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\: G& ]4 Q8 I9 i* H12月21日,,國家電力投資集團公司召開“核電關(guān)鍵設(shè)計軟件包(COSINE)公開測試版發(fā)布大會”,。" b+ Q7 i4 g7 e! K& u; U
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正在布局全球核電市場的中國核電企業(yè),如果在出口自主品牌核電機組時安上國外“神經(jīng)系統(tǒng)”會怎么樣,?答案是處處受限,。這顯然不是價格有多高昂的問題。用美國,、法國的軟件工具來設(shè)計中國出口的核電機組,,這種配置無異于從一開始就被卡住脖子,。! y4 [' J5 c% s' p/ u1 l
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核電軟件的自主化是核電自主出口的必要條件。目前,,美國,、法國,、俄羅斯等核電強國都擁有全套核電軟件,,中國的核電軟件卻長期依賴進口,制約核電技術(shù)及設(shè)備的創(chuàng)新與出口,,成為幾代核電人的隱痛,。五年磨一劍,12月21日,,中國首套具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的核電廠核設(shè)計與安全分析軟件——COSINE公開測試版在京發(fā)布,,標(biāo)志著中國核電軟件自主化工作取得關(guān)鍵性突破,,中國核電技術(shù)實現(xiàn)了從“從知其然”到“知其所以然”的跨越。& G: r8 D" W- R. W* O8 j7 X
: j* h0 D" [( `, z核電專業(yè)軟件的研發(fā)并非簡單編程,一旦計算工具出錯,,意味著后續(xù)核電站設(shè)計出的參數(shù)都是不可信的。按照慣例,,國際上同類軟件開發(fā)周期一般需要8-10年,,必須有海量數(shù)據(jù)支撐,、不斷進行實驗驗證才具有說服力,。核電軟件開發(fā)有多難,?開發(fā)周期又為何如此漫長,?近日,,國家能源核電軟件重點實驗室主任,、國家電投集團中央研究院副院長、國家大型先進壓水堆及高溫氣冷堆核電站科技重大專項“核電關(guān)鍵設(shè)計軟件自主化技術(shù)研究”課題首席科學(xué)家楊燕華向澎湃新聞(www.thepaper.cn)講述了COSINE核電軟件開發(fā)背后的故事,。5 p- }0 d% W4 @* Y3 a5 [: `
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: n2 C8 N* y* e, L8 CCOSINE軟件公開測試版界面。2 k9 X+ Q! v. O0 L) a z
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“1億多人民幣啊,,就幾張光盤,!”8 \2 q3 ~; u K( c4 Q9 X
) i3 F7 R- \- |( N' {+ ?核電站所有部件在多大的功率、壓力,、溫度下是能承受住的,?很顯然,在現(xiàn)實中,,核電站不可能真的嘗試功率,、壓力、溫度達到極值下的承受力,,只能通過工具來驗證,,這些工具被稱作核電廠設(shè)計和安全分析的工具。楊燕華說,,對核電軟件從業(yè)者而言,,核電站超設(shè)計基準(zhǔn)事故,不能是因“計算工具錯誤”而引發(fā),,“這是絕對不可逾越的底線”,。
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2 V- v! C% S& v% h6 s; Z中國核電軟件的自主化歷程起步并不晚,但出于種種原因,,這場馬拉松持續(xù)了數(shù)十年,。從1987年大亞灣核電站引進法國軟件,1998年秦山核電引進加拿大軟件,,到1999年田灣核電引進俄羅斯軟件,,再到2009年三門、海陽核電引進美國西屋軟件,,中國的核電軟件長期受制于國外,,成為一大軟肋,。
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& ^+ w: Y2 e9 ]1 @ j' T“這么多年來一直依賴國外,比如引進核電廠,,就把對方的設(shè)計工具也買進來了,。盡管引進后做了很多自主化的設(shè)計,包括硬件的自主化,,但這部分核心技術(shù)還是用了別人的,。從自主知識產(chǎn)權(quán)的完整性來看肯定是不完整的。核電要出口,,沒這塊核心就很糟糕,,風(fēng)險很大。”楊燕華對澎湃新聞稱,。
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7 s, S% j6 O8 j' a [縱觀全球,,目前具備核電技術(shù)輸出能力的國家,包括美國,、俄羅斯,、法國、日本,、韓國,、加拿大,各自都有一套成體系的核電軟件包,。但在中國,,自主核電軟件卻是缺失的。( X- a+ j2 z" O' @6 t* e- f/ ?- E# g
: P, }& ?4 ?: l. C. u) U: _在COSINE公開測試版發(fā)布會上,,國家核電副總經(jīng)理,、大型先進壓水堆重大專項CAP1400總設(shè)計師鄭明光表示,中國目前在運核電機組使用的軟件大部分是從法國,、美國引進,,不僅代價高昂,很多關(guān)鍵領(lǐng)域還被“卡脖子”,,比如說,核電燃料設(shè)計的關(guān)鍵公式,,那可是美國公司的“命根子”,,即便動輒上千萬的價格買軟件,這些“寶貝”也不會轉(zhuǎn)讓給我們,。+ |" T0 s3 N0 w9 a9 @
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據(jù)《科技日報》報道,,中國從美國引進三代核電技術(shù)AP1000之初,技術(shù)受讓方國家核電技術(shù)公司(下稱國家核電)在與AP1000核心設(shè)備之一屏蔽主泵的供貨商談判相關(guān)軟件源代碼轉(zhuǎn)讓時,,被對方開價1700萬美金嚇了一跳,,“1億多人民幣啊,,就幾張光盤!”團隊中兩位國內(nèi)頂尖軟件工程師評價,,“即使它已經(jīng)摘掉了很多東西,,但從搞軟件的角度,我們還是希望買,,因為它太有價值了,;但我們張不了嘴,太貴了,�,!�
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難以獲得源代碼、使用范圍被嚴格限制,,意味著核電自主創(chuàng)新受阻,。上述報道稱,這件事給時任國家核電董事長王炳華以極大刺激,。此后在不同場合,,他不止一次談到中國核電技術(shù)的這一最大痛點:用于核電站研發(fā)和設(shè)計的所有平臺、軟件,,都是國外的,;用于驗證這些設(shè)計技術(shù)的所有軟件,也都是國外的,。
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很長一段時間,,在核電自主化優(yōu)先序列上,軟件并不占據(jù)優(yōu)勢,,僅是開發(fā)一些程序作科研所用,,因國內(nèi)沒有驗證體系,故無法成為工程應(yīng)用,�,!爱�(dāng)時還有各種各樣其它的自主化需求,即使使用程序的人或設(shè)計人員說這個事,,它也得不到重視,。尤其在過去國內(nèi)整體上對軟件的自主知識產(chǎn)權(quán)還不是很重視的情況下,大家認為軟件就幾張光盤,,硬件才是真正的實力,。”楊燕華對澎湃新聞(www.thepaper.cn)說,,除了軟件本身研發(fā)難度極大之外,,若缺少國家體系支撐、沒有國家意志推動,想要建立相應(yīng)的法規(guī)體系和驗證體系,,進而開發(fā)出中國人自己的先進核電軟件,,依然困難重重。
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包括工信部信息化和軟件服務(wù)業(yè)司軟件產(chǎn)業(yè)處處長孫文龍也承認,,在中國技術(shù)創(chuàng)新的早期,,許多單位并不重視核電軟件的開發(fā)工作。對此他曾感慨道:“短期內(nèi)可能加快了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度,,但從長期看,,產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新能力受到了限制,往往在一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)增加了技術(shù)突破的難度,,影響了持續(xù)創(chuàng)新和跨越發(fā)展的能力,。”
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從某種程度上而言,,引進三代核電的過程,,確實引發(fā)了國家層面對核電軟件自主化的重視。2010年5月,,國家核電成立了中國唯一一個專職核電軟件開發(fā)機構(gòu)——國核軟件技術(shù)中心,,啟動COSINE研發(fā)計劃,拉開了核電軟件自主化工作的序幕,。
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在當(dāng)時的揭牌儀式上,,王炳華說:“引進AP1000核電技術(shù),我們獲得了300多個軟件,,滿足AP1000國產(chǎn)化的要求,,但對國家核電而言不足以支持CAP1400和CAP1700技術(shù)的研發(fā),如果我們用國外軟件研發(fā)設(shè)計CAP1400和CAP1700,,還能叫自主知識產(chǎn)權(quán)么,?所以我們要臥薪嘗膽,在國家支持下,,計劃用十年時間開發(fā)自主軟件,。”4 h5 u u) K( Z% i3 t* A2 ^8 b
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2011年,,國核軟件中心獲批建設(shè)“國家能源核電軟件重點實驗室”,,成為中國核電行業(yè)目前唯一一個核電軟件領(lǐng)域的國家級重點研發(fā)平臺。% j5 O6 A) p% d- I, R1 E: ~
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從零開始啃硬骨頭7 l/ l" o% A! b) q9 O r3 E
) K# h2 @8 I3 S3 d" {6 E- F核電軟件究竟難在哪,?在COSINE軟件包發(fā)布會上,,楊燕華用“嚴、難,、專、長”來形容長期制約核電軟件自主化的技術(shù)壁壘。
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/ ` P# a) |5 ^0 e7 m+ e她解釋,,“嚴”就是需滿足在所有安全生產(chǎn)領(lǐng)域最為嚴苛的核安全法規(guī)要求,,對標(biāo)的是國際公認最嚴的美國核管會(NRC)標(biāo)準(zhǔn)和國際原子能機構(gòu)(IAEA)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),具有“高可信”度,;“難”體現(xiàn)在科學(xué)計算軟件涉及面寬,、專業(yè)面廣,計算結(jié)果同時滿足科學(xué)性(準(zhǔn)確性)+保守量(可靠性)要求,,以確�,!坝嬎惆萘怂胁淮_定性”;“�,!笔侵负穗姀S專用,,通用類少;“長”則是對此項研發(fā)長周期,、高投入的描述:根據(jù)國外大型核電軟件研發(fā)經(jīng)驗,,開發(fā)周期約需8-10年。
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) m. B5 J* [" ~$ }& B“一個研究生也可以做一套軟件,,但做出來東西有沒有錯誰都不知道,。所以法規(guī)上必須定義:你用怎么樣的方式做我才承認?包括開發(fā)中對過程的大量限定及跟蹤,,用什么手段開發(fā),、選擇怎樣的模型、選擇怎樣的實驗數(shù)據(jù),、通過什么評估,、要多少團隊參與、出多少報告等等,,都要給出規(guī)定,。”
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楊燕華回憶稱,,過去中國并沒有相關(guān)法規(guī),,所以第一件事就得根據(jù)國際上目前對核安全的最高要求,建立起核電軟件的相關(guān)導(dǎo)則,。有了導(dǎo)則才有章法,,才能構(gòu)建起核電軟件開發(fā)、評審和工程應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)體系,。
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一切從零開始,。“從每個代碼到程序的設(shè)計,、架構(gòu),,我們從流程圖開始畫,,每一個代碼每一個語句都和別人沒有一點相似的地方�,!睏钛嗳A說,,由于核電軟件對可靠性要求極高,許多國外軟件一旦開發(fā)驗證完就很少有大改動,,“既然要做新的軟件肯定要做最好,,所以我們就不看別人的源代碼,也不采取老套的方法,,只是基于公認的方法論和數(shù)學(xué)模型,,用最好的數(shù)學(xué)方式和最流行的計算機語言去開發(fā),整個過程中沒有任何知識產(chǎn)權(quán)問題,�,!�
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0 A% [4 l& h* j采用了國際上通用的流程與方法論后,用來驗證核電軟件的數(shù)據(jù)從何而來,?“90%的數(shù)據(jù)從國外來,。要驗證核電廠軟件,靠一個國家的數(shù)據(jù)根本不可能�,,F(xiàn)在國內(nèi)做了很多試驗臺架數(shù)據(jù),,但只是在別人成熟的軟件基礎(chǔ)上,針對核電廠改造導(dǎo)致的增量部分(做的試驗),。這些改造在原來的設(shè)計里可能沒有,,原有程序沒有驗證過這部分數(shù)據(jù),所以才要增加實驗,。但這遠遠不夠,。”0 z7 e- U e+ A7 p
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據(jù)楊燕華介紹,,通過加入國際聯(lián)合團隊和購買數(shù)據(jù),,目前除個別涉及商業(yè)保密的數(shù)據(jù)外,團隊基本已獲得所有能夠驗證COSINE軟件可靠性的數(shù)據(jù),�,!坝辛藬�(shù)據(jù),你才有條件證明你的軟件是可靠的,。拿到大量數(shù)據(jù)之后還需要大量的人力利用這些數(shù)據(jù)對軟件進行計算,,用來驗證兩者差距究竟有多大。我們要確定它的不確定度到底有多大,,用于核電廠設(shè)計的值,,必須是所有計算種,在可信范圍里取最保守值,�,!�
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$ E- O1 R) O \& c! Q為了獲得國際認可,,COSINE軟件團隊的另一個方法是加入許多相關(guān)國際團隊,利用每一次國際會議和公開場合,,介紹COSINE軟件究竟要做什么,、開發(fā)進度、加入了哪些團隊,、拿到了什么數(shù)據(jù),“如果是一個突然冒出來的名字,,對方怎么敢用你的程序呢,?”楊燕華稱,“這種嚴格性也避免了知識產(chǎn)權(quán)問題,,因為我一直告訴你我們是怎么做的,,你不可能說我們在照著你的抄�,!�' R! U1 Y9 n/ ^( f0 R9 O, @
: z! f) f7 ?2 j& u軟件研發(fā)完成,,只意味著軟件自主化走完半程。根據(jù)法規(guī)要求,,COSINE軟件后續(xù)將積極推動工程應(yīng)用評估,,啟動國家核安全監(jiān)管部門的許可證申請,最終形成真正意義上的自主化核電軟件品牌,。楊燕華表示,,工程應(yīng)用評估就得持續(xù)兩三年,從國際經(jīng)驗來看,,許多國家核安全監(jiān)管部門對核電軟件的評審時間也要持續(xù)三年以上,。
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按照國際慣例,COSINE軟件還成立了用戶組(COSINE User Group),,共同開展COSINE的驗證與確認,。
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鄭明光在發(fā)布會當(dāng)天表示,中國自主創(chuàng)新的CAP1400工程設(shè)計和全部設(shè)計的校核,,都將用上COSINE,,未來中國完全自主中國核電品牌CAP1700,全部設(shè)計和驗證都將用COSINE軟件實現(xiàn),。( I4 R( \" Q% N, R( N. C
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中廣核集團公司總工程師趙華在會上表示,,在“華龍一號”的研制過程中,將要把COSINE軟件融入進去,,做初始條件和邊界條件的設(shè)置,,做一些局部模型的確定,做一些實驗數(shù)據(jù)的進一步驗證,,要讓COSINE軟件隨著“華龍一號”走向國際,。 |
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