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從制造到智造 亞洲最大核燃料元件基地全面復工有秘訣
文章來源:中核集團 日期:2020年04月15日

  疫情期間,由于全國范圍內的疫情防控和人口流動受限,許多傳統生產線出現了“復工難”“用工難”的問題。相比之下,我國最大的壓水堆核電燃料元件制造基地——中核建中,以最少的人力,2月初就全面實現復工復產,產能恢復率達100%。這種抗風險應變的能力,依賴于近年來,中核建中在核燃料元件制造技術上率先一步開啟數字化、智能化的轉型升級,在疫情面前,此刻的中核建中迸發出化危為機、逆勢突破、穩步增長的強大制造力。截至目前,已實現了一季度全面達標達產。

  發揮優勢,智能制造助力一季度達產達標

  一季度,中核建中生產的華龍一號等各類型的核燃料元件按計劃圓滿完成。UO2粉末生產201噸,UO2芯塊生產180噸,燃料棒生產97000支,零部件生產517套,配套小零件130000余件,燃料組件生產381組,相關組件生產117組,并按計劃7次向不同電站交付燃料組件484組,相關組件159組,實現了良好開局。

  在一組組數據的背后,我們看到的是中核建中“智能制造”的尋常畫面,在干凈明亮的核工廠內,激光導引式AGV轉運機器人在智能系統調度下,魚貫穿梭在各條忙碌的自動傳輸線間,實現了UO2芯塊無人化高效轉運;全自動雙工位骨架點焊機的高精度直角坐標機器人有節奏地舞動著雙臂,將一個個零部件焊接成堅固的“骨架”;空中高度柔性化的吊裝、轉運系統有條不紊地將一組組核燃料成品元件平穩吊運進組件庫……偌大的生產車間,數百臺先進的自動化、數字化設備以及高精度機器人正在生產線上有序忙碌,屈指可數的幾名技術人員和崗位操作人員就游刃有余地完成了一個個重約700kg的燃料元件的制造任務。

  廠房內常年保持著無塵潔凈車間的潔凈度,采用先進的工程設計和工藝裝備,根據輻射防護分區原則,廠房與室外、廠房內不同區域也保持相應的負壓梯度,確保整個生產線具有合理的氣流走向,廠房每天保持均勻的送排風,整個生產線送風量達到4.7萬立方米/小時,生產線送排風采用先進的負壓監控系統,對場所送排風進行實時監控并自動調節,達到了行業內領先水平。這也是在此次疫情期間大幅減少人員聚集、減少接觸感染、確??諝飧蓛袅魍ǖ沫h境下正常進行生產工作的優勢所在,既實現了疫情期間的精準防控,也實現了高效的生產運轉。

  網絡賦能,“云辦公”拓展信息化場景應用

  中核建中緊密對接國家智能制造“兩步走”發展戰略,選擇以數字化、智能化的手段實現產品質量、成本和生產效率的提升方式,適應新發展需要,并率先在燃料板塊通過評定機構現場評定及兩化融合管理體系評定工作委員會的審查取得了兩化融合管理體系證書。

  信息化和工業化的深度融合,核心是信息化支撐。

  2003年開始,中核建中便試圖開始摸索信息化應用。多年來,以信息化系統應用為基礎,全面建立信息化場景應用。

  2012年,中核建中逐步導入推進生產制造執行系統(MES)、ERP、HSE等系統建設。MES系統中以生產任務單為核心,實現了車間生產作業過程管理。千里之外,這邊輕點鼠標,生產現場設備運轉情況、能耗、維保,產品檢測質量、生產進度等各類情況盡在掌握。

  2019年,中核建中基于現有MES系統,配置了華龍一號核燃料元件系統功能開發上線、組織系統調優、數據庫安全加固、網絡架構優化等工作。每個產品都有條碼,就像快遞物流一樣,什么時候到了哪里,全過程記錄。通過生產報工、生產操作記錄、數據自動采集等功能,實時記錄與跟蹤工序的執行情況、完成情況以及相關物料流轉。這套基于新技術的企業信息化系統,讓中核建中實現了華龍一號核燃料元件生產及管控過程的全覆蓋,譜寫了一曲壯麗凱歌。

  乘“智”而上,“機器換人”促進自動化升級

  中核建中核燃料元件生產線主要包括化工轉化、芯塊制備、零部件加工、燃料棒制造及組件組裝等五大工序,既有流程型生產特點的UO2粉末化工轉化車間,又有離散型生產特點的零部件加工車間。主廠房從設計理念到工程建設融入了當前世界核燃料元件產業發展的最新成果。

  一線生產操作者和管理人員對數字化、智能化車間帶來的生產模式改變有著最直觀的感受。

  UO2粉末生產的干法工藝鈾化工生產線,猶如一個超級大腦,通過DCS控制系統、SIS安全控制系統等實現了數千個控制點的自動控制。3位操作人員在中控室實時監控,就可以全盤指揮生產線自動生產加工,工序完成后,產品會被自動傳送到指定位置。原來年產200噸鈾需要20個操作工,現在新型干法工藝自動線只需要3個人操作就可以完成。

  芯塊專用容器是鉬舟,每個鉬舟上都有一個二維碼標簽,系統自動掃描讀取鉬舟上的二維碼,即可實現舟庫物料存儲和AGV物料轉運的信息采集和跟蹤。AGV機器人有序來回,將芯塊成型、高溫燒結、芯塊磨削等工序間制成品轉運至各條生產線,每次可搬運近100kg的兩舟芯塊。

  核燃料元件零部件制造具有工序繁多、勞動強度大、質量管控風險高等特點,是典型的離散型生產制造模式。除確保及時送料外,還需保證生產制造的成套性。零部件臥式加工中心柔性加工線(LPS),能實現加工程序、加工信息、設備狀態信息的相互實時傳遞,在單元內完成零部件的高效加工,實現柔性化生產。由于智能化程度高,兼容性好,可適應多種類型的精密零部件快速切換和縮短新產品導入周期,并具備自動對刀、自動找正、刀具測量、加工完成后自動工件清洗的功能。以前用的數控機床,每臺加工中心都需要專人操作,現在只需1人就可控制4臺設備。

  中核建中科研團隊自2016年將3D打印技術引入到華龍一號核燃料元件零部件的研制中,目前已實現滿足機械性能的下管座、下管座防異物板、控制棒組件連接柄等多種零部件試驗件的加工生產。采用常規機械加工防異物板時,最快也需要48小時的加工時間,但采用3D打印技術,加工用時僅需24小時,大大提升了加工效率,甚至可以滿足小至幾微米級別精度的零部件制造。

  燃料棒生產線更是智能制造的集大成者。原來,上、下端塞焊接前需要人工擦拭,消耗人力還效率低下,采用自動擦拭裝置后,管口可以在焊接前自動擦拭,完全節省了人力成本。USW壓力電阻焊裝置,實現了燃料棒壓塞、焊接一步工序完成,燃料棒生產工藝一下子精簡優化了3個大步驟,焊接效率還提高至原有的1.5倍。焊接光學尺寸檢查相比于原有的通規檢查,讓焊縫尺寸和焊縫圖像可以直觀顯示,而且測量精度高達微米級,讓每一個小缺陷都無處可逃。原來燃料棒是132支放在一個槽里稱重,現在實現了全自動單支測長稱重,對燃料棒產品質量達到了精準控制。整個智能化的燃料棒生產線上的自動化設備和數字化倉庫,猶如十八羅漢在自己的崗位上各顯神通,然而,他們還是需要一個大腦的統一調度和指揮,這才不會群龍無首、各自為政。這個大腦就是上位數據管理系統,大腦通過每個工序的固定式條形讀碼器,實現了數據信息的采集跟蹤,通過燃料棒傳輸線上的上位管理系統與公司核燃料制造信息系統數據通訊,燃料棒生產數據的信息跟蹤統計和質量管控讓一切盡在掌握。

  AI人工智能燃料棒外觀輔助檢測技術,將操作人員從海量燃料棒外觀檢測的疲勞中解脫岀來。通過自動圖像獲取、AI自動評判和標識、提示,實現核燃料棒外觀缺陷精度達微米級的自動檢測,使檢驗精確度和效率得到極大提高,同時確保了燃料棒外觀檢驗質量和堆內運行的高可靠性。

  展望未來,謀定而動實現建中“智造”倍道兼行

  核燃料元件制造產業是具有流程型和離散型制造特征的綜合性制造產業,生產線涉及大量專用非標研制設備,裝備的自動化、信息化和智能化改造技術含量高,智能化轉型升級對中核建中來說,是一個漫長且激動人心的路程。

  中核建中將依據中國制造2025和“兩化融合”的發展思路,結合公司“以點帶面,全面延伸”的實施策略,在已經初步形成數字化制造的基礎上,擴展數字化制造的應用范圍。

  當前,公司零部件智能車間、芯塊智能管理系統、生產互聯互通建設改造、智能倉庫及物流建設等智能化項目正在穩步推進,智能制造應用范圍正在逐步擴大。

  高場新基地建設規劃已經徐徐展開,項目將按照“智能升級、創新發展”的思路,充分利用云計算、大數據、人機智能交互、大數據、物聯網等新一代信息物理技術,高標準、高水平設計,2025年初步建成全流程、全體系的核燃料元件智能制造生產線,實現核燃料元件工藝仿真優化、生產過程智能控制、狀態信息實時監測的智能制造。另外,還將開展三維在線學習、VR技術應用、虛擬操作培訓、檢修維護、車間模擬演練等運維支持系統,實現虛擬完美模型與精益產品制造深度融合的個性化生產體系,最終將高場廠區建成國際一流的核燃料元件智能化工廠。

  中核建中堅定不移走以生態優先、綠色發展為導向的高質量發展之路,建中智造正在這條道路上提速升級。未來,中核建中必將在新時代轉型升級高質量發展的征程中創造一個又一個驚喜,為推動我國核燃料元件從制造大國走向制造強國貢獻建中智慧。(焦媛、楊煥明、羅偉、王斌、文然、陳凱、馬寧、姬生星、韓乙穎)

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