制造业是数字化转型的主战场，更是上海构筑未来发展战略优势的重要支撑。市第十二次党代会明确提出，要推动制造业与服务业融合发展，产业数字化与数字产业化协同发展、工业互联网与消费互联网贯通发展。为贯彻落实市第十二次党代会精神，加快构建现代化经济体系，积极应对新冠疫情带来的新挑战、新机遇，配合《上海市制造业数字化转型实施方案》发布，特推出“工赋引擎”专栏，精选展示《工赋引擎：上海市工业互联网创新发展实践案例集》中制造业数字化转型优秀案例，积极发挥标杆示范的引领带动作用，全力促进我市制造业数字化转型革新与重塑发展。
“双碳”目标下，核电作为一种清洁能源，其战略意义备受关注。3月下旬，国家发改委、国家能源局公布的《“十四五”现代能源体系规划》提出，到2025年，核电运行装机容量达到7000万千瓦左右。据中国核能行业协会统计，截至2022年一季度末，我国运行核电机组共54台，装机容量为55805.74Mwe。
在核能产业迅猛发展取得举世瞩目成就的同时，越来越多的核电相关人士意识到保证核电机组安全性和稳定运行的重要性。上海阿波罗机械股份有限公司是一家专业化、集约化的核电站核级泵及重要非核级泵系统及核电后处理设备的核电全产业链设备供应与服务商。公司于2009年1月获得国家核安全局颁发的《民用核安全设备设计/制造许可证》（核3级），于2013年5月获得国家核安全局颁发的《民用核安全设备设计/制造许可证》（核2级），2015年6月17日成功登陆“新三板”。在核电设备国产化目标的指引下，公司引进了国内一大批有志于改变中国核电设备现状的专家，开展开发设计、组织生产、计划调度、外协管理、工艺指导、从发运到现场提供安装和调试服务等业务。
核电行业高要求加速数字技术应用
相关数据表明，核电站非计划停堆20%-40%来源于人因失误、60%-80%来源于设备失效。目前，核电站泵组只配备了监测设备运行状态所需的测量传感器，如绕组温度、轴承温度、轴承振动、润滑油压力、润滑油温度、冷却水流量等。这些测点传感器通过核电站主控DCS采集数据，监控主给水泵组的运行状态，给出报警停机信号，但是这些信号相互之间没有关联性，做不到泵组异常运行状态的早期分析。
核电智能泵组在线诊断服务平台通过对核电站在运行泵组各个运行阶段数据的实时监测，对泵组运行状态给出评价，并对相关的故障给出早期预警、原因分析和处理意见，可以有效降低核电设备的失效概率，减少非计划停堆。在线诊断服务平台的意义主要包含如下方面：
①早期预警，避免重大设备事故，降低事故及二次事故的危害程度。
②减少非计划停堆，提高产品质量，获取经济效益和社会效益。
③降低维修成本，提高设备管理水平。
④持续优化产品设计。
⑤节能降耗，安全生产，设备挖潜，质量控制。
核电智能泵组在线诊断服务平台收集在运行核电智能泵组的实时数据和历史数据，根据以往经验建立大数据模型，对有质量缺陷的泵组零部件的生产全过程进行回溯，快速甄别原因，解决设计或生产问题，优化提升产品质量。企业通过互联网+大数据分析构建产品在线诊断服务平台，可提供远程操控、健康状况监测、设备维护、产品溯源、质量控制等服务，实现企业从“卖产品”到“卖服务”的转型升级。
在线诊断服务平台实现核电站运行泵组实时监测预警
核电智能泵组在线监测与故障诊断服务平台由振动（含电涡流）、转动、温度、压力、流量等多类型传感器，以及通过多通道在线监测釆集器、高速交换机、大容量服务器完成在线监测与故障诊断的软件等组成，开展远程操作、健康状态监测、设备故障诊断，为客户提供产品溯源，满足客户质量控制、高效运维的服务要求。
1）平台硬件架构
平台的部署通过在关键设备各部位部署各类型传感器实现监测设备运行数据的在线釆集，并将模拟信号转换为数字信号，数字信号通过以太网通信方式，远距离实时可靠地传送到监控中心的服务器，结合功能完善的在线监测控制分析软件和大型数据库，实现设备状态数据的实时显示和历史数据的海量存储。
通过阿波罗现场试验监控和核电业主多地部署，收集运行数据并釆集故障信息，从而生成实时数据库、历史数据库及报警特征库。被监测的设备一旦出现故障前兆或运行不正常，系统即可通过预设各报警阈值发出报警，并通过报警特征库判断故障所在，从而实现故障报警、故障查询和故障诊断。系统设计上支持远程故障诊断，所有数据都可以在网上进行远程浏览，以便在线诊断和分析。
服务器通过工业以太网和釆集器连接，软件通过TCP/IP读取釆集器的数据，同时服务器网卡可与互联网连接，经端口映射+DDNS后实现互联网远程访问在线监测与故障诊断网页的功能。
2）平台软件架构
在线监测与故障诊断软件是基于B/S架构的软件，即浏览器和服务器架构模式，仅需维护一套服务端程序，支持多用户同时在线访问现场实时监测数据。软件的主要功能：传感器数据釆集，数据异常报警提醒，釆集数据展示，数据智能分析，机组故障智能诊断。
软件的主体框架：数据访问层，业务逻辑层，业务服务层，外部接口层（WebApi、SignalR等），UI用户交互层。数据访问层对接缓存、数据库及数据中心，对外提供基于历史参数及数据的增删查改功能。
3）软件主界面设计
在线监测与故障诊断软件支持360安全浏览器、GoogleChrome、Firefox等多种浏览器登录访问。
•快捷展示区：用于显示系统异常信息和用户信息，包括实时/历史报警、软件系统时间、当前用户信息功能等。
•软件功能菜单栏：软件功能的入口，点击具体功能名称图标，即可进入相应功能进行操作。菜单始终固定在软件左侧，支持向左收缩隐藏。方便快捷，可操作性强。
•详细信息展示区：图谱、厂区结构、数据详细信息，点击功能图标后，进行具体功能和信息的展示。
•层级结构区：又名设备树，包含厂区、机组、测点层级结构。结构清晰，便于操作和查询。
现场部署核电智能泵组在线监测与故障诊断服务平台，通过实时在线监测产品在现场的运转状态，通过预设的报警设置及故障特征识别来对泵组进行有效管控。由多点布置的工业传感器（温度、压力、流量、转速、振动等）釆集产品运行的各项数据；通过DH5971型高速数据釆集器接入到核电智能泵组在线监测与故障诊断服务平台服务器并生成实时数据库，产品运转的情况可以满足实时监测；通过趋势图、波形图、频谱图、阶次谱图、三维瀑布图、轴心轨迹图、轴心位置图、波德图实现实时诊断。设备发生故障时对照预设报警点监控系统界面自动发出报警信号，实现故障报警、故障查询、故障诊断，通过对比预设参数、历史数据库等能对85%的小故障做出分析判断。核电智能泵组在线监测与故障诊断服务平台优化了业务流程、提高了效率。
核电智能泵组在线监测与故障诊断服务平台已经构建完成，平台包含基础网络（传感器连接到釆集系统）、OT网络（采集系统到智能诊断服务器）、公共访问网络等。其中，不同用途多型号传感器（包括温度、压力、流量、转速、轴振、壳振等）共计56个测点，32位多通道各类信号釆集器2台（同时支持72路信号釆集）,PLC控制柜1台，主干交换机、防火墙、路由器等若干，虚拟服务器及存储阵列1套，其上部署机组监测与智能诊断系统CMA3.0软件1套等。
平台应用实现企业降本增效
在获得用户许可的情况下，公司可以实时在线访问用户在线监测及诊断平台监测数据并比对原始出厂数据，核实故障的判断准确性大幅度提升试验数据的开发利用水平，对现场发现的问题通过ERP、PLM等信息系统查询做出及时响应判断，并向用户提供解决方案。通过上述方案实现信息共享及资源的优化配置，缩短响应时间，及时发现故障并解决问题，确保用户的问题能够得到及时解决。
1） 试验动力费用
现场部署系统运行以来试验了多种产品，通过核电智能泵组在线监测与故障诊断服务平台提前发现故障数量3次，减少停泵、启泵各3次，估算节省试验动力费用约15万元；用户现场系统目前在运行中，暂未发现故障及引起的停泵等事件。
2） 人力费用
核电智能泵组在线监测与故障诊断服务平台的使用，使得部分现场发现的安装、调试问题能及时通过历史数据的查询做判断，减少了派遣人员约30%（按每个项目周期节约人员差旅费用2万元），同时缩短了响应时间。核电用户现场的部署应用，核电智能泵组在线监测与故障诊断服务平台24小时正常运行，减少了现场运维人员巡检测量次数，解决了监测数据无存储、故障无法分析的弊端，减少用户人工检修成本约2万元。
3） 备件釆购费用
核电智能泵组在线监测与故障诊断服务平台在运行期间，通过系统提前发现故障，避免了3次机械密封损坏引起的更换，节省更换零件费用约30万元。核电用户现场部署应用因设备运转正常无故障，暂无备件费用节省。
4） 其他费用
核电智能泵组在线监测与故障诊断服务平台可以对公司出厂产品的试验数据进行汇总，方便了数据分析和追溯，缩短了故障分析和判断时间，节省管理费用约1万元。
5） 平台推广
计划已向用户现场推广，已在中核秦山方家山核电完成现场部署应用，解决了用户关键设备运行情况无法实时监测、发生故障无法及时处理的问题，取代了原有人工巡检的模式。已在中核田湾核电做现场部署，目前处于试运行阶段。
增值服务效益方面暂未实际发生，未来随着核电智能泵组在线监测与故障诊断服务平台在用户现场的部署增多，监测设备的增加，监测点数的扩展，用户改造项目、维护所需的备件等给公司带来的营收预期约1000万元/年。
6） 泵的维护费用
核电用户现场的部署，通过及时发现故障、处理故障按照百万千瓦机组每年减少1次停机事件，持续1天给每位用户带来维护费用、产出的缩减预期约300万元/年。
7） 企业效益
用户现场的部署，给公司带来了极好的口碑和服务效益，公司2020年承接核电项目订单金额近11亿元，2021年上半年已接近2020年全年承接金额。
专家推荐语
本案例为核电领域重点案例，通过构建核电智能泵组在线监测与故障诊断服务平台，对核电站在运行泵组各个运行阶段数据的实时监测，对泵组运行状态给出评价，并对相关的故障进行预警及可视化分析处理，有效降低了核电设备的失效概率，减少非计划停堆。核电智能泵组在线监测与故障诊断服务平台在早期事故预警、降低成本、优化非计划停堆、节能减排方面表现出了优异处理能力，可进一步在行业进行推广。
素材来源：《工赋引擎：上海市工业互联网创新发展实践案例集》第一篇场景应用篇案例12《核电智能化下的在线监控诊断平台》
