核電企業數字化轉型論述

馬儀煒 高媛

數據模型構建的目的是使工業軟件對特定范圍的業務數據具備承載力。在核電廠設計協同的過程中，會產生大量業務數據，為了實現對這些多源異構數據的集中管理，需要對業務數據進行分析、歸納、抽象與定義，形成若干維度分類分解結構模型，既包含物項本體模型1、單一維度的關系模型2，也包含跨維度的關系模型3。核電廠數據模型需在業務多維分解結構的基礎上，進一步探索模型跨維度關聯融合的方式，從而構建統一的關聯融合模型。

本文選取電廠分解結構（PBS）、工作分解結構（WBS）以及組織結構和人員分解結構（OBS）作為典型場景進行研究，研究的結論能夠為其他維度數據的關聯融合提供思想指導與理論支撐。

一、分類分解結構綜述

“分類結構”是指在系統論的視角下，基于維度立場實現對物理世界分類的過程。每一種分類都代表了對物理世界某一類事物的歸納抽象表達。例如，從維度劃分的角度來分析，我們要完整表達一個物理核電廠的分解結構，首先需要按維度進行歸納、分類與抽象。經抽象后的“系統維度”可以用以表達系統、子系統、設備、部件、零件以及物項間的關系。

“分解結構”是指針對單一特定維度類型數據分解的過程，其典型特征是父項由一個或多個子項組成。由于每個維度的數據類型均是經高度抽象后的范疇表達，因此，在不同維度上，均應有其對應的分解結構。例如，一個“系統”可被分解為多個“子系統”、每個“子系統”又可被分解為多個“設備”、每個“設備”又可被分解為多個“部件”或“零件”，依此類推。

（一）電廠分類分解結構

電廠分解結構Plant Breakdown Structure（以下簡稱“PBS”），描述了組成物理核電廠的所有物項以及各物項間的組成關系。PBS以樹形結構將各類物項有機地組織在一起。從本體論出發，基于對物理核電廠的認識，PBS首先對組成物理核電廠的數據進行維度上的分類，可將電廠結構劃分為系統維度、建筑結構維度和空間維度。在各自的維度上，再對組成這個維度的數據進行分解，并通過“組成關系”進行連接。其中，系統維度可以按子系統、設備、部件、零件的層級來逐級分解；建筑結構維度可以按建筑結構層、建筑結構構件、建筑結構部件、建筑結構零件的層級來逐級分解；空間維度可按室外空間和室內空間進行分類，再通過對兩個維度的分解來實現空間維度的數據組織，室外空間通過軸網坐標進行定位，室內空間分解為層、房間（詳見圖1）。

（二）工作分類分解結構

工作分解結構Work Breakdown Structure（以下簡稱“WBS”）是核電廠設計業務“任務驅動”的典型模式，WBS在任務維度描述了核電廠各設計任務間的組成關系。在核電廠設計業務中，通常會包含兩種不同類型的“任務”：一類任務是多專業提資任務（通常以接口控制手冊（ICM）任務的形式表達）；另一類任務是設計成果發布任務（通常以工程文件索引（IED）的形式表達）（詳見圖2）。

（三）組織及人員分解結構

組織分解結構Organization Breakdown Structure（以下簡稱“OBS”）是指按照公司組織機構層級的方式，實現對組織結構的分解。OBS從職能和項目維度進行分類，包括實體組織、虛擬組織、項目組織和人。人由不同類型的屬性來共同說明，“人”從屬于1至N個“組織”。通過樹狀結構組織OBS數據，實現組織及人員的分解（詳見圖3）。

二、多維數據關聯融合思想研究

（一）研究方法

每一類分解結構都清晰表達了該維度數據的組成關系，但是各維度分解結構之間的數據是相互獨立的。核電廠多維數據關聯融合的基本思想是構建統一的數據模型，以確保不同維度數據間的關聯融合。要實現多維度數據的關聯融合，我們首先要對多維數據間的業務關系進行分析，并在此基礎上將其抽象成不同類型的“關系模型”，當業務數據進入系統時，應使用對應的關系模型來承載實際的業務。

本文在基于“業務驅動”的模式下進行分析研究，即基于設計提資交換的數據進行分析，進而得出提資所包含的數據信息，再將這些數據信息映射至不同的數據模型（包括關系模型），最終實現關聯融合的數據結構表達。

（二）分類分解結構關聯融合說明

核電廠分解結構是構建“數字化核虛擬電廠”的基礎，它以PBS的形式進行呈現，在數據管理系統建設過程中，應建立以PBS為核心的數據集中管理與統一組織機制，其他維度的分解數據通過關聯關系與PBS上的節點進行關聯。

以一次設計活動為例，WBS結構樹中的某一任務節點應與具體的設計數據進行關聯。同時，由于設計活動由人參與完成，因此，組織及人員分解結構中的人也應與PBS建立關聯。

（三）多維設計數據關聯融合方式

以工藝專業設計為例，分析數據關聯關系的建立，并描述多維設計數據的關聯融合方式。

1. 設計人員在完成工藝系統設計后，將工藝系統設計成果提交至數據管理系統，包括流程圖文件及結構化數據；

2. 工藝系統流程圖文件會以“文檔對象”的形式進行存儲，文檔對象創建成功后，將建立“文檔關聯關系”與PBS結構下相應節點進行關聯；

3. 由于工藝設計是任務驅動創建的，因此，還應建立“文檔對象”與“任務對象”之間的“任務關聯關系”，以表達設計成果是在任務驅動下進行的；

4. 描述工藝系統的結構化數據則以“業務對象”的形式進行創建，并通過“組成關系”與PBS節點進行關聯；

5. 進一步創建“業務對象”之間的關聯關系，例如，管道與離心泵直接相連，因此，應建立管道與離心泵間的“連接關系”，以表達管道與離心泵直接相連；

6. 設計任務是由設計人員完成的，因此，還應建立“文檔對象”與“人員對象”之間的“引用關系”，以表達某一類型的對象是由某人進行設計的。

隨著各專業設計深入，PBS結構樹與其他維度分解結構樹之間的關聯關系會不斷增加，多維分解結構在數據管理系統內便會形成一張復雜的、關聯融合的網狀結構，能夠以數字化的手段完整表達一座核電廠的組成及不同的關聯融合關系（詳見圖4）。

綜上所述，不同維度的設計數據關聯融合，本質上就是數據和文件在不斷進入系統的過程中，按照預先分析、抽象的數據模型對不同類型的關系進行承載，比如PBS和物項的關系、PBS和WBS的關系、PBS和OBS的關系、PBS和文檔的關系、PBS中物項與空間的關系等，進而實現對不同維度數據對象間的關聯融合。

三、結論

面對越來越精細化的管理要求，數據的深度治理是每個企業實現數字化轉型的必經之路，如何結合當下技術發展趨勢和新的理念，優化現有數據管理方式，更好地推動變革，是企業必須面對的問題。本文從核電設計業務實踐出發對多維數據關聯融合方式進行了整體思考與研究，希望對構建核電工程設計業務統一數據模型提供更多思路參考。

（作者馬儀煒，華北電力大學控制理論與控制工程專業碩士研究生、高級工程師，研究方向：核電廠數字化轉型，現供職單位：中國核電工程有限公司；作者高媛，華北電力大學控制理論與控制工程專業碩士研究生、高級工程師，研究方向：核電廠控制室設計）

1 物項本體模型，是由一組屬性描述的物項對象。物項本體模型可用于表達物項自身所具備的功能、參數等。

2 單一維度的關系模型，是某一特定維度的數據組織方式，以關系的形式進行表達。同時，關系模型自身也由不同的屬性組成。

3 跨維度的關系模型，是不同維度上的數據組織方式，以關系的形式進行表達，通常是指兩個不同維度上對象間的關系，其關系模型由不同的屬性組成。