2022 IoTDB Summit：中国核电刘旭嘉《工业时序数据库 Apache IoTDB 在核电的应用实践》

2023-03-02
北京
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12 月 3 日、4 日，2022 Apache IoTDB 物联网生态大会在线上圆满落幕。大会上发布 Apache IoTDB 的分布式 1.0 版本，并分享 Apache IoTDB 实现的数据管理技术与物联网场景实践案例，深入探讨了 Apache IoTDB 与物联网企业如何共建活跃生态，企业如何与开源社区紧密配合，实现共赢。

我们邀请到中国核能电力股份有限公司数字化创新中心负责人刘旭嘉参加此次大会，并做主题演讲——《工业时序数据库 Apache IoTDB 在核电的应用实践》。以下为内容全文。

1.公司简介

2.公司自主化软件发展战略

3.IoTDB 与核电工业互联网

4.IoTDB 与核电智慧工业软件

具体内容：

大家好，我是来自中国核能电力股份有限公司的刘旭嘉。非常高兴今天能参加 IoTDB 物联网生态大会，在这里分享一下 IoTDB 工业时序数据库在核电的应用实践。

首先，介绍一下我们公司，特别的再介绍一下我们公司自主化软件发展战略，然后在工业互联网、在核电的工业软件方面介绍一下 IoTDB 的应用。

01 公司简介

我们的公司名称是中国核能电力股份有限公司，公司是中国核工业集团有限公司的下属单位，是中国最大的核电运营商之一。截止今年的 3 月 25 日公司拥有控股子公司 26 家，总资产规模超过 4100 亿，员工总人数超过 1.6 万人，市值超过 1400 亿，累计发电超过 1.2 万亿度。

公司目前控股在运 25 台机组，分别在江苏田湾、浙江秦山、浙江三门、福建福清、海南昌江五个核电运行基地，同时的话也控股在建 8 台机组，在辽宁、浙江、福建、海南。我们公司 22 台运行机组在去年整体运行业绩、运行指标居国内领先，保持世界先进水平，去年在 WANO 的指标有 19 台打满分，综合指数平均值 99.51。在去年全球的 394 台核电机组，中国有 37 台满分，其中有 19 台是我们公司的。

02 公司自主化软件发展战略

下面介绍一下我们公司的软件自主创新发展战略。在今年我们公司核电生产软件国产化取得了重大突破，后面给大家简单介绍一下。

公司在“十四五”期间围绕核电研发、生产经营和管理等核心业务环节，按照关键自主可控、产业协同和其他特色核工业软件等三类，推进软件国产化工作。

首先是在公司的网信十四五专项规划中提出了建设数字化的基础平台，打造数字化转型的基石，推进工业软件的研制。在公司的国产化工作组中增加了软件专业，专项梳理涉及关键自主可控的软件清单。在国产化推广应用方面我们推进软件的测试工作，包括国产测试系统、操作系统、国产数据库及国产办公软件，在我们公司的科研项目指南中增加智慧核电专题，推动围绕核电安全生产的软件开发，推动多项集中研发。

在今年，我们有四大软件研发项目取得重大突破，公司是联合八家成员单位的技术力量，历时三年多投资近四个亿，沉淀多年核电的安全运行经验，采用云原生、微服务技术，在今年完成四大软件的科研的研发任务，为我们集团的核电机组创造优秀的运行业绩提供了自主化的领跑工具。同时软件产品也走出了我们集团，对外输出管理，为行业作出贡献。

这四个软件产品分别是我们国产化的核电安全生产管理平台，项目代号是 ASP-1，这也是替代了我们公司之前使用的美国的软件，也是在国内核电行业首个使用国产软件，应用在核电的安全生产。第二个是我们跟清华联合研发的核电厂关键设备的智能智慧工业软件 ASP-2，这也是针对我们核电最关键的重要设备进行一些可靠性的一些智能软件的研发，后面会做更多的一些介绍。第三个是我们国产化核电设备可靠性管理系统，项目代号 ERMs，这也是我们在核电全流程的设备可靠性管理、一站式管理，提升我们的管理效率，提升我们的管理质量。第四个是国产化的核电工业互联网平台，项目代号是 DHP，这也是我们打造的底座，为我们刚才讲的三个项目提供了一个数字底座。

03 IoTDB 与核电工业互联网

下面看一下，IoTDB 在我们公司工业互联网方面的应用。

前面介绍过我们四个科研项目其中有一个是核电工业互联网平台 DHP，DHP 是一套整合了我们信息化资源，充分利用现有的中国核电数据中心的基础设施，对现有的系统进行调整升级改造，满足中国核电业务应用的需求，能够支撑我们公司信息化系统开发运维和持续升级的需求。

首先，实现了我们的设备互联、数据互通，通过物联网、边缘计算等技术有效集成公司海量的工业设备和系统的数据，打通各类生产要素的数据通道，形成智能物联，开发核电大数据平台，整合现有的系统，解决现有系统数据贯通的问题。第二方面是体现在知识积累、快速创新，把大量的公司沉淀积累的这些工业技术原理、行业知识、专家经验、规则化、模型化、软件化，封装为可重复使用的微服务的组件，实现知识的固化积累和复用。

可以看到右边是一张我们 DHP 工业互联网的系统架构图，其中在右边可以看到上下有两个，下面是在电厂侧，上面是在我们的中心侧，分别部署安装了 IoTDB，用于我们工业互联网平台工业大数据的存储。

我们在工业互联网平台也制定了 IoTDB 的时序数据的数据标准。我们中间可以看到是我们 IoTDB 数据存储的数据模型，从集团层、从电厂层、机组层到测点层。下面是测点的编码标准，我们对每一个时序数据测点进行了统一编码，同时我们对时序数据主数据的这些属性字段也制定了标准规范，一共有 25 个这样的标准字段。

核电的工业互联网 DHP 项目充分利用物联网、云计算、大数据、人工智能等互联网技术，在可靠性、在容器规模、在并发用户数、在数据服务器、数据容量构建这样一个指标，来支撑我们在这个平台上去进行一些软件研发和一些生产管理的经营。

04 IoTDB 与核电智慧工业软件

最后一部分介绍一下 IoTDB 与我们公司核电智慧工业软件的应用情况，主要是介绍我们核电厂关键与敏感设备智慧管理系统 ASP-2 的应用。

这个项目的背景是这样子：中国核电在 2020 年与清华大学联合成立了数字核电技术联合研究中心，ASP-2 作为联合研究中心的首个课题在 2020 年的 12 月召开了启动会。经过一年多的研发，我们在今年的 9 月 1 号项目通过技术验收。

这个项目的研发目标是研发一套国产化智能/智慧的工业软件，研究的对象是在核电机组高功率情况下，我们一些关键重要设备的功能失效。这些设备的话主要是两大类，一类是关键设备，我们称之为 SPV 设备，这些设备的话如果发生功能失效会造成机组的停机停堆，对电厂造成一个潜在的安全风险。另外一类是工业安全敏感一类、环保一类的设备，这些设备发生功能失效的话会对电厂造成工业安全、环保的一些事件，也会影响电厂的安全稳定运行。

项目的意义是提升核电设备的可靠性管理水平，从定性迈向定量。研究的深度从设备级向最小化部件，研究的迭代从各电厂分散研究向集团级协同，同时也为 SPV 设备可靠性管理提出研究的重点清单。第二个是提供一套面向 SPV 设备管理的工程化解决方案，解决方案包括我们的分析流程、软件、结构化知识库还有算法模型。第三个是在国产化工业软件填补国内核电行业的空白，主要体现在我们 SPV 设备的精细化管理，结构化失效模型和失效影响分析，也称为 FMEA 与故障监测的一体化。同时这个工业软件也采用了自主化软件技术，主要采用了清华的两项自主软件技术，也实现了失效机理的可解释。

这是我们软件的功能架构。我们看到下面的数据库是基于 IoTDB 的时序数据库，依次向上是我们的专家知识库、数据管理、失效基理分析、监测模型开发和设备的智能监测。

这是我们软件的基础架构，我们是分为总分的结构，在我们的中心侧部署了三套 IoTDB，用于工业设备数据存储和算法参数训练，在电厂侧，五个运行电厂共部署了十套，用于电厂工业设备数据存储和我们的设备实时监测计算，我们可以看到这张图里面可以清晰地看到应用到了 IoTDB。

同时，在在线时序数据预处理也采用了 IoTDB 的 UDF 功能，针对多个设备，包括我们这些设备大量测点数据接入后的一些滚动的征兆分析，自动化的规则推理所产生的一些数据的问题，需要一些大量的数据预处理。我们用 UDF 功能内置到我们的 IoTDB 数据库，在征兆趋势判断和规则推理算法将大量测点接入后，能够进行实现滚动的征兆分析，实现分钟级的故障预警。

可以看到左边这张图，我们在没有用 UDF 的实现方式的时候，我们是采用 Python 这样的算法去做数据预处理，在采用 UDF 的数据预处理技术以后在网络传输、低延时、运算效率方面都提升很多。