دور الصيانة الافتراضية التي تقودها منظمة العفو الدولية في مجال موثوقية المفاعلات

AI-Driven Predictive maintenance as a Strategic Imperative for CANDU Reactors

وقد أدى الاندفاع العالمي في مجال الكهرباء الخالية من الكربون إلى توليد الطاقة النووية في مقدمة توليد حمولة أساسية موثوق بها، ومن بين تكنولوجيات المفاعلات، فإن تصميمات الطاقة الكثيفة التي تُستخدم في إطار نظام " كوندا ديوتيروم " قد أظهرت قدرة كبيرة على التكيف مع هذه العوامل، وهي عوامل تؤدي الآن إلى زيادة القدرة على التحمل، وإلى زيادة القدرة على التكيف فيما بين الأساطيل في كندا وكوريا الجنوبية والأرجنتين ورومانيا والصين والهند، وليس من مؤشرات التقريب بين هذه الوحدات.

وتخضع محطات الطاقة النووية للرقابة التنظيمية الصارمة، حيث يُحتمل أن يُحدث أي إغلاق غير مخطط له استقرار الشبكة وخسائر في الإيرادات للملايين في اليوم، وبالنسبة لمفاعلات الاتحاد التي يمكنها أن تُزود بالوقود أثناء العمل على الإنترنت، فإن التخطيط للنفقة أمر بالغ الأهمية لتعظيم عوامل القدرة، فالالصيانة المتوقعة التي تقودها الوكالة الدولية للطاقة الذرية تحول البيانات المستشعرة إلى أفكار عملية، مما يمكِّن المشغلين من الانتقال من جداول زمنية مُحدَّدة من التدخلات القائمة على أساس التقوية، ويُحدِّد من الصيانة غير الضرورية، ويُ من عنصر السلامة،

مؤسسات الصيانة الافتراضية في البيئات النووية

وتستخدم الصيانة الافتراضية تحليلات محركة البيانات للتنبؤ بتدهور المعدات قبل الفشل الوظيفي بوقت طويل، وفي التطبيقات النووية، يجب أن يتنافس النهج مع التعقيدات التي تنفرد بها عمليات المفاعلات، وفي وحدة من وحدات الأشعة دون الديزونية، تُصف مجاري البيانات المستشعرة التدفق النيوترون، والضغط المبرد في الماء الثقيل، ودرجة الحرارة، والهجرة من الأنابيب الضغطية، وأنماط اليقظة من نماذج التناوب، والهيكل الأساسية المضغوطة.

وتستند أسس هذه القدرة إلى ثلاث دعائم: الاستشعار العالي الاستبانة، والتكامل الآمن للبيانات، والتعلم الآلي المزود بالمعلومات الفيزيائية، ويجب أن يُصمم كل ركيزة لتلبية معايير السلامة الدقيقة وأمن الفضاء الحاسوبي والموثوقية للصناعة النووية.

بنية تحتية الاستشعار وإدماج البيانات

(ب) إن محطة حديثة من محطات التزود بالأشعة تحت الحمراء مجهزة على نطاق واسع بأجهزة الإرسال، وأجهزة الإرسال بالضغط، وأجهزة قياس التدفق، ومواصفات التسارع، وأجهزة الكشف عن النباتات، ونظم التحكم، وتمتد الصيانة الجاهزة من هذا الخط بإضافة عينات مستمرة من الأنابيب عالية الشكل على الأصول الحرجة، وعلى سبيل المثال، فإن أجهزة التحلل الضوئي والكشف عن أجهزة الاستنشاق الحرارية تُع

وبالإضافة إلى إضافة أجهزة الاستشعار، يشمل تكامل البيانات التنظيف، ومواءمة المصابيح الزمنية، ودمج مصادر البيانات المتباينة، مثلا، يجب أن يكون قياس سميك الأنبوب الضغط مرتبطا بتاريخ طاقة المفاعل وكيمياء التبريد وقت القياس، وتستخدم خطوط الأنابيب الحديثة للبيانات هياكل المضغوطة على الشاشة، ومنابر تسيل مثل أباتشيخ كافكا لمعالجة نماذج أحواض البيانات المتولدة سنويا.

تجمعات التعلم في مجال الشذوذ من أجل كشف الشذوذ وعلم النبات

ولا يكفي أي خوارزمية واحدة لتنوع أساليب التحلل في مفاعل تابع للوحدة، وتستخدم نظم الإنتاج مجموعة من النماذج، كما أن أجهزة الكشف عن الشذوذ، وأجهزة التوليد ذات الطراز الواحد، وأجهزة العزلة، تحدد الانحرافات عن أنماط التشغيل العادية دون الحاجة إلى مجموعات كبيرة من بيانات الفشل.

ويشمل النهج التجميعي أيضا أساليب إحصائية تقليدية مثل اكتشاف نقطة التغيير في بايزيا من أجل التباطؤ (مثل التغيرات في معدلات الزاحف) وتقديرات متعددة الأطراف من الدولة لكشف أخطاء أجهزة الاستشعار، وتسير هذه الأساليب إلى جانب نماذج التعلم العميقة، وتوفر التكرار والتفسير، وتتم إعادة التدريب بصورة دورية، وغالبا بعد انقطاعات كبيرة أو عندما تصبح بيانات التفتيش الجديدة متاحة، لالتقاط التغيرات في الممتلكات المادية أو ظروف التشغيل.

التطبيقات المستهدفة عبر نظم الكاندو

ويطرح تصميم وحدة مكافحة المخدرات مجموعة متميزة من التحديات المتعلقة بالنفقة: قنوات الوقود الأفقي، وإعادة الإمداد بالوقود، ونظام كبير للنقل الحراري مع مئات القنوات الفردية للوقود، وتركز الصيانة الافتراضية على الأصول التي لديها آليات سليمة التصنيع للتحلل، وتأثير كبير على المسافات.

الضغـط التـيـبـيـة ونـزاهة قناة الوقود

ومن شأن أنبوب الضغط أن تكون أكثر العناصر دقة في أي برنامج من برامج إطفاء الحياة في اتحاد CANDU، وتضع أرباع الوقود ومبردات المياه الثقيلة في درجة الحرارة العالية والضغط، وتخضع لتوقعات مسببة للتشريد، وتراجع معدلات الاختلال في نماذج الترميز، وتعطل قياس هامش الخدمة بنسبة 5 في المائة من نماذج التأجيلات القياسية.

وتتم مراقبة الأنابيب المخففة بسبب التآكل المشبع بالتدفقات عن طريق المسح الفوق الصوتي المنتظم، وتجمع النماذج الافتراضية بين الكيمياء المبردة، وتوزيع سرعة التدفق، والمواصفات المادية لرتب المغذيات حسب المخاطر والجدول الزمني للاستبدالات المستهدفة.

وشكل أشعة قنوات الوقود طريقة أخرى للتدهور الحرج، فخلال عقود، يسبب وزن أنبوب الوقود والضغط نسوراً يمكن أن يؤثر على عمليات إعادة الوقود والاقتصاد النيوترونات، حيث تستخدم النماذج الافتراضية تاريخ الإشعاع، وتدرج درجات الحرارة، والبيانات المادية لمعدلات النسر المتوقعة، وفي إحدى المحطات، تنبأت شبكة عصبية بأن ثلاث قنوات للوقود ستتجاوز الحد الأقصى في دورة التشغيل المقبلة، وأكدت عمليات التفتيش المبطية المحتملة لمنع التوقيف.

إدارة مولدات الطهي

وتعاني المولدات البخارية من تآكل الأنابيب، وتآكل الحرق في لوحات الدعم، وتفريغ الملابس في الحانات المضادة للاحترار، وتطبق الصيانة الافتراضية على الاتجاهات التخلفية في أجهزة التنظيف، وسجلات الكيمياء، ومواصفات التفتيش الجارية، وتربط شبكة المولدات الكهربائية القائمة على الاهتمام بالتحولات الصغيرة في معامل التنظيف الحراري الثابت مع التراكم الأمثل

وينطوي تطبيق ثان على التنبؤ بتسرب الأنابيب، إذ أنه بتحليل الإشارات التي كانت موجودة حالياً من عمليات التفتيش السابقة، تم تعلم نموذج شجرة مُحرَّر من التدرج لتصنيف تدهور الجدار الأنبوبي الذي سيتطور إلى شق عبر الجدران في فترة التفتيش التالية، وقد قلّل النموذج من الإيجابات الكاذبة بنسبة 50 في المائة مقارنة بأساليب العتبة التجريبية، مما سمح للمشغلين بتركيز القرارات على الأنابيب المهية المهددة حقاً.

ويتوقف أداء مولدات البخار أيضا على الكيمياء من الجانب الثانوي، كما أن نماذج الأشعة تحت الحمراء تحلل الاتجاهات في الهيدروجين، والأكسجين المذوب، وتركيزات الشوائب (مثل الصوديوم والكلوريد) من أجل تحقيق الإضافات الكيميائية على الوجه الأمثل، ومن خلال توقع ظروف التآكل قبل أسابيع، استهدفت جداول النظام ضربات أو تنظيف المواد الكيميائية، والحفاظ على كفاءة نقل الحرارة، والحد من مخاطر التآكل الحاد.

معدات النقل الرئيسية للطائرات ودائرة المواصلات

وتُعد مضخات التداول الرئيسية في نظام النقل الحرفي الأولي ودائرة الموصلات آلية تناوبية حرجة، وتُدرَج مطياف التذبذب، التي تحمل درجات حرارة، والتوقيعات الحالية على السيارات في نماذج مضبوطة متعددة الطوابق، تكشف عن سوء التصرف أو تدهور الوضع، ولأن مفاعل CANDU يمكن أن يواصل العمل بمضخة متدهورة عن طريق إعادة توزيع التدفقات، يولد نوافذ تمكن المشغلين من تخطيط التسرب

ويمكن أن يؤثر مبادلات الحرارة في نظام مُديري المناقشة على مراقبة التفاعل، حيث تستخدم النماذج الافتراضية الضغط المتباين والتدفق وبيانات درجة الحرارة لتقدير سميكة التآكل، وقد استخدمت إحدى المحطات نموذجاً للتراجع العشوائي في الغابات لتحديد التنظيف الكيميائي لمبادلات الحرارة في جهاز المُدير على الإنترنت، وتجنباً لتجاوز أربعة أيام كان من الممكن أن يكون مطلوباً للتنظيف الميكانيكي، وقد حقق النموذج نسبة 90 في المائة من الدقة في التنبؤ بأسعار الإغراقة، مما يسمح بتأجيل.

المنافع التشغيلية وتحسين السلامة

ويسفر التحول من الصيانة الاستباقية والدورية إلى استراتيجيات التنبؤات المزودة بالمعلومات عن المعلومات عن الانبعاثات عن زيادة الفوائد على امتداد دورة حياة النباتات.

القوات المسلحة في العاصمة

أما نظام الأمان النووي فيعتمد على نظام الدفاع المتعمق، ويضيف نظاماً استخباراتياً على خط المواجهة، إذ يشير إلى أن وجود تشوهات في نظم المياه الأساسية، أو مولدات الديزل الطارئة، أو نظم التبريد المغلق قبل أن يؤدي إلى حدوث فشل في اختبار المراقبة يسمح للمصنع بحل أوجه الضعف الكامنة بصورة استباقية، وفي سياق وحدة تحليل البيانات، فإن الكشف المبكر عن تردي الأنابيب يمثل أهمية بالغة لأن التمزق المفاجئ يمكن أن يعترض على حدوث حالات الضغط.

بالإضافة إلى فوائد السلامة المباشرة، فإن الصيانة المتوقعة تقلل من تواتر عمليات النقل غير المخطط لها، وقلة الرحلات المفاعلية تعني تقلب التقلبات الحرارية على حدود الضغط، وتوسيع نطاق الحياة المكوّنة، ووجد تحليل عام 2022 لمحطة متعددة الوحدات أن الصيانة التي تقودها شركة AI قللت من الرحلات غير المخططة بنسبة 30 في المائة على مدى ثلاث سنوات، مما أدى إلى خفض عدد عمليات الإبلاغ التنظيمية إلى حد كبير، وعزز الثقة العامة.

تخطيط الترميم والتجديد على النحو الأمثل

وتكلف عمليات إعادة الاستخدام المعتزمة للمفاعلات التابعة للوحدة ملايين الدولارات في اليوم في شكل إيرادات مفقودة، وتتحول الصيانة الافتراضية نطاق التجاوز من قائمة مرجعية متحفظة إلى مجموعة من برامج العمل المستهدفة، وبدلا من فتح جميع الموانع المتوقعة من المولدات الكهربائية لتفتيش كل أنبوب في كل مرحلة من مراحل الإنتاج، تستخدم فرق النبات تصنيفات لمخاطر التحلل الحراري لاختيار الأنابيب التي تنطوي على أعلى احتمال للنمو العي.

كما أن تخفيض مدة الخدمة من حيث الأداء البشري يقلل من احتمال حدوث خطأ بشري في أيام العمل التي ترتفع فيها الضغوط على الجدول الزمني، ويساعد الصيانة الافتراضية على تصميم المتأخرات المتراكمة من الصيانة عن طريق تحديد أولويات العناصر الحاسمة، وضمان تخصيص موارد محدودة من خارج الميزانية لأعلى المواد المخاطر، وأفادت إحدى المحطات بأن الجمع بين التنبؤات المتعلقة بالتنقيب عن الكحوليات مع التفتيش المزود بالخطر يقلل من عدد أوامر العمل المقررة في مراحل العمل بنسبة 15 في المائة، مع تحسين التغطية التفتيشية في نفس الوقت.

Overcoming Implementation Hurdles

وينطوي نشر الصيانة التنبؤية التي تقودها الوكالة في محطة تابعة للجنة على أكثر بكثير من تركيب البرامجيات، وهناك ثلاث تحديات تتطلب اهتماما خاصا.

Cybersecurity and Data Trust

والمفاعلات النووية هي هياكل أساسية حرجة، ومستشعرات النيتروز، مقرونة بمنابر التعلم الآلاتي، توسع سطح الهجوم، والحل الموحد هو هيكل مطبق: تجتاز بيانات التكنولوجيا التشغيلية بصورة غير مباشرة من خلال قواعد البيانات التي تحدد حالياً بيئة تحليلية منفصلة، بما يكفل عدم قدرة أي قيادة خارجية على الوصول إلى نظم تتعلق بالسلامة، كما أن نماذج السلامة في النظام الدولي لمراجعة الحسابات تتحلل بسرعة على أجهزة الاستشعار الفاسدة.

وبالإضافة إلى ذلك، يجب أن تُصعَّد بيئة التحليل نفسها، حيث تقوم محطات عديدة بنشر مجموعات محلية مجهزة بالهواء لأغراض التدريب النموذجي، مع تحويل النتائج المشفَّرة فقط إلى شبكة OT لعرضها، كما أن اختبار الاختراق لخط الأنابيب الكامل للبيانات شرط مسبق للموافقة التنظيمية، كما أن المرافق تقوم أيضاً بالكشف عن غير الشذوذ في مسارات البيانات نفسها، وعلم الحساسات العائمة أو التلاعب بها قبل أن تؤثر على النواتج النموذجية.

ألف - قبول تفسيري للمعارف الإدارية والتنظيمية

وتقتضي الجهات التنظيمية أن تكون قرارات الصيانة قابلة للإبطال وتجذر في الفهم المحدد، فالشبكات العصبية المبكرة هي صناديق سوداء وتلبي التشكيلات، وقد أدى ارتفاع أدوات التأمين الصناعي الموضح إلى حل هذه المسألة.

ولبناء المزيد من الثقة، تعتمد المرافق نشرا تدريجيا: أول نماذج جارية للمعارف النووية في ظل ظروف الظل (مراجعة فقط) إلى جانب الرصد القائم، ثم تزداد تدريجيا الاعتماد مع تزايد الثقة، ويولد هذا النهج أيضا قاعدة الأدلة اللازمة للموافقة التنظيمية، وقد نشرت اللجنة الكندية للسلامة النووية مشروع توجيهات بشأن استخدام المعلوماتية في التطبيقات النووية، مع التأكيد على الشفافية، والتثبت، والرقابة البشرية.

حجم البيانات والهياكل الأساسية الحاسوبية

ويمكن لوحدة واحدة من وحدات وحدة مكافحة المخدرات أن تولد بيانات تشغيلية في السنة، إذ أن نقل البيانات إلى مرافق السحاب المركزية غالبا ما يكون غير عملي بسبب تحديد النطاقات والقيود الأمنية، وبالتالي فإن الحلول الحاسوبية المتزايدة الانتشار، وتدير نماذج للوزن الخفيف مباشرة على البوابات الصناعية المتشددة قرب أجهزة الاستشعار، ولا تقدم سوى ملخصات غير عادية ونواتج نموذجية إلى منصة التحليل المركزي، مما يقلل من الضغوط والهيكل الزمني للزراعة.

وتصمم أجهزة الإدخال من أجل الحصول على درجة عالية من الموثوقية في ظل الظروف البيئية النووية، بما في ذلك التسامح الإشعاعي ونطاق درجات الحرارة الممتدة، وكثيرا ما تُجري نماذج كمية لخفض بصمة الذاكرة، باستخدام أطر مثل تينسورفللو ليت أو عملية تشغيل نكس، وتنشر بعض المحطات صفائف من البوابات قابلة للبرمجة في الميدان، وذلك لأغراض تحليل الأرصدة غير المتناسبة في الأجل الطويل على أساس الترددات السحابية.

دراسات التقدم المحرز في مجال الصناعة ودراسات الحالات الإفرادية

فالالصيانة الافتراضية ليست مفهوماً بعيد المنال بالنسبة لأسطول اتحاد الكاندو، بل هي تحقق النتائج الآن، وقد استثمرت شركة أونتاريو لتوليد الطاقة، وهي أكبر مشغلة في العالم في محطة رقمية مزدوجة لمحطات التغذية في دارلينغتون ومصانع بيكرينغ، حيث حلت مصانع الغليان عقوداً من التحلل في قنوات الوقود إلى معدات موازين الطائرة، وخرجت منها مؤخراً آلاف التوائم.

وثمة مثال آخر من محطة متعددة الوحدات تابعة للوحدة في كندا، شهدت تسربات من أنبوب المولدات البخارية المتكررة، وبعد نشر نظام رصد الصوتي مقترناً بمصنف من نوع المحركات، قفزت فترة الكشف عن الشقوق الأنبوبي من 18 ساعة (تستخدم التحليل التقليدي لأجهزة الاستشعار عن طريق التفجير) إلى أكثر من 200 ساعة حتى تهبط بسرعة آمنة وتعزل الوحدة المتضررة دون إجراءات الطوارئ.

وفي كوريا الجنوبية، قامت وحدات فولسونغ CANDU بتنفيذ رصد قائم على أساس آي لنظامها القائم على إدارة المواصلات، وتتبع شبكة عصبية متكررة تم تدريبها على عشر سنوات من بيانات تهوية المضخات المزودة بموجات معتدلة، وهي الآن تُحدث تدهورا بنسبة 95 في المائة قبل ثمانية أسابيع على الأقل من الفشل، ويُصدر النظام تلقائيا أوامر عمل في نظام إدارة الصيانة في المحطة، ويدمج دون هوادة في سير العمل الحالي.

وقد استخدمت محطة رومانية للوحدة الوطنية للإحصاء التعلم في مجال التعزيزات من أجل تحقيق الحد الأمثل لجدولها الزمني المقرر، وقد كلف وكيل الوكالة بأنشطة عمل متتابعة للتقليل إلى أدنى حد من المسار الحرج مع احترام القيود المفروضة على الموارد والسلامة، وتقلص الجدول الزمني الناتج عن ذلك مدة الإجازات لمدة خمسة أيام، ووفر 2.5 مليون دولار من تكاليف الطاقة البديلة، ويجري الآن تكييف النموذج مع محطات أخرى تابعة للوحدة في نفس الأسطول.

توجيهات المستقبل: إدارة الأسطول المستقل والسجلات الخاصة

ومع انتقال أسطول الاتحاد العالمي لجمعيات الصليب الأحمر والهلال الأحمر إلى مرحلة التشغيل الممتدة إلى ما بعد 60 عاما، فإن الصيانة المتوقعة ستصبح دعامة لا غنى عنها لإدارة الشيخوخة، وستعطي نماذج التعلم في مجال الآلات بيانات من الجيل القادم مثل قياسات الألياف الضوئية التي تجسد في احتواء ملموس وتوزع الاستشعار الصوتي على طول طول أطول أنبوب الضغط، وستتيح تقنيات التعلم في مجال النقل إمكانية وضع نموذج مدرَّب على تاريخ واحد من الوحدات الإضافية أن يكون متسارعا.

وسيعمل هذا المفاعل النموذجي الصغير، الذي سيعزز تكنولوجيا الاتحاد الكندي للمياه الثقيلة - مثل المفاهيم الكندية لمعدلات المياه العالية - على أن يُصمم من البداية مع مستشارين مستقلين في مجال الصيانة، وستتفاوض هذه النظم تلقائياً على جداول الصيانة مع مشغل الشبكة، وتُحدِّد على النحو الأمثل قيمة صحة الأصول وسوق الكهرباء، ويمكن أن تعيد المفاعلات المتقدمة تحديد عمليات المنشآت النووية: ليس كتسلسل تسلسل لعمليات التفتيش اليدوية، بل تُعدُّد باستمرار.

وثمة حدود مثيرة أخرى تتمثل في إدماج الصيانة المتوقعة مع التوأم الرقمي التي تشمل نماذج السلامة الهيكلية في الوقت الحقيقي، ويمكن لهذه التوأم، التي تستكمل بالتنبؤات المتعلقة بمؤشرات التنفيذ، أن تحاكي نتائج المكونات المهينة على هوامش سلامة المنشآت عموما، مما يمكّن المشغلين من اتخاذ قرارات مدروسة بشأن استمرار العمليات ضد اتخاذ إجراءات فورية، وتقوم مجموعة مالكي الاتحاد حاليا بتنسيق مشروع متعدد الجوانب لوضع إطار رقمي مشترك، يتوقع نشره في البداية(26).

خاتمة

فالعمليات التنبؤية التي تقوم بها منظمة العفو الدولية تتحول بسرعة من الفضول المختبري إلى قدرة تشغيلية أساسية لمفاعلات الشركة، حيث أن إنتاج أدوات الفيزياء المزودة بالمعلومات من خلال بيانات الاستشعار الكثيفة، يمكن للمشغلين الآن أن يتوقعوا أنبوب الضغط، وضغوط المولدات الكهربائية الدقيقة، وتدهور المضخات مع وجودة قبل عقد من الزمن، وتتجاوز النتائج تكاليف الصيانة الدنيا أو تقل فيها نوعية الأجهزة

وتتجاوز هذه الصناعة مرحلة إثبات مفهوم النشر على نطاق الأسطول، إذ أن جهود توحيد المعايير التي تبذلها مجموعة مالكي هذه المجموعة، إلى جانب التوجيه التنظيمي من الوكالة الدولية للطاقة الذرية والهيئات الوطنية، تؤدي إلى إيجاد نظام إيكولوجي يصبح فيه الموثوقية ذات القدرة العالية على التنفيذ المعيار وليس الاستثناء، حيث أن المشغلين الذين يواجهون الضغوط المزدوجة المتمثلة في توسيع نطاق حياة النباتات والتنافس مع مصادر الطاقة المتجددة المنخفضة التكلفة، فإن الصيانة المتوقعة توفر مسارا واضحا لنظم التحكم في المواد النووية تكون أكثر أمانا وأرخصا وأكثر موثوقية.