感與感知數(shù)據(jù)為輸入, 研究人工系統(tǒng)智能體的動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法, 將智能體的微觀推理決策參數(shù)與系統(tǒng)宏觀運(yùn)行演化特征相結(jié)合, 完成匹配系統(tǒng)整體運(yùn)行分布的智能體參數(shù)標(biāo)定. 在智能體參數(shù)標(biāo)定的基礎(chǔ)上, 設(shè)計(jì)各參數(shù)科學(xué)合理的分布范圍, 完成單因素到多因素的多智能體協(xié)同、博弈、對(duì)抗等計(jì)算實(shí)驗(yàn), 分析影響工業(yè)運(yùn)行的正負(fù)變量因子、主次變量因子, 并采用統(tǒng)計(jì)評(píng)優(yōu)的方法評(píng)估當(dāng)前環(huán)境參數(shù)下工業(yè)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)和管控手段.

3.6 核能產(chǎn)業(yè)區(qū)塊鏈

區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N全網(wǎng)共識(shí)共同維護(hù)且保有所有歷史交易數(shù)據(jù)的分布式數(shù)據(jù)庫(kù). 其所采用的時(shí)間戳、非對(duì)稱加密、分布式共識(shí)、可靈活編程等技術(shù)使其具備了去中心化、時(shí)間可追溯性、自治性、開放性以及信息不可篡改等特性. 區(qū)塊鏈技術(shù)的基本構(gòu)架大致可以分為六層, 即涵括所有基層信息數(shù)據(jù)和加密技術(shù)等的數(shù)據(jù)層、連接所有節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)傳播以及驗(yàn)證的網(wǎng)絡(luò)層、涵括各種共識(shí)算法與機(jī)制的共識(shí)層、制定獎(jiǎng)勵(lì)與懲處的激勵(lì)層、封裝算法和智能合約的合約層、以及具體化區(qū)塊鏈應(yīng)用場(chǎng)景的應(yīng)用層.

區(qū)塊鏈的智能合約技術(shù)可以真正做到在無(wú)外部監(jiān)督的情況下, 以極小的運(yùn)營(yíng)成本支撐大型智能實(shí)體網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行, 即 “分布式自治組織” (DistributedAutonomous Organization, DAO).DAO運(yùn)用智能合約執(zhí)行一系列公開公正的系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)則, 在無(wú)人管理和監(jiān)督的情況下實(shí)現(xiàn)自組織和自主運(yùn)行. 結(jié)合前文提到的智聯(lián)網(wǎng)知識(shí)的協(xié)同運(yùn)行方式 (層次型、集中型、分布型、混合型), 基于區(qū)塊鏈的DAO為物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)提供了理想的平臺(tái), 從而實(shí)現(xiàn)按照一定組織規(guī)則來(lái)自動(dòng)組織智能體和開展協(xié)同知識(shí)自動(dòng)化.更進(jìn)一步, 通過(guò)出售或收購(gòu)DAO的股權(quán), 提供或者購(gòu)買DAO的知識(shí)服務(wù), 開放智聯(lián)網(wǎng)DAO知識(shí)服務(wù)API等種種商業(yè)和技術(shù)創(chuàng)新, 智聯(lián)網(wǎng)可以成為一種社會(huì)化的技術(shù)生態(tài)系統(tǒng), 旨在為全社會(huì)提供全方位的知識(shí)服務(wù).

對(duì)于區(qū)塊鏈的理解分為三種: “加密數(shù)字貨幣”、“分布式記賬本技術(shù)” 和 “通證”. “通證” 的觀點(diǎn)是可以根據(jù)各種實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景, 構(gòu)建一個(gè)基于區(qū)塊鏈的系統(tǒng), 它是有真實(shí)應(yīng)用的系統(tǒng), 且與許多傳統(tǒng)的工業(yè)系統(tǒng)對(duì)接. “通證” 可以把任何有價(jià)值的權(quán)益“通證化”, 通證化結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)之后, 就可以直接共享使用 “通證權(quán)” 融資, 且透明可信, 可快速流轉(zhuǎn),形成市場(chǎng)價(jià)格. 所以, 通證工業(yè)鏈就是真正的數(shù)字工業(yè)鏈, 可以大幅提升工業(yè)經(jīng)濟(jì)的效率, 激發(fā)出前所未有的創(chuàng)新和活力.

核能區(qū)塊鏈的核心思想是提供一個(gè)可信底層平臺(tái), 各種產(chǎn)業(yè)單元可以基于此底層構(gòu)建各種智能合約, 構(gòu)建通證, 實(shí)現(xiàn)鏈?zhǔn)絽f(xié)作. 目前各種區(qū)塊鏈平臺(tái)的性能還達(dá)不到商用要求, 區(qū)塊鏈技術(shù)需要進(jìn)行性能的優(yōu)化提升, 但是研發(fā)界抱樂(lè)觀態(tài)度.

實(shí)現(xiàn)核能區(qū)塊鏈和通證產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)是智能合約. 標(biāo)準(zhǔn)化的智能合約可以由產(chǎn)業(yè)區(qū)塊鏈官方制定, 比如核能產(chǎn)業(yè)各個(gè)業(yè)務(wù)研發(fā)支撐一個(gè)區(qū)塊鏈條,發(fā)行通證作為業(yè)務(wù)的一個(gè)記賬單位, 所有的利益相關(guān)部門使用這個(gè)底層基礎(chǔ)設(shè)施, 從而在核能力生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)中逐步實(shí)現(xiàn)通證產(chǎn)業(yè)系統(tǒng). 在形成通證經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)雛形后, 智能核能產(chǎn)業(yè)網(wǎng)絡(luò)即形成.

基于區(qū)塊鏈技術(shù)的智能核能產(chǎn)業(yè)網(wǎng)絡(luò), 每一個(gè)產(chǎn)業(yè)單元都通過(guò)智能合約標(biāo)準(zhǔn), 將自己的連入不同的產(chǎn)業(yè)鏈當(dāng)中, 或者說(shuō)每一個(gè)產(chǎn)業(yè)單元通過(guò)各種智能合約范式與自己的產(chǎn)業(yè)鏈上下游相連, 給自己的業(yè)務(wù)和整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈都在虛擬世界里構(gòu)建出一個(gè) “虛實(shí)平行產(chǎn)業(yè)鏈”, 這些 “虛實(shí)平行產(chǎn)業(yè)鏈”, 通過(guò)智能合約范式, 接入電力產(chǎn)業(yè)體系中. 核能產(chǎn)業(yè)運(yùn)作時(shí),整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈條的相關(guān)智能合約被不斷觸發(fā), 實(shí)現(xiàn)自主高效的運(yùn)行, 智能核能產(chǎn)業(yè)得以實(shí)現(xiàn).

核能產(chǎn)業(yè)區(qū)塊鏈技術(shù), 將從根本上變革核能工業(yè)生產(chǎn)方式, 重塑整個(gè)工業(yè)的形態(tài). 整個(gè)核能力生產(chǎn)都會(huì)運(yùn)行在分布式的智能產(chǎn)業(yè)網(wǎng)絡(luò)上, 在區(qū)塊鏈上監(jiān)視和管控每一個(gè)產(chǎn)業(yè)單元的運(yùn)行狀況, 分析產(chǎn)業(yè)的宏觀數(shù)據(jù)和生產(chǎn)微觀數(shù)據(jù), 真正實(shí)現(xiàn)虛擬數(shù)字核能產(chǎn)業(yè)的數(shù)據(jù)化、知識(shí)化、智能化[45?47].

在本節(jié), 我們以核能產(chǎn)業(yè)的重要組成部分, 核電工業(yè)為背景, 以核電站工控系統(tǒng)安全評(píng)估和核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng)為應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)分析相應(yīng)的業(yè)務(wù)新技術(shù)與系統(tǒng)新形態(tài).

4.1 核電工控系統(tǒng)安全評(píng)估

基于平行核電系統(tǒng), 可進(jìn)行基于計(jì)算實(shí)驗(yàn)的核電工控安全系統(tǒng)信息安全威脅防護(hù)策略分析與研究[48]. 利用核電工控系統(tǒng)信息安全保障方案的實(shí)時(shí)信息, 設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)情景, 把計(jì)算機(jī)作為實(shí)驗(yàn)室, 進(jìn)行各種各樣的計(jì)算 “軟” 實(shí)驗(yàn), 針對(duì)不同安全防護(hù)應(yīng)用設(shè)計(jì)多種計(jì)算實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景, 研究網(wǎng)絡(luò)安全攻擊演化規(guī)律及其常態(tài)和非常態(tài)管理策略. 在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)攻擊場(chǎng)景和虛擬網(wǎng)絡(luò)攻擊場(chǎng)景平行執(zhí)行的基礎(chǔ)上, 利用計(jì)算實(shí)驗(yàn)方法在平行安全防護(hù)演練平臺(tái)上進(jìn)行各種試驗(yàn), 對(duì)核電工控安全系統(tǒng)的防護(hù)行為進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析. 實(shí)際安全防范系統(tǒng)中的算法分析工具以模塊和組件的形式應(yīng)用于平行系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中, 其中包括各類學(xué)習(xí)策略與優(yōu)化算法、定性與定量計(jì)算實(shí)驗(yàn)研究算法以及對(duì)各安全威脅場(chǎng)景 (包括常規(guī)安全威脅場(chǎng)景、增強(qiáng)安全威脅場(chǎng)景和突發(fā)安全威脅場(chǎng)景) 提供特定支持的專用算法模塊, 這些工具將動(dòng)態(tài)地分析、研究和優(yōu)化安全威脅計(jì)算實(shí)驗(yàn)過(guò)程及其結(jié)果, 并結(jié)合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系更新評(píng)價(jià)結(jié)果[49?51].主要步驟如下, 如圖 8 所示.

第一階段: 資產(chǎn)識(shí)別與評(píng)定

步驟 1. 定義業(yè)務(wù)或運(yùn)營(yíng)目標(biāo)

識(shí)別和了解業(yè)務(wù)或運(yùn)營(yíng)目標(biāo)對(duì)于真正理解風(fēng)險(xiǎn)可能對(duì)業(yè)務(wù)帶來(lái)的后果和影響至關(guān)重要. 因此, 這一步驟也是制定適合自己的風(fēng)險(xiǎn)度量標(biāo)準(zhǔn)并對(duì)識(shí)別出的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)分的基礎(chǔ). 對(duì)于核電站工控系統(tǒng)來(lái)說(shuō),控制系統(tǒng)運(yùn)行和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的過(guò)程都有哪些？在過(guò)程中或自動(dòng)化步驟中都部署了哪些系統(tǒng)來(lái)支持這一過(guò)程？通過(guò)了解這些目標(biāo), 就可以知道哪些系統(tǒng)對(duì)于實(shí)現(xiàn)目標(biāo)更為關(guān)鍵.

步驟 2. 系統(tǒng)評(píng)定與分類

給予前一步驟中所識(shí)別的業(yè)務(wù)與運(yùn)營(yíng)目標(biāo)以及與之關(guān)聯(lián)的系統(tǒng). 首先對(duì)實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)所需要的各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行識(shí)別和評(píng)定, 然后找出可能與系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的潛在事件和后果, 最后建立所導(dǎo)致的后果與業(yè)務(wù)目標(biāo)之間的關(guān)聯(lián), 以便根據(jù)系統(tǒng)關(guān)鍵性進(jìn)行分類與優(yōu)先級(jí)排序.

圖8  核電工控系統(tǒng)信息安全保障方案平臺(tái)評(píng)估流程

步驟 3. 資產(chǎn)識(shí)別

盡可能全面的識(shí)別出所有資產(chǎn)無(wú)疑是至關(guān)重要的. 然而, 資產(chǎn)清單以及文件的收集比較困難, 而且往往會(huì)有所遺漏. 資產(chǎn)清單的收集與驗(yàn)證可以通過(guò)以下方式來(lái)進(jìn)行: 與最新的、準(zhǔn)確的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D進(jìn)行交叉驗(yàn)證.

步驟 4. 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c數(shù)據(jù)流審查

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D不僅對(duì)于正確識(shí)別資產(chǎn)非常重要,對(duì)于識(shí)別通信路徑和數(shù)據(jù)流同樣重要, 從而有助于攻擊向量識(shí)別. 數(shù)據(jù)流分析還有助于發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)存在的問(wèn)題.

步驟 5. 風(fēng)險(xiǎn)預(yù)算

風(fēng)險(xiǎn)篩選有助于實(shí)現(xiàn)各類評(píng)估, 根據(jù)事先確定的評(píng)級(jí)可以對(duì)每項(xiàng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序和評(píng)估. 評(píng)級(jí)方式采用高、中、低的定性評(píng)級(jí).

第二階段: 脆弱性識(shí)別與威脅建模 

步驟 6. 安全策略審查

網(wǎng)絡(luò)安全策略是保證安全狀態(tài)的基線. 通常安全策略都會(huì)存在薄弱環(huán)節(jié). 所以應(yīng)該對(duì)作為安全狀況根基的安全策略和程序進(jìn)行審查和驗(yàn)證, 如果安全策略存在薄弱環(huán)節(jié), 那么核電站的核心將面臨巨大的風(fēng)險(xiǎn).

步驟 7. 控制風(fēng)險(xiǎn) (標(biāo)準(zhǔn)審查、差距分析)

控制風(fēng)險(xiǎn)步驟是針對(duì)某一標(biāo)準(zhǔn)或者策略所開展的差距分析或?qū)徲?jì)工作, 也是大多數(shù)傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的中心工作. 控制風(fēng)險(xiǎn)以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和要求為基線, 能對(duì)安全、整改、緩解等過(guò)程的聚焦提供指導(dǎo).

步驟 8. 網(wǎng)絡(luò)脆弱性評(píng)估

本步驟通常僅涉及已知的且已經(jīng)公開紕漏的漏洞. 主要涉及如下方法:

映射漏洞, 將已知漏洞與現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)匹配操作;

配置審查, 對(duì)系統(tǒng)配置尋找錯(cuò)誤配置;

漏洞掃描, 對(duì)漏洞使用掃描工具進(jìn)行搜尋;

實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)流量分析, 檢測(cè)流量并進(jìn)行分析;

控制分析, 針對(duì)各種標(biāo)準(zhǔn)中的脆弱性進(jìn)行排查.

步驟 9. 計(jì)算實(shí)驗(yàn)

通過(guò)平行系統(tǒng), 對(duì)評(píng)估實(shí)現(xiàn)仿真建模, 進(jìn)行計(jì)算實(shí)驗(yàn). 通過(guò)海量自我博弈提升自身能力, 實(shí)現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合的自我探索學(xué)習(xí), 系統(tǒng)智能水平將持續(xù)提升. 理論上最終超越現(xiàn)實(shí)世界, 達(dá)到人工世界為主導(dǎo)的目的,實(shí)現(xiàn)智能系統(tǒng)工程實(shí)用化 如圖9所示.

圖9 核電工控系統(tǒng)信息安全計(jì)算實(shí)驗(yàn)圖例

4.2 智能平行核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng): 下一代核電儀控范式

核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng) (Digital Control System, DCS), 控制著整個(gè)核電站從常規(guī)島到核島幾乎所有的閥門、開關(guān)、繼電器等, 數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中進(jìn)行集中顯示、計(jì)算處理并自動(dòng)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu), 具有高可靠性、開放性、靈活性、協(xié)調(diào)性、易于維護(hù)、控制功能齊全等特點(diǎn). 它是核電站的大腦、神經(jīng)中樞、運(yùn)行中心和安全屏障, 是核電站四大關(guān)鍵性成套設(shè)備之一,是整個(gè)核電站最關(guān)鍵、最核心技術(shù)的集中體現(xiàn), 也是大型核電裝備現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志[52?55], 基于平行理論的研究架構(gòu)如圖 10 所示.

圖10 基于平行理論的核電儀控技術(shù)研究架構(gòu)

作為核電機(jī)組這樣一個(gè)以核反應(yīng)堆為一次能源的高科技重大裝備, 其控制系統(tǒng)與核反應(yīng)過(guò)程密切相關(guān), 控制系統(tǒng)的安全性、可靠性、精確度和完整性等各方面的功能和性能都直接影響到整個(gè)核電站運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性, 因此在考慮核電機(jī)組裝備本身的自主化時(shí), 就必須同時(shí)考慮其控制系統(tǒng)的自主化. 只有掌握了自動(dòng)化成套控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù), 我國(guó)核電站的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行才能有真正的保障.

中國(guó)廣核集團(tuán) (簡(jiǎn)稱中廣核) 為引領(lǐng)核電智能化技術(shù)的發(fā)展, 設(shè)立了 “十三五” 智能核電科技戰(zhàn)略專項(xiàng) (Smart Nuclear Power, SNP), 提出了在全生命周期內(nèi)構(gòu)建 “智能管理、協(xié)同設(shè)計(jì)、智能建造、智慧運(yùn)營(yíng)” 的四大發(fā)展領(lǐng)域. 北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司是中廣核旗下從事核電DCS設(shè)計(jì)、制造和工程服務(wù)的專業(yè)化企業(yè), 正在從核電工程DCS系統(tǒng)供應(yīng)商向核電DCS“工程、運(yùn)維、改造、服務(wù)” 供應(yīng)商轉(zhuǎn)型, 從單一核電領(lǐng)域向高可靠控制領(lǐng)域轉(zhuǎn)型, 從國(guó)內(nèi)核電DCS設(shè)備供應(yīng)商向全球核電DCS設(shè)備供應(yīng)商轉(zhuǎn)型, 并致力于在自動(dòng)化、智能化、可視化方向取得技術(shù)突破. 作為專業(yè)的核電 DCS供應(yīng)商, 廣利核公司可為各種不同堆型的核電站提供端對(duì)端、全生命周期的DCS 解決方案, 實(shí)現(xiàn)高精度、快速及高穩(wěn)定運(yùn)行的目標(biāo), 如圖11所示.

核電站的管理與控制問(wèn)題, 不僅涉及到核電站的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、選址、建設(shè)等工程問(wèn)題, 更涉及到管理、人為等社會(huì)因素, 以及地震、火災(zāi)等自然因素,傳統(tǒng)的理論建模方法難以對(duì)其進(jìn)行研究, 需要新的理論方法來(lái)解決上述問(wèn)題. 因此, 為了實(shí)現(xiàn)更優(yōu)化、更有層次性的控制目標(biāo), 解決核電 DCS 系統(tǒng)中的復(fù)雜控制問(wèn)題, 廣利核公司基于平行智能理論方法及其技術(shù)路線 , 采用大運(yùn)維理念 , 致力實(shí)現(xiàn)DCS全壽命周期的智能化.

該系統(tǒng)采用基于ACP方法的平行智能理論, 以虛擬化、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)基礎(chǔ) , 建立細(xì)粒度仿真、具有彈性、按需分配、靈活擴(kuò)展的平行核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng), 以滿足核電系統(tǒng)信息安全對(duì)抗演練、技戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練及實(shí)驗(yàn)、工業(yè)控制重要基礎(chǔ)設(shè)施與信息系統(tǒng)的安全測(cè)評(píng)、安全預(yù)警的需要[56], 如圖12所示.

圖11  DCS 運(yùn)維改造平臺(tái)

圖12  中廣核 DCS 數(shù)據(jù)中心平臺(tái)

本文首先討論了核能5.0出現(xiàn)的新智能時(shí)代基礎(chǔ), 闡述了虛擬數(shù)字工業(yè)崛起的技術(shù)背景. 其后詳細(xì)敘述了核能5.0及核電工業(yè)新形態(tài)與體系結(jié)構(gòu), 即平行核電的定義、意義、研究?jī)?nèi)容、體系架構(gòu)以及應(yīng)用領(lǐng)域, 并討論了核能5.0中新一代核心技術(shù), 包括智聯(lián)網(wǎng)、知識(shí)自動(dòng)化、發(fā)展性人工智能、大規(guī)模協(xié)同演進(jìn)技術(shù)、工業(yè)區(qū)塊鏈等. 最后討論了核電工業(yè)中具體的應(yīng)用場(chǎng)景與案例, 核電工控系統(tǒng)安全評(píng)估與核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng).

在新智能時(shí)代來(lái)到的時(shí)候, 以虛擬數(shù)字工業(yè)崛起為特征的工業(yè)轉(zhuǎn)型正在逐步發(fā)生. 中國(guó)工業(yè)必須認(rèn)清這一重大趨勢(shì), 盡早開始這一轉(zhuǎn)型過(guò)程, 以避免在下一輪的全球工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中處于劣勢(shì)和下游地位.中國(guó)核能工業(yè), 無(wú)論在國(guó)家能源安全與經(jīng)濟(jì)命脈的層面上考慮, 還是在保持核電工業(yè)技術(shù)在世界上的競(jìng)爭(zhēng)力的層面上考慮, 都更應(yīng)該盡早意識(shí)到工業(yè)虛擬數(shù)字化的必要性與緊迫性, 并盡早開始其進(jìn)程. 因此, 本文闡述了核能 5.0, 以平行核電為核心理念的虛實(shí)一體的核電工業(yè)新形態(tài)與系統(tǒng)架構(gòu), 提出了世界領(lǐng)先的理念、參考模型和技術(shù)框架, 為中國(guó)核能產(chǎn)業(yè)未來(lái)的自主發(fā)展描繪了前景、道路與期望.