核工程中人工智能技术的应用展望

2022-09-11

1.核工程与人工智能

(1)核工程。

工程学中具有很多分支,而核工程便是其中一种,其主要分为核电、核医学以及核子材料学等,应属于原子核物理学的工程应用方面。通常情况下,核工程一般与一些国际性议题有关,例如核武器等。

(2)人工智能。

人工智能属于计算机科学,其主要研究包括语言识别,图像识别和专家系统等方面。自人工智能诞生以来,其应用领域越来越广泛,人工智能技术的理论与实际操作日益成熟。

2.核工程中人工智能技术的发展与应用

核工程中人工智能的应用主要分为八类,其中包括核电站设备的研究和开发,控制反应堆和运行自动化,运营和维修支援的系统,智能报警以及对其的显示,智能机器人和事故故障管理等系统以及系统的故障诊断等。近些年来,通过人类的不断研究,通过系统完全性的分析,人工智能技术在正确评估核电站概率和审视核电站等领域已经取得胜利,并以此为基点创造出了更多的专家系统。

然而这些是远远不够的,人类的探索仅仅只是冰山一角,核工程中人工智能技术仍需要我们不断进行发展、研究且完善。虽然人工智能技术通过了系统彻底的判辩,评估核电站概率多少和审视核电站等领域方面已经走向成功的趋势,并以此为基点创造出了许多的专家系统,但是这些专家系统进行正式的投入使用之前,仍需我们对其进行多次试验,当其在核电站或者全尺寸模拟机上运行良好时,才可以对其进行正式投入使用。

(1)故障诊断。

为保证核电站的平稳运行,避免发生事故停堆,一方面,我们需要在事故发生前做出准确预测,并对其进行正确诊断,为操作员对其进行挽救措施争取更多的时间;另一方面,如果能正确对事故进行准确预测,同时对事故可能发生的后果进行准确预判,进而提前通知操作员进行紧急停止操作,可以避免重大事故的发生,更可以帮助核电站的运行保障其正常运营效益,避免更多的经济损失。由此可见,事故发生前的故障预测及故障诊断尤为重要,不仅能够保障核电站的正常运行,更为核电站的经济效益做出了强有力的保障。

通过目前已发布资料来看,诊断故障方面的专家系统可分为两种,其一是用于核电站正常运行监测的工作,其二则是用于系统故障诊断以及核电站设备的监测工作。

对于第一类,用于核电站正常运行监测工作的专家系统,其大概包括五个专家系统,第一,对于核电站状态的监测,诊断以及动态规划管理组成的综合性专家系统;第二,核电站故障诊断和预测的辅助装置;第三,DISKET专家系统;第四,PERFEXS专家系统;第五,扰动分析专家系统。

这五种专家系统几种差异性的功效和性能如下:判断和管制核电站状态的检验动静筹备而组合形成的综合性专家系统的特殊性功效则是为核电站故障诊断进行监测,并对故障原因进行合理诊断,与此同时,向操作员提供纠正动作指令,从而确保核电站的正常运行;核电站故障诊断和预测的辅助装置主要作用于对堆芯损坏的变化过程进行计算,对核电站的故障进行准确诊断,并以此为根据向操作员推荐核电站恢复的操作过程;DISKET专家系统的作用是根据大量在线数据,对于核电站故障的原因和类别进行识别判断;PERFEXS专家系统可以在线监测核电站的性能,从热平衡的角度,对于核电站特性参数偏离参考值的过程进行合理探测,与此同时,根据探测结果诊断参数偏离参考值的原因;扰动分析性专家系统的主要作用包括关于扰动操作员对于核电站的运行影响进行了一定了解。

第二种用在系统故障诊断以及核电站配置的检验工作的专家系统的主干功效是测验判断汽轮发电机是否出现了问题,并测验是否出现晃动的部件,检查蒸汽发生器导热管是否出现破损,对主泵出现的故障进行正确诊断,监测和正确诊断吊兰筒体和控制棒等部件的振动,以及监测和正确诊断安注系统。根据我们的大量调查发现,检验和判断汽轮发电机是否出现问题,以及检查蒸汽发生器故障的专家系统是众多研制单位较为注重的。

(2)运行与维修支援系统。

在核电站的正常运行中,为了保证反应堆运行和维修质量,对于运行和维修支援系统的研究是刻不容缓的。运行和维修支援系统的出现,不仅可以提高反应堆运行和维修质量,也可以帮助进行裁减反应堆的运行和检修人员。运行和维修支援系统的主要依据为多年来核电站运行维修的专家对于核电站运行中出现故障的会诊经历和检查并修理核电站运营的技术,由此来开始编订程序,凭借于来来回回向前或者向后的推断,在核电站事故故障中寻找到故障的原因,由为何产生的故障和产生故障前的现象的因果关联为其开端来正确引导出应采用的修理过程中的措施以及改正举措,核电站运行和维修支援系统也由此而来。

在进行大量的调查研究之后,我们发现日本多个单位都在开始进行运行与维修支援的系统的研究和开发。对其开发的运行与维修支援的系统不仅能够对于异常情况进行检测,还可以对于故障排除进行操作。

(3)智能预警以及对其映现。

在核电站出现特殊情况下,经常显示出很多预警和相应的资料。为了响应正确的目标宗旨帮助操作员摆脱过量的资源,一些发达的国家仍然开发了智能预警以及对其映现出来的专家系统。

比如说,美国电力开发所研究的沸水堆停堆剖析器就是一种智能映现预警的原型机,它采用的是突发情况停堆系统内部的深化的信息,来分辨预警表现出来的是已有的非正常工作情况、非正常停堆和正常停堆。美国在最近几年还采取图示技术对于预警信号开展了综合性体现,它可以展现核反应堆非正常和正常的运营过程图,还可以制作绘图来体现核电站受损伤零件位置。

除此之外,法国研究成的报警清除系统,可以线上检验所展现的数据的平衡性、展现推选的实际操作过程、判断并会诊核电站出现问题的原由,该系统能够使所有的试验取得成绩。刚研制好的报警清除系统着手准备安装在电功率900MW的Bugey电站控制室中。

(4)智能机器人。

核电站的运营过程中的机器设备以及在核电站出现问题和问题故障处理解决后一些过程中使用的许多机器设备,都是存在放射性。这些存在放射性的设备将会对运行人员在操作放射性污染零件,检查以及维修的时候造成无法避免的辐射伤害。为了不让工作人员受到放射性物质的伤害,几位专家研发了核反应专用的人工智能以及远程工作系统。在此之中,人工智能对于出现故障后期检查与还原工作中有着无法取代的作用,除此之外它还能缩短核反应堆运行的截止时间,有很显著的环境和经济上的效果与利益。

对于人工智能的研制和制造,日本和美国做了充分的准备。其中,美国开发了一款能够和人一样移动的机器人,它可以从核反应设备中帮助操作员解脱出来。与此同时,美国相关部门正开始着手进行融资,并且与橡树岭实验研究所和四所大学一起研制了可行走的人工智能,核裂变反应堆上将会用到它们。1991年,日本通产省开发起来的核电站用的先进机器人进行了功能模拟的试验。此项研发的机器人具有推理结构,它不仅能够移动、工作,还能辨别声音,图示加速和回应音频的功效。这样的人工智能可以支援操控工作人员共同运营与维护援助核电站,并且能够协助一起对付各种特殊发生的情况。日本电子能开发所和动燃团在具有极强的放射性场所研制的具有辨别、试验、工作和修理故障能力的机器人设备,该设备能够通过声呐测远器来寻找障碍物,并且快速改正路线就可以躲避了障碍物。

(5)故障维修系统。

在核电站故障处理的领域里研究以及使用的人工智能的专家系统分为两种,一种是在应急期间操控室的操作人员核电站的支护设备;其二是在操控室外领导并且联合机构的援助设备。专家系统智能区分核电站的工作情况,可以处理包括多个故障的繁琐化突发状况,在美国印地安角开始突发演练期间做出了关联的功效测试。专家系统,以问答的方式操作。它可以区分核电站的突发操作的情况,还可以编辑某些突发行动的清单,联合起来作为突发机构采取措施的工作目标。在核反应堆安全评估专家系统中,运营中心操作人员评估修理诊断核电站的严重设备工作故障,可以向评审人员提供与重要安全事件有的诊断。比如说冷却剂丢失、堆芯损坏、或者其导热不完全充分等指标。专家系统将会由突发运营程序导则与热工水力的状况来判断会诊其状态。

3.总结

到现在为止,即使人工智能技巧的研制和制造在核工程方面已经占据了大部分,但许多商议还是会在对于系统事故故障的判断会诊、工作和修理等方面更加集中。现在核电站全方位表现计算机操控是个特别麻烦和繁琐的工作,因此在核电站操控运行和运营的领域中对于人工智能技术开发的进展并不是非常大,现如今有的几个专家系统大部分是属于在开环过程中制作。即使智能机器人修理检测核电设备以及在故障处理中能发挥非常大的作用,但是由于技术比较繁琐麻烦,目前也是处于试验的阶段,并没有进行大面积的应用实施。

对于研究核反应堆故障的诊断技能,噪帝试验是用来判断会诊核电站设备其中某一故障的凸显有力的技能器械,它能在早期诊断核反应堆40%的计划外停堆事故。它的干扰试验技能能够充分表现75%的故障停堆事件。若在核过程中引进判断会诊专家系统,那就一定能降低计划外的停堆次数。显然在运营以及维修援助的系统、运营自动化和核反应堆研制等专家系统的不断研究和取得成绩下,不久未来,必然能够提高核电站的安全性。

摘要：本文主要研究核工程中人工智能技术的发展与应用,第一对于核工程以及人工智能的定义进行了概述;第二,对于核工程中人工智能技术的发展与应用中的故障诊断、运营与维修援助的系统设备、智能预警以及对其的映现、处理事故故障和智能机器人进行了研究分析。

关键词：核工程,人工智能,反应堆,故障诊断