核工業(yè)，數(shù)據(jù)就是力量

工業(yè)4.0是指未來(lái)的工作環(huán)境具有完全的數(shù)據(jù)流動(dòng)性和透明度，工廠各部件在其中收集有關(guān)其操作的數(shù)據(jù)并相互共享。即使在今天，IBM估計(jì)一個(gè)典型的工廠每天可產(chǎn)生1TB的數(shù)據(jù)，但是只有1%的數(shù)據(jù)被分析過(guò)。未來(lái)，數(shù)據(jù)量肯定會(huì)激增，而使用人工智能(AI)及其機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)技術(shù)的更高級(jí)分析將在其中起到越來(lái)越重要的作用，幫助管理者理解數(shù)據(jù)。將此概念推向極致，一些工廠甚至?xí)吹阶灾鞴S組件之間的分布式?jīng)Q策，以及它們與來(lái)自供應(yīng)鏈和分銷鏈的數(shù)據(jù)的集成。在需要時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)工作人員將可隨時(shí)獲得準(zhǔn)確的信息，并且可以實(shí)時(shí)優(yōu)化他們的工作計(jì)劃。

這些新技術(shù)整合的累積影響將對(duì)許多行業(yè)產(chǎn)生革命性的影響，但對(duì)核工業(yè)可能不那么重要。雖然核電站長(zhǎng)期以來(lái)都充斥著不斷記錄數(shù)據(jù)的傳感器，但監(jiān)管環(huán)境不利于數(shù)據(jù)本身在共享、處理和使用方面的快速創(chuàng)新。在這一點(diǎn)上，工業(yè)4.0對(duì)核工業(yè)，尤其是在電廠運(yùn)行中變得非常具有挑戰(zhàn)性。對(duì)安全性的需求限制了操作數(shù)據(jù)的傳輸，并且很難證明對(duì)與安全性相關(guān)的系統(tǒng)進(jìn)行任何更改是合理的。世界核安全研究所(WorldInstituteforNuclearSecurity)稱，“信息技術(shù)和運(yùn)營(yíng)技術(shù)的融合是不可避免的，隨之而來(lái)的是重大機(jī)遇和風(fēng)險(xiǎn)”，但隨著我們進(jìn)入2020年代，這個(gè)問(wèn)題仍未得到解決和界定。

情報(bào)專家

雖然以傳感器為主導(dǎo)的數(shù)字革命還沒(méi)有到來(lái)，但核工業(yè)可以利用已有的豐富的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)信息。RobertPlana是Assystem的首席技術(shù)官，他解釋了公司采取的一些方法。

通常在AI和ML應(yīng)用程序中，最好的性能是在使用大量數(shù)據(jù)訓(xùn)練新應(yīng)用程序后獲得的，這些數(shù)據(jù)集有時(shí)來(lái)自多個(gè)領(lǐng)域的多個(gè)數(shù)據(jù)源。盡管核工業(yè)的安全限制使這種方法不可能實(shí)現(xiàn)，但對(duì)Plana和Assystem的另一種選擇是在獨(dú)立基礎(chǔ)上創(chuàng)建專家系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，所有數(shù)據(jù)都?xì)w客戶所有，并在客戶的控制之下。在沒(méi)有大量訓(xùn)練數(shù)據(jù)的情況下，該公司通常使用客戶真實(shí)生活數(shù)據(jù)的80%用于訓(xùn)練，20%用于測(cè)試。Plana說(shuō)，學(xué)習(xí)系統(tǒng)的潛在性能可能會(huì)有所損失，但輸入數(shù)據(jù)的嚴(yán)謹(jǐn)性和專業(yè)的知識(shí)編碼可以彌補(bǔ)這些損失。

為了支持法國(guó)即將進(jìn)行的退役項(xiàng)目，Assystem創(chuàng)建了一個(gè)基于數(shù)千份紙質(zhì)文件存檔的特定搜索引擎。

第一階段是對(duì)文件進(jìn)行掃描并使用光學(xué)字符識(shí)別將其轉(zhuǎn)換為機(jī)器可讀的形式。然后，將文檔內(nèi)容進(jìn)行分類，并提供完整的搜索功能。

接下來(lái)，該團(tuán)隊(duì)建立了一個(gè)本體――基于文本中的關(guān)鍵詞匯和文本內(nèi)容的顯性關(guān)系的主題領(lǐng)域圖――這進(jìn)一步完善的搜索功能。

當(dāng)然，工廠和法規(guī)文件中高度結(jié)構(gòu)化的信息為這一點(diǎn)奠定了良好的基礎(chǔ)，但對(duì)于Plana來(lái)說(shuō)，最好的出發(fā)點(diǎn)有時(shí)是表格。

他說(shuō):“工程師非常有條理，他們?cè)诒砀裰锌偨Y(jié)重要的數(shù)字。”他解釋說(shuō)，文檔通常是分解的，分別處理純文本、詞匯表和表格。分析之后，機(jī)器可能會(huì)建議從數(shù)據(jù)表開(kāi)始，但工程師總是會(huì)指導(dǎo)和調(diào)整過(guò)程。

為了補(bǔ)充退役文件和本體，又增加了20000個(gè)問(wèn)題和答案，對(duì)有價(jià)值的制度化知識(shí)進(jìn)行了編碼。“我把這稱為公司的數(shù)字遺產(chǎn)，”Plana說(shuō)。“如果你把專家的知識(shí)，最常見(jiàn)的問(wèn)題，和深度學(xué)習(xí)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，你就能建立一個(gè)非常智能的搜索引擎。”通過(guò)這種方式，一個(gè)相對(duì)較小的數(shù)據(jù)輸入――48GB的文檔――創(chuàng)建了一個(gè)強(qiáng)大的特定主題知識(shí)工具，包括一個(gè)站點(diǎn)清單數(shù)據(jù)庫(kù)。

最后一個(gè)階段是添加自然語(yǔ)言接口。工程師們可以通過(guò)一些問(wèn)題來(lái)調(diào)查異常情況及其意義，比如“你能識(shí)別出A建筑中的放射性材料嗎?”或“你能把文件中列出的放射性水平與拆除小組開(kāi)始在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)測(cè)量到的水平進(jìn)行比較嗎?”

Plana表示，該系統(tǒng)“可以在數(shù)秒內(nèi)檢索到(人工搜索)需要花費(fèi)一周時(shí)間的信息。”

數(shù)字孿生

對(duì)設(shè)施確切狀態(tài)的詳細(xì)了解對(duì)于制訂退役計(jì)劃至關(guān)重要。只有從一個(gè)完整的畫(huà)面中才能正確地定義團(tuán)隊(duì)的規(guī)模、所需的工具和過(guò)程，以及進(jìn)度和成本。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，數(shù)字孿生必須將工廠的原理圖和組件包含到盡可能小的水平，包括描述部件及其維護(hù)的所有文檔。

目前，許多即將退役的設(shè)施只有2D圖紙和描述，通常是關(guān)于設(shè)施的設(shè)計(jì)和后續(xù)改造的更新。然而，同樣重要的是要記住，沒(méi)有任何設(shè)施是真正按照設(shè)計(jì)建造的。在實(shí)際將東西擰到墻上時(shí)，總會(huì)有一些小問(wèn)題和優(yōu)化措施。Plana說(shuō):“數(shù)字孿生創(chuàng)造了在兩者之間移動(dòng)的環(huán)境。”

協(xié)調(diào)所有這些設(shè)計(jì)信息的第一步是對(duì)設(shè)備進(jìn)行三維激光掃描以獲得其當(dāng)前拓?fù)?。然后可以繼續(xù)進(jìn)行所謂的“四維建造(Build4D)”：在操作發(fā)生時(shí)隨著時(shí)間移動(dòng)進(jìn)行空間檢查的概念，例如安裝大型新組件。除了模擬主要任務(wù)的過(guò)程外，Build4D還可以管理設(shè)施中的協(xié)作性――避免發(fā)生沖突，因?yàn)閮蓚€(gè)團(tuán)隊(duì)需要同時(shí)訪問(wèn)同一空間，或者僅需要現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行一定數(shù)量的人員受到安全或保安約束為。如果一個(gè)專門(mén)的團(tuán)隊(duì)不能在某一天完成其工作，就不能保證次日人員或工具的可用性。這些簡(jiǎn)單的協(xié)作沖突可能會(huì)使項(xiàng)目迅速脫離計(jì)劃。

調(diào)度可以通過(guò)任務(wù)完成時(shí)獲得的知識(shí)來(lái)進(jìn)行。例如，如果OEM信息顯示需要三天時(shí)間來(lái)刪除某個(gè)部件，但實(shí)際上完成使用該結(jié)果更新模型的整個(gè)過(guò)程通常需要四天時(shí)間。

Plana說(shuō):“你擁有的數(shù)據(jù)越多，你的模型就越能代表現(xiàn)實(shí)，你就能更精確地進(jìn)行項(xiàng)目交付。”

Build4D也被證明有助于法國(guó)核電站的停電管理優(yōu)化工作。