0 概述

數字化反應堆是目前國際核工業界的一個研究熱點，是數字化技術發展及核反應堆需求發展到現階段的必然趨勢和產物。[1] 數字化反應堆技術是基于高性能軟硬件系統，具有高精度計算、高智能化研發設計、高仿真可視化輸出以及大數據管理等特點的 先進軟件技術，是構建智能化綜合研發平臺的關鍵技術。[2]伴隨數字化反應堆開展的各 項設計與仿真業務活動會產生大量的工作成果，這些工作成果蘊含了極大價值，需要對 這些數據進行認真梳理并實現合理的組織，同時建立符合不同類型用戶需要的數據框架，為核反應堆中數據的科學利用、數字化移交奠定基礎。

1 數字化反應堆關鍵數據梳理

數字化反應堆的各項研發數據中會產生大量的工作成果， 其成果主要以數據的形式進行呈現，從數據類型上來看，主要包含了三維結構模型、計算數據(計算軟件的輸入、輸出文件與性能參數)和相關圖文檔等三類數據。數據類型豐富，有結構化的數據，也有大量的文本、圖像、聲音等非結構化的數據。[3]其具體描述如下，三維結構模型數據：包含核反應堆系統或者設備的幾何體構成、幾何尺寸、材料信息、工藝信息以及其他屬性。 計算類數據：包含核反應堆系統或者設備在物理、燃料、流體、 力學等分析時使用的計算輸入和輸出參數，以及對應的文本數據。圖文檔數據：在核反應堆系統或者設備設計、建造、退役過程中，形成的設計報告、設計圖紙、技術規范、圖紙清單等。為了便于對上述數據進行統一管理，通過研究分析，關鍵數據采用產品結構樹的方式進行組織。圖 1 是華龍一號關鍵數據的產品結構樹示例，第一層節點包括了核反應堆系統，第二層節點包括了相應系統下的設備組成，上述的關鍵數據可以按照其物理屬性綁定在特定節點上，實現對關鍵數據的統一的管理。

1.1 產品結構樹

產品結構樹(PST)是描述某一產品的物料組成及各部分文 件組成的層次結構樹狀圖。它是將產品數據管理中的產品信 息，結合各個零部件之間的層級關系組成一種有效的屬性管理結構。產品結構樹根據該產品的層次關系，將產品各種零部件按照一定的層次關系組織起來，可以清晰地描述產品各個部 件、零件之間的關系，樹上的節點代表部件、零件或者組件，每 個節點都會與該部件的材質、規格、型號等屬性信息以及相關 技術文檔進行關聯。

產品結構樹的層次劃分必須反映產品的功能劃分與組成，同時要根據產品復雜程度決定劃分層次的細化程度。核反應堆系統的產品結構樹如圖 2 所示。

1.2 產品結構樹屬性映射

完成核反應堆系統的產品結構樹后，還需要以結構化的方式實現每個結構樹節點下對應的關鍵數據進行管理，以支持對關鍵數據進行搜索統計等功能。要實現上述效果，需要進行屬性映射配置。進行設置屬性映射時，需要將產品結構樹上相應

節點零部件模型的參數與系統中相應數據屬性(包括了三維結構模型、計算數據及圖文檔數據)進行一對一的映射設置，完成數據的組織管理。初始配置的產品結構樹中主要包括了系統節 點與設備節點。為此，下面將以兩個層次，分別對系統數據、設備數據進行詳細梳理與描述。

1.3 系統數據

以“壓力安全系統”為例說明系統類的關鍵數據。該系統第 一層次的數據包括：功能描述、壽期大事記和經驗總結。“功能描述”是一段文字，簡要描述該系統應實現的功能，如：在反應 堆及一回路系統啟動、穩態功率運行、正常功率變化、停堆和事故工況下，本系統具有壓力調節和壓力保護的功能;同時還具 有除去反應堆冷卻劑中的放射性氣體的功能。“壽期大事記”按 照時間順序反映全壽期內發生的重大事件。“經驗總結”包括一 系列的文件，用于記錄全壽期內的各種經驗和教訓。

第二層次的數據按照系統的改造情況進行組織。系統如果 對工藝流程進行過大的改變(如增加設備)或更換過非標設備則認為是進行過改造。第一次交付使用的系統稱為“初始交付系統”，以后的稱為“改造系統 1”、“改造系統 2”(按時間排序)。各版次系統的數據基本相同。“初始交付系統”的主要數據包括a.研制前期文件：包括研制任務下達前的項目建議書、可行性論 證報告等一系列的前期文件。研制任務書：正式下達的研制要求、任務書或合同等文件。b.主要技術參數反映系統主要技術特 性的一系列參數，如：設計壓力、設計溫度等等。c.設計數據。設 計三維模型：該系統的三維結構模型(可包含版次)。設計說明書：該系統的設計說明書(可包含版次)。設計計算文件：該系統 的計算文件(可包含版次)。系統流程圖：該系統的工藝流程圖

(可包含版次)。等等其它文件。d.安裝數據。系統布置圖：該系統的布置圖(二維)(可包含版次)。現場安裝文件：各種安裝技術要求文件(可包含各版次)。現場安裝圖：由安裝單位出的各種安裝工藝圖(可包含版次)。現場變更記錄：現場各種變更和不符合項處理記錄。e.調試數據。調試手冊：各種指導調試的技術說明文件。調試變更記錄：在調試過程中對調試手冊進行的修改。調試記錄：調試活動和結果的記錄文件。調試事件：調試過程中發生的各種問題及其處理記錄。如：發現某設備損壞，進行了更換。竣工圖：調試完成系統交付后出的系統流程圖和布置圖，反映交付狀態。竣工三維模型：與竣工圖對應的三維模型。f.運行維修維護數據。操作規程：系統操作規程文件。運行事件：運行過程中發生的重大事項。如：某閥門損壞。運行事件需關聯運行原始記錄。運行原始記錄：運行記錄不經整理，直接電子化后生成的文檔。維修維護事件：發生的維修維護活動。需關聯維修維護原始記錄。維修維護原始記錄：維修維護記錄不經整理，直接電子化后生成的文檔。在役檢查事件：所有開展在役檢查活動。需關聯在役檢查原始記錄。在役檢查原始記錄：在役檢查記錄不經整理，直接電子化后生成的文檔。g.退役數據。退役數據只有最后一次改造后的系統才有。退役方案：頂層的退役活動設計文件。退役操作技術文件：指導具體退役操作的技術文件。退役記錄：退役活動中的各種記錄。退役檢查記錄： 退役后進行解剖和檢查產生的各種記錄。廢物處理文檔：放射性廢物的處理記錄、去向。

1.4 設備數據

1.4.1 通用標準設備數據

設備數據中第一層次數據是通用標準設備的型號，每種型號包換的數據為：主要技術參數、采購技術規格書、圖紙等。

1.4.2 非標準設備數據

以核反應堆冷卻劑泵為例，說明非標設備數據。第一層次的數據和系統數據相同，包括：功能描述、壽期大事記和經驗總結。由于核反應堆中存在多臺反應堆冷卻劑泵，第二層次數據按照具體設備組織，如：1 號反應堆冷卻劑泵、2 號反應堆冷卻劑泵。第三層次的數據按照各設備的更換情況進行組織。第一 次交付使用的設備稱為“初始交付系統”，以后的稱為“第一次更換設備”、“第二次更換設備”(按時間排序)。各版次設備的數據結構基本相同。

2 數字化反應堆數據框架設計

通過對上述關鍵數據的梳理及組織，形成了數字化反應堆數據框架。下文將對數據框架的功能進行詳細描述。

2.1 數據框架功能描述

數字化反應堆數據框架的功能包括以下五大功能模塊，登錄管理，數據查詢，數據模型管理，數據采集，審計管理。登錄管 理包括：系統登錄、系統退出。數據查詢包括：型號查詢、階段查 詢、分類查詢、跨庫查詢、三維模型查詢、二維圖紙查詢、全文檢索、我的查詢。

數據模型管理包括：堆型管理、對象管理、元模型管理、全 壽期階段管理、數據分類管理。

數據采集管理包括：數據錄入、數據同步、數據導入。系統管理包括：用戶管理、角色管理。

審計管理包括：審計信息查詢、審計信息顯示、審計信息記錄。

2.2 數據框架用戶分類與特征

作為系統的數據來源，表結構的設計要提高表現力，使其做到自我描述。并且滿足系統的擴展性需求，對數據進行合理的建模，為后期的維護做良好的基礎。把現實世界中的元素抽象化，使其成為能夠存儲在數據庫中的記錄。[4]數據框架根據用戶的使用特征分成使用用戶和管理員兩大類。使用用戶使用本系統檢索數據，并根據其自身的權限瀏覽信息。管理員是指為了保證數據庫系統正常運轉而設置的各種崗位或角色，根據系統的要求，可以把系統的角色分為數據管理員、系統管理員、安全管理員和審計管理員。(1)數據管理員：數據管理員負責向系統內錄入和更新數據。數據管理員需要大量錄入各種信息，因此必須給該類用戶提供簡單快捷的操作界面。(2)系統管理員：系統管理員負責系統運行參數配置和數據模型管理，配置系統運行參數和管理數據模型需要使用的單獨的操作界面。(3)安全管理員：安全管理員負責管理系統中用戶、角色和權限。安全管理員需要使用單獨的操作界面。(4)審計管理員：審計管理員負責審計系統事件、監控其它各種用戶的行為。審計管理員使用單獨的操作界面。審計管理員不得擔任系統內其它角色。

2.3 數據框架外部接口

(1)用戶界面：系統采用簡體中文顯示或輸入信息。用戶圖形界面要求風格統一、簡潔明了。對顯示界面使用的文字、字體可以使用統一的風格管理，要采用 B/S 結構，客戶端采用瀏覽器，顯示分辨率為 1280*1024。錯誤信息采用中文方式顯示。

(2)硬件接口：系統無硬件接口。

(3)軟件接口：系統與數字化反應堆綜合反應平臺存在數 據交互的接口。

2.4 數據框架邏輯架構

數據框架能夠管理數字化反應堆各種堆型在全周期過程中形成的成果數據，平臺框架分成三個基本層次：持久層、業務層、表示層，其邏輯架構如下圖 3 所示。

(1)持久層 持久層負責數據持久化。采用關系數據管理系統(DBMS)加文件庫方式實現數據持久化。對于結構化數據采用 DBMS 存儲，對于文檔等半結構化數據其元數據采用 DBMS 存儲，文檔實體采用文件庫進行存儲。持久服務層的作用是：封裝持久層的功能，使應用層、業務層與持久層的具體實現解耦。持久服務層由 O/R 映射框架、文件存取服務組成，均與業務無關。O/R 映射框架通過將 oracle 中的數據封裝為對象，屏蔽了數據庫訪問的底層實現，實現了數據存儲邏輯、資源管理和調度與上層應用的分離。所有對數據庫的操作均通過 O/R 映射框架進行。文件存取服務完成兩方面的功能：按照上層調用的要求， 接收文檔并將其存儲到指定物理位置;按照上層調用的要求， 從文件目錄中取得文檔，并以流的方式返回。文件存取服務屏蔽了文檔訪問的底層實現。

(2)業務層 業務層實現各種具有通用性的功能，供上層各種應用調用。該層由十二個部分組成：“審計日志服務”、“內容驗證服務”、“數據模型服務”、“數據編碼服務”、“三維模型處理服務”、“權限控制服務”、“身份鑒別服務”、“PDF 處理服務”、“文件管理服務”、“水印處理服務”和“全文檢索引擎”。“審計日志服務”實現審計日志的記錄和檢索功能。該模塊屏蔽審計日志記錄的具體實現細節。“內容驗證服務”實現電子數據防篡改功能，該模塊屏蔽了復雜實現細節。“數據模型服務”負責管理產品結構、數據類型和數據模型，并提交上層使用。對產品結構、數據類型、數據模型的操作均依賴該層實現。“數據編碼服務”是編碼生成工具，能夠根據設置的業務規則，根據用戶輸入生成數據編碼。該模塊屏蔽數據編碼生成和管理的具體細節。

“三維模型處理服務”完成以下幾方面的功能：對三維模型文件按照給定規則重命名;設置三維模型屬性;完成三維模型輕量 化處理。“權限服務”用于驗證用戶是否具有某種操作權限或是 否擁有對應的密級。該模塊屏蔽權限管理的具體實現細節。“身 份鑒別服務”用于鑒別用戶身份，該模塊屏蔽身份鑒別的具體 實現細節。“PDF 處理服務”完成四方面的功能：對 PDF 文件按照給定規則重命名;設置 PDF 文檔的各種屬性;向 PDF 文件中寫入給定內容;對圖像性質的 PDF 文件進行 OCR 掃描，并將掃描結果作為不可見層(僅為全文檢索引擎使用)。“文件管理服務”完成三方面功能：根據預先設定的規則確定調用相關模塊對要存儲的文件進行預處理;接收上層模塊提交的文件全息瀏覽請求，調用“文件存取服務”，獲得文件并返回對應的文件流。

“水印處理服務”專用于文本電子數據安全。在合法用戶打印數 據時，通過文本數字水印技術將審計信息(如操作人、操作事 件)加載到打印輸出的紙質文件，以便進行追蹤。“全文檢索引擎”建立系統內所用文檔的全文索引，接收用戶輸入的檢索條 件，完成分詞，進行檢索并按照匹配規則返回結果。

(3)表示層 表示層直接對應系統功能。該層包括：“登錄管理”、“數據查詢”、“模型管理”、“數據采集”、“系統管理”、“二維檢索”、“全文檢索”、“屬性檢索”、“三維檢索”、“跨庫檢 索”、“審計管理”各模塊包括了用戶界面和與用戶行為相關的 邏輯處理部分。

2.5 數據框架技術架構

數據框架采用三層體系結構，如下圖 4 所示。

表示層中面向最終用戶的展現采用基于 ExtJS3.2 框架的富客戶端技術，目的是為用戶提供更好的體驗，客戶端發出Http 請求后，Struts2 的 FilterDispatcher 對請求進行分發，在分發到具體的業務服務對象前，由一系列的驗證、審計等安全過濾 器對請求進行預處理。該層實現了邏輯架構中的應用層。業務 層的業務服務由 Struts2 Action 調用相關業務組件完成，業務服務組件不直接存取數據數據庫，業務服務組件的操作對象是與Oracle 數據庫進行O/R 映射后的數據實體。該層實現了邏輯架構中的業務層。數據源層的核心是 HibernateUtil，該組件通過調用 Hibernate 框架所提供的功能與數據庫進行交互，實現數據的最終持久化。該層實現了邏輯架構中的持久層。

3 結論

本文對伴隨數字化反應堆各項設計和仿真業務等產生的 大量成果數據進行了梳理，采用產品結構樹的方式對關鍵數據進行有效管理，搭建了數字化反應堆數據框架，對框架中各項 功能、用戶分類與特征以及外部接口進行了詳細描述，形成了 數據框架邏輯架構和技術架構，為后續數字化反應堆數據應用管理奠定技術基礎。