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12月21日，国家电力投资集团公司召开“核电关键设计软件包(COSINE)公开测试版发布大会”。& h2 ]: } F, d* a1 h* _
6 k( I( R* n& N5 w3 t5 @' D正在布局全球核电市场的中国核电企业，如果在出口自主品牌核电机组时安上国外“神经系统”会怎么样？答案是处处受限。这显然不是价格有多高昂的问题。用美国、法国的软件工具来设计中国出口的核电机组，这种配置无异于从一开始就被卡住脖子。
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核电软件的自主化是核电自主出口的必要条件。目前，美国、法国、俄罗斯等核电强国都拥有全套核电软件，中国的核电软件却长期依赖进口，制约核电技术及设备的创新与出口，成为几代核电人的隐痛。五年磨一剑，12月21日，中国首套具有完全自主知识产权的核电厂核设计与安全分析软件——COSINE公开测试版在京发布，标志着中国核电软件自主化工作取得关键性突破，中国核电技术实现了从“从知其然”到“知其所以然”的跨越。$ d2 z+ I9 ?, N! ?3 i
& z: O& y- O: ?5 B, Y$ t) O# d- v核电专业软件的研发并非简单编程，一旦计算工具出错，意味着后续核电站设计出的参数都是不可信的。按照惯例，国际上同类软件开发周期一般需要8-10年，必须有海量数据支撑、不断进行实验验证才具有说服力。核电软件开发有多难？开发周期又为何如此漫长？近日，国家能源核电软件重点实验室主任、国家电投集团中央研究院副院长、国家大型先进压水堆及高温气冷堆核电站科技重大专项“核电关键设计软件自主化技术研究”课题首席科学家杨燕华向澎湃新闻（www.thepaper.cn）讲述了COSINE核电软件开发背后的故事。: V7 N+ X9 T. J( @$ l
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COSINE软件公开测试版界面。% _4 u: l. o! T7 J* @1 A
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“1亿多人民币啊，就几张光盘！”
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0 d0 p0 ~1 N$ r- N7 c; n% |核电站所有部件在多大的功率、压力、温度下是能承受住的？很显然，在现实中，核电站不可能真的尝试功率、压力、温度达到极值下的承受力，只能通过工具来验证，这些工具被称作核电厂设计和安全分析的工具。杨燕华说，对核电软件从业者而言，核电站超设计基准事故，不能是因“计算工具错误”而引发，“这是绝对不可逾越的底线”。6 Y7 C* [8 s+ f* e& q. K
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中国核电软件的自主化历程起步并不晚，但出于种种原因，这场马拉松持续了数十年。从1987年大亚湾核电站引进法国软件，1998年秦山核电引进加拿大软件，到1999年田湾核电引进俄罗斯软件，再到2009年三门、海阳核电引进美国西屋软件，中国的核电软件长期受制于国外，成为一大软肋。 |' J4 A/ `5 D
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“这么多年来一直依赖国外，比如引进核电厂，就把对方的设计工具也买进来了。尽管引进后做了很多自主化的设计，包括硬件的自主化，但这部分核心技术还是用了别人的。从自主知识产权的完整性来看肯定是不完整的。核电要出口，没这块核心就很糟糕，风险很大。”杨燕华对澎湃新闻称。
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纵观全球，目前具备核电技术输出能力的国家，包括美国、俄罗斯、法国、日本、韩国、加拿大，各自都有一套成体系的核电软件包。但在中国，自主核电软件却是缺失的。/ G! J. _/ m3 O9 k
4 m, }4 _" p' U, N在COSINE公开测试版发布会上，国家核电副总经理、大型先进压水堆重大专项CAP1400总设计师郑明光表示，中国目前在运核电机组使用的软件大部分是从法国、美国引进，不仅代价高昂，很多关键领域还被“卡脖子”，比如说，核电燃料设计的关键公式，那可是美国公司的“命根子”，即便动辄上千万的价格买软件，这些“宝贝”也不会转让给我们。
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% f( p( Y+ |2 y7 E( A2 C据《科技日报》报道，中国从美国引进三代核电技术AP1000之初，技术受让方国家核电技术公司（下称国家核电）在与AP1000核心设备之一屏蔽主泵的供货商谈判相关软件源代码转让时，被对方开价1700万美金吓了一跳，“1亿多人民币啊，就几张光盘！”团队中两位国内顶尖软件工程师评价，“即使它已经摘掉了很多东西，但从搞软件的角度，我们还是希望买，因为它太有价值了；但我们张不了嘴，太贵了。”
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难以获得源代码、使用范围被严格限制，意味着核电自主创新受阻。上述报道称，这件事给时任国家核电董事长王炳华以极大刺激。此后在不同场合，他不止一次谈到中国核电技术的这一最大痛点：用于核电站研发和设计的所有平台、软件，都是国外的；用于验证这些设计技术的所有软件，也都是国外的。- S4 I% |0 f, g3 D& z
. ^2 |6 X7 d7 u+ G( k很长一段时间，在核电自主化优先序列上，软件并不占据优势，仅是开发一些程序作科研所用，因国内没有验证体系，故无法成为工程应用。“当时还有各种各样其它的自主化需求，即使使用程序的人或设计人员说这个事，它也得不到重视。尤其在过去国内整体上对软件的自主知识产权还不是很重视的情况下，大家认为软件就几张光盘，硬件才是真正的实力。”杨燕华对澎湃新闻（www.thepaper.cn）说，除了软件本身研发难度极大之外，若缺少国家体系支撑、没有国家意志推动，想要建立相应的法规体系和验证体系，进而开发出中国人自己的先进核电软件，依然困难重重。
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8 `" z$ K8 X7 t( T2 j. H; Q包括工信部信息化和软件服务业司软件产业处处长孙文龙也承认，在中国技术创新的早期，许多单位并不重视核电软件的开发工作。对此他曾感慨道：“短期内可能加快了产业的发展速度，但从长期看，产业的创新能力受到了限制，往往在一些关键环节增加了技术突破的难度，影响了持续创新和跨越发展的能力。”7 a4 U# e1 G. @# B. @, _ ^6 J
4 v ^( s; F/ ^从某种程度上而言，引进三代核电的过程，确实引发了国家层面对核电软件自主化的重视。2010年5月，国家核电成立了中国唯一一个专职核电软件开发机构——国核软件技术中心，启动COSINE研发计划，拉开了核电软件自主化工作的序幕。
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) D0 o, D1 f R, t1 a在当时的揭牌仪式上，王炳华说：“引进AP1000核电技术，我们获得了300多个软件，满足AP1000国产化的要求，但对国家核电而言不足以支持CAP1400和CAP1700技术的研发，如果我们用国外软件研发设计CAP1400和CAP1700，还能叫自主知识产权么？所以我们要卧薪尝胆，在国家支持下，计划用十年时间开发自主软件。”( e6 `0 \: \+ l' m
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2011年，国核软件中心获批建设“国家能源核电软件重点实验室”，成为中国核电行业目前唯一一个核电软件领域的国家级重点研发平台。7 h4 R; w( I! g/ B' N4 l
' H( f. E$ @/ M& y- l$ Z从零开始啃硬骨头
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核电软件究竟难在哪？在COSINE软件包发布会上，杨燕华用“严、难、专、长”来形容长期制约核电软件自主化的技术壁垒。9 P, t3 O3 [" O: M3 I
/ R: q7 u ] r$ J( [她解释，“严”就是需满足在所有安全生产领域最为严苛的核安全法规要求，对标的是国际公认最严的美国核管会（NRC）标准和国际原子能机构（IAEA）相关标准，具有“高可信”度；“难”体现在科学计算软件涉及面宽、专业面广，计算结果同时满足科学性（准确性）＋保守量（可靠性）要求，以确保“计算包容了所有不确定性”；“专”是指核电厂专用，通用类少；“长”则是对此项研发长周期、高投入的描述：根据国外大型核电软件研发经验，开发周期约需8－10年。
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“一个研究生也可以做一套软件，但做出来东西有没有错谁都不知道。所以法规上必须定义：你用怎么样的方式做我才承认？包括开发中对过程的大量限定及跟踪，用什么手段开发、选择怎样的模型、选择怎样的实验数据、通过什么评估、要多少团队参与、出多少报告等等，都要给出规定。”" M0 }$ b+ Q. x5 w
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杨燕华回忆称，过去中国并没有相关法规，所以第一件事就得根据国际上目前对核安全的最高要求，建立起核电软件的相关导则。有了导则才有章法，才能构建起核电软件开发、评审和工程应用的标准体系。0 [& p/ q. J$ Z5 q: U9 Z
! t( T7 E0 s$ c; v1 I( s7 L. P( |一切从零开始。“从每个代码到程序的设计、架构，我们从流程图开始画，每一个代码每一个语句都和别人没有一点相似的地方。”杨燕华说，由于核电软件对可靠性要求极高，许多国外软件一旦开发验证完就很少有大改动，“既然要做新的软件肯定要做最好，所以我们就不看别人的源代码，也不采取老套的方法，只是基于公认的方法论和数学模型，用最好的数学方式和最流行的计算机语言去开发，整个过程中没有任何知识产权问题。”
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采用了国际上通用的流程与方法论后，用来验证核电软件的数据从何而来？“90%的数据从国外来。要验证核电厂软件，靠一个国家的数据根本不可能。现在国内做了很多试验台架数据，但只是在别人成熟的软件基础上，针对核电厂改造导致的增量部分（做的试验）。这些改造在原来的设计里可能没有，原有程序没有验证过这部分数据，所以才要增加实验。但这远远不够。”
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, q; M! Q# w( W1 F; V4 w据杨燕华介绍，通过加入国际联合团队和购买数据，目前除个别涉及商业保密的数据外，团队基本已获得所有能够验证COSINE软件可靠性的数据。“有了数据，你才有条件证明你的软件是可靠的。拿到大量数据之后还需要大量的人力利用这些数据对软件进行计算，用来验证两者差距究竟有多大。我们要确定它的不确定度到底有多大，用于核电厂设计的值，必须是所有计算种，在可信范围里取最保守值。”$ h( N- l) z4 J+ E
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为了获得国际认可，COSINE软件团队的另一个方法是加入许多相关国际团队，利用每一次国际会议和公开场合，介绍COSINE软件究竟要做什么、开发进度、加入了哪些团队、拿到了什么数据，“如果是一个突然冒出来的名字，对方怎么敢用你的程序呢？”杨燕华称，“这种严格性也避免了知识产权问题，因为我一直告诉你我们是怎么做的，你不可能说我们在照着你的抄。”
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软件研发完成，只意味着软件自主化走完半程。根据法规要求，COSINE软件后续将积极推动工程应用评估，启动国家核安全监管部门的许可证申请，最终形成真正意义上的自主化核电软件品牌。杨燕华表示，工程应用评估就得持续两三年，从国际经验来看，许多国家核安全监管部门对核电软件的评审时间也要持续三年以上。
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按照国际惯例，COSINE软件还成立了用户组（COSINE User Group），共同开展COSINE的验证与确认。* a% x: _7 i' G5 t: `0 i4 K3 o
9 f% F, Z \& @! j- Z# C" F郑明光在发布会当天表示，中国自主创新的CAP1400工程设计和全部设计的校核，都将用上COSINE，未来中国完全自主中国核电品牌CAP1700，全部设计和验证都将用COSINE软件实现。
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% V$ k! `$ J z/ X# n中广核集团公司总工程师赵华在会上表示，在“华龙一号”的研制过程中，将要把COSINE软件融入进去，做初始条件和边界条件的设置，做一些局部模型的确定，做一些实验数据的进一步验证，要让COSINE软件随着“华龙一号”走向国际。 |
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发表于 2015-12-27 12:32:51
