疫情期間，由于全國范圍內(nèi)的疫情防控和人口流動受限，許多傳統(tǒng)生產(chǎn)線出現(xiàn)了“復工難”“用工難”的問題。相比之下，我國最大的壓水堆核電燃料元件制造基地——中核建中，以最少的人力，2月初就全面實現(xiàn)復工復產(chǎn)，產(chǎn)能恢復率達100%。這種抗風險應變的能力，依賴于近年來，中核建中在核燃料元件制造技術(shù)上率先一步開啟數(shù)字化、智能化的轉(zhuǎn)型升級，在疫情面前，此刻的中核建中迸發(fā)出化危為機、逆勢突破、穩(wěn)步增長的強大制造力。截至目前，已實現(xiàn)了一季度全面達標達產(chǎn)。
發(fā)揮優(yōu)勢
智能制造助力一季度達產(chǎn)達標
一季度，中核建中生產(chǎn)的華龍一號等各類型的核燃料元件按計劃圓滿完成。UO2粉末生產(chǎn)201噸，UO2芯塊生產(chǎn)180噸，燃料棒生產(chǎn)97000支，零部件生產(chǎn)517套，配套小零件130000余件，燃料組件生產(chǎn)381組，相關(guān)組件生產(chǎn)117組，并按計劃7次向不同電站交付燃料組件484組，相關(guān)組件159組，實現(xiàn)了良好開局。
在一組組數(shù)據(jù)的背后，我們看到的是中核建中“智能制造”的尋常畫面，在干凈明亮的核工廠內(nèi)，激光導引式AGV轉(zhuǎn)運機器人在智能系統(tǒng)調(diào)度下，魚貫穿梭在各條忙碌的自動傳輸線間，實現(xiàn)了UO2芯塊無人化高效轉(zhuǎn)運;全自動雙工位骨架點焊機的高精度直角坐標機器人有節(jié)奏地舞動著雙臂，將一個個零部件焊接成堅固的“骨架”;空中高度柔性化的吊裝、轉(zhuǎn)運系統(tǒng)有條不紊地將一組組核燃料成品元件平穩(wěn)吊運進組件庫……偌大的生產(chǎn)車間，數(shù)百臺先進的自動化、數(shù)字化設備以及高精度機器人正在生產(chǎn)線上有序忙碌，屈指可數(shù)的幾名技術(shù)人員和崗位操作人員就游刃有余地完成了一個個重約700kg的燃料元件的制造任務。
廠房內(nèi)常年保持著無塵潔凈車間的潔凈度，采用先進的工程設計和工藝裝備，根據(jù)輻射防護分區(qū)原則，廠房與室外、廠房內(nèi)不同區(qū)域也保持相應的負壓梯度，確保整個生產(chǎn)線具有合理的氣流走向，廠房每天保持均勻的送排風，整個生產(chǎn)線送風量達到4.7萬立方米/小時，生產(chǎn)線送排風采用先進的負壓監(jiān)控系統(tǒng)，對場所送排風進行實時監(jiān)控并自動調(diào)節(jié)，達到了行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先水平。這也是在此次疫情期間大幅減少人員聚集、減少接觸感染、確保空氣干凈流通的環(huán)境下正常進行生產(chǎn)工作的優(yōu)勢所在，既實現(xiàn)了疫情期間的精準防控，也實現(xiàn)了高效的生產(chǎn)運轉(zhuǎn)。
網(wǎng)絡賦能
“云辦公”拓展信息化場景應用
中核建中緊密對接國家智能制造“兩步走”發(fā)展戰(zhàn)略，選擇以數(shù)字化、智能化的手段實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量、成本和生產(chǎn)效率的提升方式，適應新發(fā)展需要，并率先在燃料板塊通過評定機構(gòu)現(xiàn)場評定及兩化融合管理體系評定工作委員會的審查取得了兩化融合管理體系證書。
信息化和工業(yè)化的深度融合，核心是信息化支撐。
2003年開始，中核建中便試圖開始摸索信息化應用。多年來，以信息化系統(tǒng)應用為基礎，全面建立信息化場景應用。
2012年，中核建中逐步導入推進生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)、ERP、HSE等系統(tǒng)建設。MES系統(tǒng)中以生產(chǎn)任務單為核心，實現(xiàn)了車間生產(chǎn)作業(yè)過程管理。千里之外，這邊輕點鼠標，生產(chǎn)現(xiàn)場設備運轉(zhuǎn)情況、能耗、維保，產(chǎn)品檢測質(zhì)量、生產(chǎn)進度等各類情況盡在掌握。
2019年，中核建中基于現(xiàn)有MES系統(tǒng)，配置了華龍一號核燃料元件系統(tǒng)功能開發(fā)上線、組織系統(tǒng)調(diào)優(yōu)、數(shù)據(jù)庫安全加固、網(wǎng)絡架構(gòu)優(yōu)化等工作。每個產(chǎn)品都有條碼，就像快遞物流一樣，什么時候到了哪里，全過程記錄。通過生產(chǎn)報工、生產(chǎn)操作記錄、數(shù)據(jù)自動采集等功能，實時記錄與跟蹤工序的執(zhí)行情況、完成情況以及相關(guān)物料流轉(zhuǎn)。這套基于新技術(shù)的企業(yè)信息化系統(tǒng)，讓中核建中實現(xiàn)了華龍一號核燃料元件生產(chǎn)及管控過程的全覆蓋，譜寫了一曲壯麗凱歌。
乘“智”而上
“機器換人”促進自動化升級
中核建中核燃料元件生產(chǎn)線主要包括化工轉(zhuǎn)化、芯塊制備、零部件加工、燃料棒制造及組件組裝等五大工序，既有流程型生產(chǎn)特點的UO2粉末化工轉(zhuǎn)化車間，又有離散型生產(chǎn)特點的零部件加工車間。主廠房從設計理念到工程建設融入了當前世界核燃料元件產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最新成果。
一線生產(chǎn)操作者和管理人員對數(shù)字化、智能化車間帶來的生產(chǎn)模式改變有著最直觀的感受。
UO2粉末生產(chǎn)的干法工藝鈾化工生產(chǎn)線，猶如一個超級大腦，通過DCS控制系統(tǒng)、SIS安全控制系統(tǒng)等實現(xiàn)了數(shù)千個控制點的自動控制。3位操作人員在中控室實時監(jiān)控，就可以全盤指揮生產(chǎn)線自動生產(chǎn)加工，工序完成后，產(chǎn)品會被自動傳送到指定位置。原來年產(chǎn)200噸鈾需要20個操作工，現(xiàn)在新型干法工藝自動線只需要3個人操作就可以完成。
芯塊專用容器是鉬舟，每個鉬舟上都有一個二維碼標簽，系統(tǒng)自動掃描讀取鉬舟上的二維碼，即可實現(xiàn)舟庫物料存儲和AGV物料轉(zhuǎn)運的信息采集和跟蹤。AGV機器人有序來回，將芯塊成型、高溫燒結(jié)、芯塊磨削等工序間制成品轉(zhuǎn)運至各條生產(chǎn)線，每次可搬運近100kg的兩舟芯塊。
核燃料元件零部件制造具有工序繁多、勞動強度大、質(zhì)量管控風險高等特點，是典型的離散型生產(chǎn)制造模式。除確保及時送料外，還需保證生產(chǎn)制造的成套性。零部件臥式加工中心柔性加工線(LPS)，能實現(xiàn)加工程序、加工信息、設備狀態(tài)信息的相互實時傳遞，在單元內(nèi)完成零部件的高效加工，實現(xiàn)柔性化生產(chǎn)。由于智能化程度高，兼容性好，可適應多種類型的精密零部件快速切換和縮短新產(chǎn)品導入周期，并具備自動對刀、自動找正、刀具測量、加工完成后自動工件清洗的功能。以前用的數(shù)控機床，每臺加工中心都需要專人操作，現(xiàn)在只需1人就可控制4臺設備。
中核建中科研團隊自2016年將3D打印技術(shù)引入到華龍一號核燃料元件零部件的研制中，目前已實現(xiàn)滿足機械性能的下管座、下管座防異物板、控制棒組件連接柄等多種零部件試驗件的加工生產(chǎn)。采用常規(guī)機械加工防異物板時，最快也需要48小時的加工時間，但采用3D打印技術(shù)，加工用時僅需24小時，大大提升了加工效率，甚至可以滿足小至幾微米級別精度的零部件制造。
燃料棒生產(chǎn)線更是智能制造的集大成者。原來，上、下端塞焊接前需要人工擦拭，消耗人力還效率低下，采用自動擦拭裝置后，管口可以在焊接前自動擦拭，完全節(jié)省了人力成本。USW壓力電阻焊裝置，實現(xiàn)了燃料棒壓塞、焊接一步工序完成，燃料棒生產(chǎn)工藝一下子精簡優(yōu)化了3個大步驟，焊接效率還提高至原有的1.5倍。焊接光學尺寸檢查相比于原有的通規(guī)檢查，讓焊縫尺寸和焊縫圖像可以直觀顯示，而且測量精度高達微米級，讓每一個小缺陷都無處可逃。原來燃料棒是132支放在一個槽里稱重，現(xiàn)在實現(xiàn)了全自動單支測長稱重，對燃料棒產(chǎn)品質(zhì)量達到了精準控制。整個智能化的燃料棒生產(chǎn)線上的自動化設備和數(shù)字化倉庫，猶如十八羅漢在自己的崗位上各顯神通，然而，他們還是需要一個大腦的統(tǒng)一調(diào)度和指揮，這才不會群龍無首、各自為政。這個大腦就是上位數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，大腦通過每個工序的固定式條形讀碼器，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息的采集跟蹤，通過燃料棒傳輸線上的上位管理系統(tǒng)與公司核燃料制造信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊，燃料棒生產(chǎn)數(shù)據(jù)的信息跟蹤統(tǒng)計和質(zhì)量管控讓一切盡在掌握。
AI人工智能燃料棒外觀輔助檢測技術(shù)，將操作人員從海量燃料棒外觀檢測的疲勞中解脫岀來。通過自動圖像獲取、AI自動評判和標識、提示，實現(xiàn)核燃料棒外觀缺陷精度達微米級的自動檢測，使檢驗精確度和效率得到極大提高，同時確保了燃料棒外觀檢驗質(zhì)量和堆內(nèi)運行的高可靠性。
展望未來
謀定而動實現(xiàn)建中“智造”倍道兼行
核燃料元件制造產(chǎn)業(yè)是具有流程型和離散型制造特征的綜合性制造產(chǎn)業(yè)，生產(chǎn)線涉及大量專用非標研制設備，裝備的自動化、信息化和智能化改造技術(shù)含量高，智能化轉(zhuǎn)型升級對中核建中來說，是一個漫長且激動人心的路程。
中核建中將依據(jù)中國制造2025和“兩化融合”的發(fā)展思路，結(jié)合公司“以點帶面，全面延伸”的實施策略，在已經(jīng)初步形成數(shù)字化制造的基礎上，擴展數(shù)字化制造的應用范圍。
當前，公司零部件智能車間、芯塊智能管理系統(tǒng)、生產(chǎn)互聯(lián)互通建設改造、智能倉庫及物流建設等智能化項目正在穩(wěn)步推進，智能制造應用范圍正在逐步擴大。
高場新基地建設規(guī)劃已經(jīng)徐徐展開，項目將按照“智能升級、創(chuàng)新發(fā)展”的思路，充分利用云計算、大數(shù)據(jù)、人機智能交互、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息物理技術(shù)，高標準、高水平設計，2025年初步建成全流程、全體系的核燃料元件智能制造生產(chǎn)線，實現(xiàn)核燃料元件工藝仿真優(yōu)化、生產(chǎn)過程智能控制、狀態(tài)信息實時監(jiān)測的智能制造。另外，還將開展三維在線學習、VR技術(shù)應用、虛擬操作培訓、檢修維護、車間模擬演練等運維支持系統(tǒng)，實現(xiàn)虛擬完美模型與精益產(chǎn)品制造深度融合的個性化生產(chǎn)體系，最終將高場廠區(qū)建成國際一流的核燃料元件智能化工廠。
中核建中堅定不移走以生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展為導向的高質(zhì)量發(fā)展之路，建中智造正在這條道路上提速升級。未來，中核建中必將在新時代轉(zhuǎn)型升級高質(zhì)量發(fā)展的征程中創(chuàng)造一個又一個驚喜，為推動我國核燃料元件從制造大國走向制造強國貢獻建中智慧。
