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核电三维电子文件管理现状及对策研究

2020-08-28 149 上传者：管理员

摘要：文章分析了核电三维电子文件的管理现状和存在的问题，提出以OAIS为指导构建核电三维电子文件管理体系，主要包括以下必要内容：集中统一管理三维电子文件，明确部门责任；提案高档案人员能力；建立三维电子文件管理相关的标准、规范体系；核电三维模型知识库建设。未来不仅要实现对三维模型的归档管理和重复利用，保证三维档案的真实性、有效性、完整性、可用性；而且要逐步实现三维电子档案的知识管理，建立标准产品库，从而缩短项目的设计周期，不断推进技术创新。

关键词：
OAIS
三维数据
核电
电子文件
知识库
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一、前言

随着三维技术的发展和三维模型的应用，三维模型协同设计逐渐引入核电领域并产生了大量的三维数据。三维模型比二维的文件图纸更直观容易理解、更精确，能提高设计效率和新产品的研制周期。但是三维模型作为一种特殊的电子文件，在管理体制、标准规范、技术方案等方面存在不完善的地方，尤其是面临长期保管和利用的问题。鉴于此笔者将基于开放档案信息参考模型OAIS(ISO14721:2003,theopenarchivalinformationsystemreferencemodel）对核电三维电子文件的管理进行探索研究，以实现其长期保存和利用的目的。三维电子文件指的是三维模型及相关的文件和环境，包括三维模型电子数据、三维模型说明文件、三维模型关系图（模型名称与编号对应表）、三维模型运行的软件环境。本文模糊三维电子文件和档案的界限，从广义的大文件观来探索三维数据的管理。

二、核电三维电子文件的特点和作用

核电站建设一般采用EPC(EngineeringProcurementConstruction）模式，是指公司受业主委托，按照合同约定对工程建设项目的设计、采购、施工、试运行等实行全过程承包，并对承包工程的质量、安全、工期、造价全面负责[1]。在EPC模式下，设计院、制造商、核电厂等企业在设计、制造、运营等业务活动中产生大量的三维数据。

1. 核电三维电子文件的特点。

核电三维电子文件与传统电子文件的区别在于其专业性、成套性和多样性。（1）专业性：三维模型无法以二维或纸质的方式进行存储和提供利用，必须依靠专业软件、系统等载体才能显示。每一个模型都是一个构造复杂的工程，产生的数据量大。（2）成套性：核电三维电子文件按设备或者系统成套管理，包括模型和数据。三维模型中的每一个对象都独立且具有自己属性，属性存储方式为文件或数据。（3）多样性：不同专业、不同核电企业使用不同的软件和工具，生成的模型多种多样，缺乏统一的接口和数据交互。

2. 核电三维电子文件的作用。

(1）有助于核电厂的高效运行。核电厂的设计、制造、基础建设、运行和维护产生的数据中含有大量的设备设计参数、运行状态和参数耦合关联的重要信息[2]1。这些三维模型的管理给人直观形象的感觉，将难以发现的设计缺陷和设备信息逼真展现给用户，可以大大提高工作质量和效率。三维电子文件管理也是建立数字化电厂的基础，有助于实现核电厂管理的信息化、智能化，从而实现核电厂的安全、高效运行。（2）加快核电设备设计和制造周期。三维电子文件的集中管理使得设计院可复用设计经验，快速实现多种堆型的研发和小批量生产；三维模型是实现数字化研发的重要知识资产，有利于设计创新。对于制造厂而言，三维模型使得生产更加直观、工艺复用，可更方便、快捷地制定生产工艺、计划，提高生产效率。（3）有助于设备国产化和推进核电出口。三维电子文件的管理有助于加快核电设备国产化进展，推动更多具有技术成熟性和完整自主知识产权的设备研制，助力企业全面参与国内、国际核电市场的竞争需求。我国正在积极地推进核电外交，全面开展向巴基斯坦、阿根廷、英国、苏丹等国的核电机组出口工作。但对于华龙一号的研发设计制造工作尚有不少需要改进和优化的地方，未达到标准化设计状态，而三维电子文件的管理对于完善华龙一号知识体系有重要的作用和意义，有助于顺利实现核电出口的国家战略。

三、管理现状和存在问题

目前，核电项目尚未实现三维数据的信息化管理，更未达到档案管理的层次。三维档案管理尚未实现集中统一管理和缺乏统一的标准体系，还存在技术和管理等方面问题，影响三维电子文件的长期保存和利用。

1. 分散管理，权责不清。

大多核电企业没有制定三维电子文件的管理规划，没有明确三维电子文件的管理职责和部门。模型和数据大多都保存在设计者或制造者手中，没有归入档案部门，这就导致三维电子文件存在如下问题：未实现长期保存、未实现共享利用及数字化交付。

2. 尚未建立三维电子文件管理的相关标准体系。

数字化技术已经在核电产品的设计、制造、安装、检修等环节得到了一定程度的应用，但是相关的标准体系尚未建立。一是数字化设计没有相应的标准，不同专业、系统使用不同的软件平台，各种软件平台产生的三维模型命名、属性、数据存储等没有统一的标准。二是缺少三维档案的管理标准。

3. 技术问题。

(1）设计环境多样：存在多种设计环境，版本不统一、依赖环境不统一；多种存储格式，难以统一。（2）数据关联缺失：如三维模型、文档、属性之间的关联不全；缺少与外部数据的集成与关联；缺少与知识、参考标准、资料等的关联。（3）轻量化浏览困难：三维模型比交大，存在打开慢、卡的问题；在Web端查看网络传输慢，开销大，数据沟通低效；缺少多专业对应多种简化模型。（4）可视化难以实现：存在版本、软件兼容性问题，没有标准的三维查看格式、交换格式；缺少统一的三维查看、批注的系统浏览器。

四、核电三维电子文件管理方案

1. 两种管理方案介绍。

从三维电子文件是否向档案系统迁移来看有两种方案：（1）三维设计管理系统管理三维电子文件。用三维协同设计产品全生命周期管理系统（简称PLM）能够解决结构类三维过程数据、定版数据的管理，企业在实施过程中，定版数据不做迁移，通过PLM管理三维数据。这种方案的优点是保存各种平台产生的三维模型的原始格式，不涉及格式转换问题，且保存的数据完整；缺点是未能实现集中管理和利用。（2）档案系统管理三维电子文件。以具有三维电子文件管理功能的档案系统管理不同三维协同设计平台产生的最终版本的三维数据，具体如图1所示。参照OAIS参考模型，该方案分为三部分，分别完成三维电子文件产生、保管和利用的功能。该方案关键是需要解决多源多格式的三维模型轻量化、可视化的问题，提供统一的检索、浏览技术是可能遇到的技术难点。

图1三维电子文件管理解决方案

这种方案优缺点恰好和第一种相反，对档案系统的功能要求比较高。该解决方案应具有如下特点：（1）基于数据仓库技术，可面向单一设计系统或者多个设计系统多源多格式的数据。（2）将三维模型、文档、属性整合在一起，需要将不同的三维模型转换为统一展示格式，绑定属性，检查一致性，建立数据关联。（3）使用统一的数据标准（ISO15926），满足不同系统及业主、制造商的交付需要。（4）提供浏览、检索、发布、移交等功能。

2. 两种方案对比。

两种方案对比如表1。虽然三维设计管理系统具有保证各种平台产生的三维模型的原始格式等优点，但是不能保证三维电子文件的长期存储和利用。因为不归档就不能保证三维电子文件的四性；没有集中管理控制，不能保证利用和交付时的三维电子文件是真实、完整和可用的。所以，我们应该进行三维模型的归档，使用档案系统集中统一管理三维电子文件。

表1两种方案对比

五、构建核电三维电子文件管理体系的策略

1. 集中统一管理三维电子文件，明确部门责任。

档案管理部门是实现三维电子档案长期保存可用的实施主体，也是实现企业信息有效积累、交流、共享的根本保障。要打破三维电子文件分散保管、有限利用的现状，对产生和使用三维电子文件的技术部门和档案部门职责进行明确分工、定位，由档案管理部门负责企业三维电子文件的管理和提供利用。档案部门不仅承担传统文件、三维电子文件等各类文档的管理和利用的职责，还应有从“管档案”向“管数据”转变的意识，积极探索三维电子文件管理的技术和手段，为科技人员提供高效、快速利用服务，更应该探索三维电子文件的知识管理，建立标准化的模型知识库，加快技术复用和创新。

2. 提案高档案人员能力。

通过引进人才和现有员工学习的双重机制来提高核电企业档案部门人员的专业能力。要坚持以人为本的原则，始终把培养全才、建设技术攻关团队、提高员工专长放在第一位。有针对性地进行各种形式的业务培训，特别要加强对三维模型管理、计算机知识与技术、信息技术等方面的培训。同时要增强档案工作者的服务意识和沟通能力，变被动服务为主动服务，加强与设计人员的沟通，了解三维模型管理的难点和对方的利用需求，提高利用者的满意度。

3. 建立三维电子文件管理相关的标准、规范体系。

文档管理标准化工作对于核电三维设计和制造的发展具有重大的作用。它是三维电子文件管理各项业务工作的基础和依据，不仅能够保障文件的质量和完整性，而且是信息资源交流和共享的一个重要前提。为实现核电三维电子文件的长期保存有效利用，应在充分调研的基础上，根据国际标准、国家标准、其他业标准和通用规范，制定适合中国核行业的相关标准规范。主要有以下三类：（1）三维电子文件形成类：三维模型产生、签署、发布、更改、归档等。（2）三维电子档案管理类：归档时间、格式、要求、流程等。（3）系统管理类：系统功能需求、源代码、数据库结构、元数据标准等。

4. 综合运用现代化的信息技术实施核电三维电子文件管理，需要关注以下关键技术问题。

(1）三维电子文件格式。数字介质的长期保存包括两个方面：一方面介质必须能长期维持其相应的理化性能；另一方面，即使介质可以被现代驱动器读取，信息也必须能以现代程序可理解的格式存储[3]13。但是随着信息技术日新月异的变化，文件的格式、生成文件的软件，或支持软件的操作系统和硬件都在发生变化并呈加速趋势。三维电子文件格式也是如此，需要对这些文件格式进行规划、管理，目前最佳实践就是在数字信息管理系统中对格式进行注册。格式注册是把文件格式及其表示信息、环境信息等保存在数据库中[3]14。英国国家档案馆开发维护的PRONOM注册库是一个文件格式及其支持软件的在线信息系统；美国国会图书馆维护的格式描述数据库记录了许多常用格式的标识信息和维护因素的分析[3]15。参照这些国外的格式注册库，建议国家档案馆组织建立全国性的分布式数字信息格式注册库，给各地档案馆和企业集团用户权限提供信息格式的记录和维护功能，这不仅对于三维模型的数据格式重要，对于其他特殊的电子文件格式也很重要。

(2）云计算。大数据时代实现数据存储和分析利用的关键技术之一就是云计算。百度百科对云计算的定义是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展而且经常是虚拟化的资源。其基本原理为用户所需的应用程序和资源不需要运行或存储在用户的个人电脑等终端设备上，而是运行或存储在互联网的大规模服务器上，由其保证有足够强的计算能力和足够强大的存储空间。云计算对于数据量大且需要协同设计的核电项目而言是比较适用的，具有积极的意义：实现资源集中存储和共享利用，保障数据的备份安全，提高利用效率，减少成本等。但是任何事物都有两面性，云计算具有众多优点的同时也存在潜在的风险即数据内容的隐私安全。企业在慎重选择云计算服务机构的同时，应加大对云计算技术的研发及应用投入，保证数据的安全性[6]26-27。

(3）备份容灾。备份就是将数据以某种形式保存下来，备份的根本目的在于恢复，在这些数据丢失、毁坏和受到威胁的时候，使用数据的备份来恢复数据。通常一套完整的备份系统包含备份软件、磁带机/磁带库和备份服务器，具体的备份策略的制定、备份介质的管理以及一些扩展功能的实现，都是由备份软件来完成的[7]5-6。

5. 核电三维模型知识库建设。

核电三维模型的知识库可以分为两类。

(1）核电项目产品库。该库存放项目各个阶段产生的不同版本的三维模型，实现三维电子文件的长期存储功能，可以按照项目、堆型、专业/系统等不同纬度的逻辑归类和展示。产品库的三维电子文件应是可信的，能够在现在和将来向用户提供可靠的、长期访问的三维模型。可靠的三维电子文件管理流程是实现产品库长期保存利用的保障，可信流程是对旧的管理流程的梳理和优化，减少冗余、无用、错误的流程，改进低效的流程，增加缺失的流程，在技术和制度的规范下实现产品库的可信性。

(2）核电零部件标准化库。改变原来每一个核电工程都需重新进行三维模型设计，生成一套三维模型的作法，建立核电项目标准化三维模型库，包括专用库和通用库。同时进行知识推送和伴随，减少设计人员各个系统检索标准和参考文件的时间。具体而言，就是在核电工程项目使用的时候，编制适用三维模型清单并对三维模型进行适用性确认、批准后按程序提供利用。制造厂收到这些标准化的三维电子文件后，比对之前收到的三维电子文件，建立标准化制造文件库，可以简化原材料论证和质量论证。同时保留新旧版本的三维模型，但分别适用于不同的核电项目。对于技术参数略有调整的零部件，设计院通过技术论证，如原有的原材料满足项目技术需要，制造厂继续使用库存的原材料；待库存用完后依据新版本的技术条件进行生产制造。

六、结论

随着三维技术的发展和三维模型的广泛应用，三维模型管理对于核电项目数字化研发的作用日益重要。未来不仅要实现对三维模型的归档管理和重复利用，保证三维档案的真实性、有效性、完整性、可用性；而且要逐步实现三维电子档案的知识管理，建立标准产品库，将知识和核电数字化研发平台结合，进行知识推送，从而缩短项目的设计周期，不断推进技术创新。

参考文献：

[2]高文松,王刚,尹金亮,刘正强.三维数字化核电厂建设探讨[J].华电技术,2018,40(2):1.

[3][4][5]李泽锋.基于OAIS的数字信息格式管理[J].河南科技学院学报,2011(9):13,14,15.

[6]杨茹.大数据时代下的企业档案工作分析.中国核科学技术进展报告(第五卷)[M].中国核学会2017年学术年会论文集:第9册:26-27.

[7]杨茹.文件连续体视角下的核电文件管理模式研究.档案与文化建设———2012年全国档案工作年会论文集[M].中国文史出版社,2012:5-6.

杨茹,徐浩然,崔静华.核电三维电子文件管理研究[J].兰台世界,2020(08):69-72.

基金:国家档案局科技项目“核动力数字化研发设计中三维档案管理研究”(项目编号:2019-X-37).