核電廠防異物數(shù)字博物館第2部分：系統(tǒng)設計指南

3T/CEPPCXXXX—XXXX核電廠防異物數(shù)字博物館第2部分：系統(tǒng)設計指南本文件規(guī)定了核電廠防異物數(shù)字化培訓工作的總體概述、系統(tǒng)的功能要求、系統(tǒng)平臺設計、硬件設備配置等進行整體約定和統(tǒng)一要求。本文件適用于核電廠防異物數(shù)字化系統(tǒng)設計，其他核電廠數(shù)字系統(tǒng)也可以參考本文件的相關要求。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。T/CNEA017-2021核電廠防異物管理指南3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1異物foreignmaterial;FM根據(jù)設計,任何非預期存留或引入系統(tǒng)設備、不屬于系統(tǒng)或設備組成部分的物項。溶劑、漆皮、密封補漏劑、個人勞保用品以及可能影響系統(tǒng)或設備正常運行、對設[來源:INPO07-008追求卓越的防異物(FME)導則]3.2防異物foreignmaterialexclusion;FME采取一定的措施和方法,包括管理措施和方法以及技術措施和方法,來預防由于人為疏忽而導致異物進入電廠系統(tǒng)或設備內部。[來源:INPO07-008追求卓越的防異物(FME)導則]3.3防異物監(jiān)督員FMEmonitor;FMEM在防異物管理區(qū)域,負責登記材料和人員出入情況、監(jiān)督工作活動、必要時可中止工作活動、糾正異物監(jiān)督行為的專門負責控制防異物管理區(qū)域的人員。[來源：INPO07-008追求卓越的防異物（FME）導則]3.4FME計劃FMEplans.描述復雜活動需要的具體控制和獨特的FME挑戰(zhàn)的補充說明。[來源：INPO07-008追求卓越的防異物（FME）導則]3.5虛擬現(xiàn)實virtualreality采用以計算機為核心的現(xiàn)代高科技手段生成的逼真的視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺等多感官一體化的數(shù)字化人工環(huán)境,用戶借助一些輸入、輸出設備,采用自然的方式與虛擬世界的對象進行交互,相互影響,從而產(chǎn)生親臨真實環(huán)境的感覺和體驗。[來源：GB/T38259-2019信息技術虛擬現(xiàn)實頭戴式顯示設備通用規(guī)范]4總體概述4T/CEPPCXXXX—XXXX4.1建設目標依靠防異物管理規(guī)定和過往事件案例，充分利用數(shù)字化技術，對核電廠進行三維數(shù)字建模，將歷史發(fā)生的異物事件進行模擬回溯，設計制作防異物工作中的關鍵模型、路徑，幫助核電廠員工深入了解異物事件場景、發(fā)生原因、錯誤操作等防異物知識。并佐以可供查閱、訓練、考核為一體的防異物考核系統(tǒng)，為核電廠員工提供高質量的數(shù)字化培訓，降低異物事件所帶來的經(jīng)濟損失，包括設備維修和停工所帶來的成本，同時幫助核電廠員工更有效地應對異物事件，進一步提高核電廠的運行安全性和穩(wěn)定性。4.2建設內容a)按照數(shù)字博物館的基礎網(wǎng)絡架構、主要技術路線與軟硬件配置基本要求，集成建設適應核電廠的防異物培訓的基礎要求和各項管理需求。b)全面推進建設數(shù)字核電廠的基礎數(shù)據(jù)庫建設，優(yōu)先建立已發(fā)生的異物事件及場景數(shù)據(jù)庫，逐步優(yōu)化補充傳統(tǒng)防異物培訓的實操環(huán)節(jié)。c)開發(fā)或應用具備"模擬、管理、訓練、考核"等功能要求的防異物數(shù)字化知識培訓系統(tǒng)，實現(xiàn)防異物培訓管理考核中的各業(yè)務環(huán)節(jié)的自動化、網(wǎng)絡化。d)應用先進技術和相關管理手段，減輕傳統(tǒng)培訓的紙質教材、培訓場地和講師成本。員工可以在任何時間和地點接受培訓，減少了出差和停工成本組織內對傳統(tǒng)培訓的復雜管理。e)運用多種技術手段，針對不同利用對象，通過不同體驗終端，結合根據(jù)員工的先前知識水平和學習進度為員工提供個性化培訓和考核內容，方便、快捷滿足各類用戶需求。f)配套建設數(shù)字安全保障體系，確保防異物數(shù)字博物館系統(tǒng)安全和防異物數(shù)字博物館信息安全。4.3系統(tǒng)終端的組成核電廠防異物數(shù)字博物館的體驗終端包括移動端、PC端、VR一體機以及專業(yè)虛擬現(xiàn)實體驗機器。4.4系統(tǒng)的應用環(huán)境a)應用環(huán)境應滿足安全要求、軟硬件使用的空間要求、光線要求及軟硬件運行的網(wǎng)絡通信要求。b)產(chǎn)品研發(fā)完成后，應同時交付滿足合同要求的完整應用、配件及產(chǎn)品說明書等。c)應設置完善的組織機構，有明確的部門提供教學、設備設施場地、安全、質量等服務和管理工作。5核電廠防異物數(shù)字博物館系統(tǒng)的功能要求5.1場景模擬功能要求系統(tǒng)具備創(chuàng)建、管理和模擬核電廠相關的數(shù)字化模擬場景，特別是對防異物一級場景如：換料水池、乏燃料水池、汽輪機等模型要建立符合現(xiàn)場環(huán)境的高仿真模型。a)場景創(chuàng)建:系統(tǒng)應為用戶創(chuàng)建不同類型的數(shù)字化模擬場景，以滿足培訓和學習的多樣性需求。b)場景管理:系統(tǒng)應提供場景庫，用于組織和管理各種數(shù)字化模擬場景，以便用戶方便地訪問和使用。c)場景模擬:系統(tǒng)的場景模擬應具備互動性，以便用戶可以參與和操作場景，模擬真實情況下的決策和行動。d)場景驗證:在場景模擬過程中，系統(tǒng)應能夠驗證場景數(shù)據(jù)的真實性、完整性和可用性，確保模擬的準確性。e)場景元數(shù)據(jù):系統(tǒng)應能夠收集和管理數(shù)字化模擬場景的元數(shù)據(jù)，包括場景描述、關鍵事件、參與者信息等。5.2VR訓練功能要求系統(tǒng)具備提供虛擬現(xiàn)實（VR）訓練功能，允許核電廠員工在虛擬環(huán)境中參與模擬場景并進行培訓。a)虛擬設備支持:系統(tǒng)應支持各種VR頭顯、控制器和設備，以確保用戶能夠適應不同的虛擬環(huán)境。5T/CEPPCXXXX—XXXXb)互動性:VR訓練應允許用戶與虛擬環(huán)境互動，模擬實際操作，以提高實際操作技能。c)模擬真實性:VR模擬應能夠模擬真實核電廠環(huán)境的外觀和行為，包括設備、控制臺、儀表、聲音等。d)數(shù)據(jù)收集和分析:系統(tǒng)應能夠收集用戶在VR訓練中的數(shù)據(jù)，以便后續(xù)分析和改進培訓。e)虛擬培訓教學:提供虛擬培訓教學，以引導用戶在VR環(huán)境中學習和練習相關技能和知識。f)進度跟蹤:跟蹤用戶在虛擬培訓中的進度和成績，以便為個體用戶提供反饋和改進建議。g)用戶界面:提供易于使用的虛擬界面，以便用戶能夠導航、選擇和參與虛擬培訓。h)安全性:系統(tǒng)應確保VR訓練的安全性，包括數(shù)據(jù)和用戶隱私的保護。5.3培訓考核功能要求系統(tǒng)提供了防異物知識培訓和考核功能，以確保核電廠員工具備必要的知識和技能，有效應對異物事件。a)培訓內容:系統(tǒng)應包括全面的防異物知識培訓內容，涵蓋異物的定義、分類、風險、預防和應對策略等。b)多媒體教材:提供多媒體教材，包括文本、圖像、視頻等，以增強培訓材料的吸引力和可理解性。c)學習路徑:提供用戶個性化的學習路徑，根據(jù)其需求和水平調整培訓內容和難度。d)進度追蹤:系統(tǒng)應跟蹤用戶在培訓中的進度，以確保他們完成了必要的學習內容。e)考核和評估:提供定期的考核和評估，以測試用戶對防異物知識的掌握程度。f)成績報告:生成個體用戶的成績報告，以便用戶和管理層監(jiān)督學習進展和成績。g)知識庫:建立一個知識庫，允許用戶隨時查閱相關防異物知識和培訓材料。h)隨時可用:用戶可以隨時訪問培訓內容，以滿足不同時間和地點的學習需求。5.4管理系統(tǒng)功能要求系統(tǒng)為核電廠培訓部門人員及管理人員提供后臺管理界面，以支持管理人員有效地管理、監(jiān)控和維護核電廠防異物數(shù)字化系統(tǒng)，以保持系統(tǒng)的高效運行并確保數(shù)據(jù)的安全性。a)用戶管理:后臺管理應允許管理員管理用戶賬戶，包括創(chuàng)建、修改、禁用和刪除用戶賬戶。b)角色和權限:定義和管理用戶角色和權限，以控制不同用戶對系統(tǒng)功能的訪問權限。c)內容管理:后臺管理應提供工具，以便管理員能夠管理培訓材料、模擬場景和考核內容。d)數(shù)據(jù)監(jiān)控:實時監(jiān)控系統(tǒng)的性能和數(shù)據(jù)流，以確保系統(tǒng)正常運行。e)報告和分析:生成各種報告和分析，以匯總用戶進展、成績和系統(tǒng)使用情況的數(shù)據(jù)。f)安全性管理:確保系統(tǒng)的安全性，包括數(shù)據(jù)保護、用戶隱私和訪問控制。g)系統(tǒng)配置:允許管理員配置系統(tǒng)設置，包括數(shù)據(jù)存儲、備份策略等。h)日志記錄:記錄系統(tǒng)的活動和事件，以便審計和故障排除。i)系統(tǒng)備份:提供數(shù)據(jù)備份和還原功能，以確保數(shù)據(jù)的安全和可恢復性。6核電廠防異物數(shù)字博物館系統(tǒng)平臺設計6.1系統(tǒng)平臺內容核電廠防異物數(shù)字博物館系統(tǒng)應根據(jù)不同服務對象和不同需求，建立相應的服務平臺，主要包括：a)基于核電廠真實場景和操作流程構建的面向核電廠員工進行異物事件回顧的虛擬場景可視化平臺。以三維動態(tài)的形式全真模擬逼真的現(xiàn)場環(huán)境，各類模型。使核電廠員工能夠直觀地瀏覽體驗典型安全事故實現(xiàn)核電廠防異物工作場景、各類設施、工器具、異物模型。b)基于可視化場景建設的面向核電廠員工的VR實操培訓平臺；異物預防專題片瀏覽：針對所制作的不同類型的防異物專題片、訓練場景動畫提供觀看播放功能。采用VR引擎、VR設備等先進技術，集成核電異物產(chǎn)生的虛擬訓練場景。提供真實的、零風險操作流程體驗，提高操作人員的技能熟悉度，有效降低因技能不熟練導致的操作失誤。6T/CEPPCXXXX—XXXXc)基于核電廠防異物管理要求和知識點建設的防異物知識培訓考核平臺。提供考核標準設置、考題題庫配置、考卷編輯管理、考核數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等功能。輔助核電異物預防教育工作知識培訓、業(yè)務考核、素質提升的完整閉環(huán)和質量提升。6.2系統(tǒng)平臺設計結合系統(tǒng)整體需求目標以及預期實現(xiàn)成果要求，本標準設計一款結合虛擬現(xiàn)實設備和軟件平臺的核電廠數(shù)字博物館系統(tǒng)設計架構，通過創(chuàng)新的體驗方式提升核電站異物事件預防指導教育的綜合體驗感，讓作業(yè)施工人員、培訓指導人員可以更高效更生動地理解培訓內容和目標，從而實現(xiàn)高質量指導宣傳、有效提升異物預防意識并進行推廣應用的目的。圖1核電廠防異物數(shù)字博物館系統(tǒng)架構6.2.1異物數(shù)字博物館展示平臺核電廠對異物的定義是指在系統(tǒng)、設備自身以外的，進入、遺留或存在于系統(tǒng)設備中可對系統(tǒng)設備運行和性能造成不利影響的所有物項。如工作過程中的切割碎片和碎屑、焊渣；水中的懸浮物、可溶性雜質、微生物。異物發(fā)生的背景和原因各不相同，種類多樣。通過對近30年來的異物事件進行梳理、分析，探究這些事件發(fā)生的主要原因、異物產(chǎn)生場景、過程等進行梳理和總結，運用VR虛擬現(xiàn)實技術和精細的核電廠異物和相關機組建模，打造存在與網(wǎng)絡世界的虛擬核電廠。電廠員工可以在虛擬核電廠中沉浸式學習、觀察異物模型，學習異物事件，來達到核電廠7T/CEPPCXXXX—XXXX防異物學習的效果。并利用虛擬三維仿真模型制作以反應堆廠房換料水池、燃料廠房水池、汽輪發(fā)電機組、容器管道內、閥門/管道、泵類、坑內、土建工作場景等八大異物場景為背景的30部3D核電廠防異物專題片，進一步加強工作人員對防異物工作的認識，提高核電廠人員的防異物意識。6.2.2VR訓練平臺核電防異物數(shù)字博物館VR訓練平臺通過三維場景展示、虛擬設備交互展示，通過頭戴目鏡、手柄及動補手套進行交互式操作體驗。旨在加強員工對異物的辨別能力及常規(guī)操作的安全性意識，減少異物對核電運行的影響。VR訓練平臺通過對核電運行和運維過程中重要的操作進行仿真展示，既包括對真實場景、設備設施、工具零件等目標實體模型的可視化，也包括操作過程中的標準化流程的模型化展示，還包括動作序列模型的仿真和感知，利用場景模型和設備模型庫，可快速調整場景和設備布局，并生成仿真場景，支持VR式的浸入式體驗訪問，實現(xiàn)對多種操作的VR培訓和考核。6.2.3考核管理系統(tǒng)核電廠防異物數(shù)字博物館考核管理系統(tǒng)是一個綜合性的培訓考核管理平臺，集成了題庫訓練、在線考試、標準導則學習、專題片查看等模塊，做到“教”、“練”、“考”一平臺，輔以VR模擬實操訓練全面提高核電廠員工防異物意識。系統(tǒng)為核電廠員工提供了選擇題、判斷題、多選題等多種防異物試題進行訓練，在各個核電廠大修前都可以為員工提供豐富的防異物題目來訓練，加強員工掌握防異物知識。管理員也可通過核電廠防異物數(shù)字博物館考核系統(tǒng)后臺在不同時間段設置不同的防異物理論考試，在通過考試后，方可有資格進行大修工作。添加了防異物導則和防異物工具相關內容，幫助員工學習最新的防異物導則內容，掌握最新的防異物工具使用方法。核電廠防異物數(shù)字博物館考核系統(tǒng)采用了典型的考核模式，從學習、試題、考核標準定制、考核完成了學習和培訓考核的業(yè)務閉環(huán)，意在提高員工的防異物意識、避免事故的發(fā)生。7硬件設備配置核電廠防異物數(shù)字博物館系統(tǒng)硬件設施主要包括服務器、終端、網(wǎng)絡、存儲及其他配套設備。7.1服務器系統(tǒng)中每個獨立任務應有相應的服務器來承擔處理任務。服務器在信息系統(tǒng)中的重要性不同，可以分成主服務器和輔助服務器兩類。主服務器主要承擔信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲和管理以及應用系統(tǒng)的運行，主服務器的選配必須充分考慮系統(tǒng)性、安全性和高性能。輔助服務器包括輔助應用服務器、網(wǎng)絡管理服務器、文件服務器等，承擔系統(tǒng)中非核心功能的處理任務。核電廠防異物數(shù)字博物館系統(tǒng)配備服務器的數(shù)量，應取決于系統(tǒng)的實際功能，根據(jù)財力、數(shù)據(jù)規(guī)模、用戶數(shù)量及其訪問量等，合理選定。7.2終端設備終端設備主要包括VR便攜式訓練裝置、VR固定式設備、計算機等。系統(tǒng)開展各項業(yè)務必須依托這些設備，通過終端訪問網(wǎng)絡應用系統(tǒng)，完成信息處理工作。a)便攜式訓練裝置：裝置集成到訓練箱中，可用于在不同場地靈活的進行防異物管理素養(yǎng)訓練，通過攝像頭和典型案例，對人員防異物關注點訓練行為進行捕捉，并通過視頻還原，現(xiàn)場糾正，實現(xiàn)