达索系统CATIA Magic建立核能的虚拟孪生

寂静回声

WNE 2023（第五届世界核能展览会）于去年年底在巴黎北维勒班特举办，吸引了破纪录的参展商数量（含17个国家馆）和超过20,000名参观者。

达索系统与核能战略合作伙伴ASSYSTEM一同参加了此次会议，并举办了4场研讨会：《加速先进核技术》、《数字孪生如何揭示未知》、《智能选择SMRs场地- 安全且有弹性的方法》、《人工智能驱动的基于体验的学习促进高效知识共享》

在当今的核能更新换代进程中，发展先进的核技术（Advanced Nuclear Technologies, ANT）项目成为了关键趋势，这些项目面临着诸多特定挑战。
首要挑战在于架构设计方面，如何为产品选择最适合的架构，以确保系统工程师能够做出最优决策。
其次是快速响应市场需求的问题，即如何在保持技术创新的同时，尽可能地缩短从设计到投放市场的周期，从而率先占据市场份额并取得竞争优势。
此外，考虑到整个核设施的生命周期管理至关重要，它涵盖了从选址、设计、建造、调试直至退役的全过程，要求在初始设计阶段就充分考虑其全周期内各个阶段的需求和影响因素。而模块化与产品线管理则是另一大挑战，它涉及到如何优化设计和制造流程，实现组件标准化和模块化生产，从而降低成本，提高效率，并且便于后期维护升级。
核安全与许可证审批也是不容忽视的重要环节。为了保证新核技术的成功推广和广泛应用，必须确保新技术在设计上满足最严格的安全标准，并能顺利通过监管机构的审查与许可。在这个过程中，虚拟孪生技术扮演了核心角色，它能够创建反映实体系统行为的数字镜像，用于模拟和验证设计方案，有效应对上述所有挑战。
然而，要使虚拟孪生技术真正发挥效用，需对其进行定制化开发以适应核能行业的特殊需求。这意味着在利用已成功应用于不同工业领域（如汽车、航空航天、建筑等）的成熟虚拟孪生技术的基础上，还需将其扩展至核能行业特有的功能分析、物理架构构建、三维模型制作以及运营仿真等方面。
综上所述，通过采用基于模型的系统工程方法，结合虚拟孪生技术的力量，可以有效地应对加速先进核技术项目实施过程中的种种挑战，从而加快如小型模块化反应堆（AMR）等先进核技术的部署步伐。达索系统和Assystem等公司在提供服务时，不仅整合了自身在工业软件领域和核工程领域的优势，还根据核能行业的最佳实践及项目开发环境所要求的敏捷性和动态调整需求，协助客户制定并实施适合自身的结构化工程平台和虚拟孪生实施方案。


虚拟孪生技术是一种强大的数字工具，它通过创建物理系统的精确数字副本，使工程师和项目管理者能够在虚拟环境中模拟、分析和优化系统的性能。这种技术已经在航空航天、汽车制造和其他重工业领域得到了广泛应用，并证明在提高设计效率、降低成本和提升产品质量方面具有显著效果。
在核技术领域，虚拟孪生技术的应用仍处于起步阶段，但其潜力巨大。通过利用这一技术，我们可以在设计阶段就识别和解决潜在的问题，减少实际施工中的风险和不确定性。此外，虚拟孪生还可以帮助我们在核设施的整个生命周期中进行更好的规划和维护，从而提高运营效率和安全性。
为了使虚拟孪生技术更好地服务于ANT项目，我们需要根据核技术的特殊需求进行定制。这包括对核安全、监管合规性、材料行为和辐射效应等方面的深入了解和考虑。通过将这些核技术特有的因素融入虚拟孪生模型中，我们可以确保这些模型不仅能够反映物理系统的工作原理，还能够模拟核环境下的特定挑战。
我们接下来讨论建立虚拟孪生之前所需的核心工程过程。这些过程构成了工程项目结构化工程的基础，涉及多个利益相关方，并为项目后续的其他过程提供了结构。
首先，我们强调了六个核心工程过程的重要性：需求管理、三维建模、系统架构、配置管理、安全分析和接口管理。这些过程不仅在其他工业领域中具有标准性，在核能行业中也必须考虑到其特殊性。为了适应这些特殊性，工程公司和软件开发商需要合作开发针对这些过程的覆盖应用程序。
需求管理是确保项目满足所有利益相关方需求的关键过程。三维建模则为设计和可视化提供了精确的工具。系统架构是整个项目的基础，它定义了系统各部分如何协同工作。配置管理确保了设计在整个项目周期内的一致性和可追溯性。安全分析是核能行业中至关重要的一环，它涉及到评估和缓解潜在的安全风险。最后，接口管理确保了系统各组件之间的有效沟通和协调。
为了实现这些核心过程，工程和软件编辑之间的配对是至关重要的。通过这种合作，我们可以开发出适合核技术项目的虚拟孪生，从而帮助解决上述挑战，并推动先进核技术的发展。这种协同作用不仅可以提高工程项目的效率和质量，还可以确保核安全和监管要求得到满足。






当然，对于一个真实的项目会有大量的数据和对象需要操作。你需要想象你有数百个系统和数千个功能，数百个启动器等等。因此，用传统方法管理所有这些数据变得相当复杂。这就是虚拟孪生将要隆重出场之处，它可以为你提供支持，集中信息，增强沟通，提高数据的可追溯性和一致性。
但你仍然需要以某种方式使用特定词汇，安全领域的特定术语。这就是为什么我们需要在虚拟孪生中有一个安全视点，以处理这个业务流程。我们在这里只是以安全过程作为一个例子，你需要想象你必须对我之前提到的每个核心过程应用相同的方法，以突出真正需要解决安全问题的数据结构，即核特性。
在讨论虚拟孪生时，让我们深入了解3DEXPERIENCE平台和特别是CATIA Magic。这里为您呈现我们的系统工程，我们强调了主要的MBSE（基于模型的系统工程）过程，其中CATIA Magic提供了最大的价值。
首先，我们将在系统级别使用它进行任务建模，我们称之为业务过程分析。然后我们进入到系统工程层面，在这里我们使用CATIA Magic进行功能分析和系统的逻辑架构。请注意，我们使用的工具是基于系统和标准的，这非常重要，因为当我们遵循标准时，我们更加开放，并且可以更容易地与其他应用程序共享数据。
这就是数字化连续性的关键点。最终，我们从系统级别进入到组件或子系统级别。在这部分，我们从正在处理架构的CATIA Magic工具切换出来，转移到3DEXPERIENCE平台，在这里开始每个特定学科的详细设计，如3D结构、机械或其他电气学科。
这就是我们在达索系统与Assystem一起完成的工作。通过这种合作，我们能够在3DEXPERIENCE平台上实现从系统架构到详细设计的数字化连续性，确保设计的一致性和可追溯性，同时提高了整个工程流程的效率和质量。这种方法使得从概念设计到最终产品的每个步骤都能够在一个集成的环境中进行管理，从而为核技术项目的成功提供了强有力的支持。
在介绍CATIA Magic时，我们不仅要提到它是一个工具，它还是一种方法论。因此，当我们在3DEXPERIENCE平台上提供CATIA Magic时，我们拥有的是一种通用的方法论，可以应用于每一个行业。它基于纯粹的SysML，但因为SysML是开放的，我们可以对其进行扩展，这正是我们所做的。












最后总结一下，我们强调了为了向虚拟发展而建立工程平台的重要性。这需要实施关键的结构化过程（需求、接口、安全、配置等）。对于核项目，特别是先进模块化反应堆（AMR）项目，这些过程需要根据核行业的最佳实践进行定制，并与其开发环境的敏捷性和动态挑战保持一致。
Assystem和达索系统提供的虚拟孪生实施服务，结合了核工程公司和世界领先的软件开发商的优势。
总之，正如您所看到的，建立一个工程平台是关键，但这还不够。仅仅建立和利用虚拟孪生是不够的。您必须设置像需求安全分析这样的结构化过程。同时，您还必须定制这些关键过程和业务流程，以考虑核能行业的特殊性。Assystem和达索系统可以真正联合帮助您定义和构建这些过程和您自己的虚拟孪生。通过这种工程和软件的协同作用，我们可以为您的数字孪生提供坚实的结构和支持，确保您的项目能够充分利用最新的技术和方法，以满足核安全和性能的高标准。