编者按：

面对核电安全级机柜严苛的抗震、冲击与吊装验证，如果每次设计变更后不必推倒重来、不必苦等三周，仿真工程师与结构设计师能省下多少不眠之夜？

本期“我身边的仿真故事”专栏，带来了北京广利核系统工程有限公司姜智锐团队研发的核电机柜智能力学仿真平台。让我们一同走入本期案例，看数智化仿真如何打破设计与仿真之间的岗位壁垒，大幅度降低仿真门槛，为高端核电装备自主可控注入数字化底气。

摘要

传统核电安全级机柜力学仿真全流程依赖人工操作，存在建模繁琐、迭代周期长等痛点，制约核电仪控装备研发效率。我们的故事主要讲述团队搭建四层架构核电机柜智能力学仿真平台的攻坚过程；平台依托软件二次开发与智能算法实现全流程自动化，将单台机柜完整仿真周期由三周压缩至5天，综合效率提升超60%，为高端核电装备自主可控数字化研发提供实践参考；后续将融合AI算法进一步实现结构自动寻优，持续赋能制造业数字化转型。

关键词

核电仪控；机柜力学仿真；数智化平台；ANSYS二次开发；抗震验证

一、初遇仿真：堆满人工表格的漫漫长夜

我与核电仿真的缘分，始于2009年刚加入广利核结构团队的第一年。彼时我负责红沿河机组安全级机柜力学验证，核电仪控机柜是核电站运行的“神经中枢”，直接承担反应堆监测、安全保护与紧急停堆关键功能，必须通过抗震、冲击、振动、吊装等多项核级严苛考核，仿真分析是设计定型前重要的前置设计验证手段。

在行业数智化尚未普及的年代，一套完整机柜力学仿真全流程全靠人工操作。拿到三维模型，板壳先要手动清理成千上万处小孔、倒角等无效几何；螺栓、焊缝连接需要逐一建立梁单元模型；抗震、吊装等工况载荷、反应谱参数全靠人工录入；网格划分、求解提交、应力提取、规范比对、报告撰写全部由手工完成。一台标准核电安全级机柜完整仿真周期整整三周，稍有模型变更，所有前处理工作就要推倒重来。

我至今记得无数个加班夜晚：结构设计师忙着出方案优化，仿真工程师跟着调整模型，将几十页应力数据表反复对照《GB50267核电厂抗震设计规范》判定是否合格；新人即便系统修读过弹性力学、塑性力学、振动力学等全套专业理论，若无2年以上现场实操积累，也无法独立完成符合核级规范的完整仿真分析。整个设计、仿真两拨人经常因为周期节点反复协调，人工经验高度依赖、建模简化失真、迭代成本居高不下，是我们日复一日面对的行业痛点。也正是在这种纯人工、重经验、慢迭代的研发模式下，我扎根核电装备仿真一线，沉淀了整整十余年工程实战经验，让我深刻体会到传统核电研发模式的瓶颈：仿真门槛高、新人成长周期长、设计迭代效率低。普通工程师只能被动等待仿真结果，数字化、智能化赋能核电一线设计，在当时看来遥不可及。

二、攻坚破局：搭建智能力学仿真平台

2023年初，在智能化技术快速发展的大背景下，我们组建攻关小组，目标只有一个：打造一套适配核电仪控复杂装配体的智能力学仿真方案，把人工重复工作交给程序，打通“设计-仿真-校验-优化”数智化闭环，降低仿真工具的应用门槛，将仿真工作交给结构工程师。

摆在我们面前最大的难题，是核电机柜结构极度复杂，上百个零件、海量螺栓焊缝装配，传统参数化仿真工具只适用于简单标准化零件，无法适配多变机柜结构。我们跳出固有思路，确定GUI操作、API封装+规则智能算法双路线：把工程师常年积累的建模、连接、加载经验转化为标准化程序规则，通过空间哈希算法、包围盒等多种智能算法，让软件智能识别几何特征，智能简化模型。

那段日子，我们白天对接机柜设计需求，拆解几何清理、网格划分、螺栓焊缝智能连接、工况加载、后处理判定等模块；晚上扎根ANSYS ACT二次开发，编写批处理脚本、XML参数配置模板，调试远程计算调度接口。为了完善智能连接处理规则，我们拆解上百款机柜螺栓、焊接结构，把垫圈、螺柱、接触面的模拟逻辑固化进算法库；为贴合核电安全级设计规范，逐条录入抗震反应谱、应力限值、评定标准，搭建材料库、工况模板库、报告模板库等知识库。

最磨人的是平台四层架构联调阶段。工具层Creo与ANSYS跨软件数据频繁中断，过程层智能简化算法识别细小结构时常出错，应用层工况一键加载功能反复失效。我们团队分工蹲守各个模块，一遍又一遍迭代脚本，测试几十版机柜模型修正算法逻辑。有一次加班到深夜，程序终于实现完整自动化流程：导入机柜三维模型后，系统自动清理几何、批量生成螺栓焊缝连接、一键载入地震载荷、求解完成自动提取应力云图，对照规范判定合格与否，最后输出标准化核电机柜抗震等仿真报告。屏幕跳出完整报告文档那一刻，我们几个人盯着界面久久没有说话——曾经三周的工作量，如今五天就能全部完成，效率提升超60%。

核电机柜智能仿真设计平台

三、日常蜕变：仿真走进每个设计师的工位

平台落地上线那天，我才真正读懂：仿真从来不是少数专家的专属技能，它正在悄悄改变我们每一个人的工作方式。

如今打开三维软件，顶部栏多了一块“智能力学仿真”专属菜单，普通结构设计师简单培训后，就能自主发起仿真分析，不用再排队等待仿真工程师。设计师调整机柜板材厚度、更改支架布局后，直接一键提交仿真任务，计算服务器后台自动调度算力，下班提交任务，次日一早就能拿到完整应力报告与优化建议，设计迭代不再受仿真周期制约。

上个月某华龙一号机柜轻量化优化项目，依托我们的智能仿真平台，设计团队一周连续迭代三版结构。放在以前，三版仿真至少两个月，通过仿真数据精准削减机柜自重，同时保证抗震模态、应力指标全部满足核安全级标准，真正实现轻量化与高可靠兼顾。

平台内置的仿真知识库，更是把团队十几年沉淀的工程经验永久留存。从前资深专家退休、调岗，多年积累的仿真判定经验容易流失；现在所有材料参数、抗震工况、判定准则全部入库，新人打开平台就能直接复用成熟规范，仿真门槛大幅降低，如今系统自动对比RCCM、ASME、国标多重规范，输出量化对比表格，结果客观统一，彻底规避人工判断误差。

我亲眼看见仿真改变了团队协作模式：从前设计、仿真岗位壁垒分明，现在设计师主动用仿真前置预判结构缺陷，不用等到样机试制才发现抗震失效，大幅减少样机返工、试验成本；仿真不再是项目收尾的验证环节，而是嵌入设计全流程的决策工具，每一次结构修改，都有虚拟仿真数据作为支撑。

四、放眼远方：不止核电，仿真的广阔天地

这套核电仪控智能力学仿真方案，已经应用在核级机柜、盘台、机箱、模块全品类核电设备，也适合复杂装配结构、严苛力学环境下的产品研发，都能复用这套“智能前处理+标准化知识库+自动化报告”仿真思路。

回望这段与仿真相伴的日子，我的认知发生了彻底转变。从前我以为仿真是枯燥的有限元计算、冰冷的应力云图；如今明白，仿真的内核是用数字化复刻现实，用虚拟试验规避真实风险，用智能化沉淀工程智慧。它藏在设计师每一次结构优化决策里，藏在核电设备安全保障的底线中，藏在制造业数字化转型的每一步实践里。它是沉淀传承的工程经验，是国产核电装备自主可控的数字化底气。

未来我们还会持续迭代仿真平台，融入更多AI智能优化算法，实现结构自动寻优、多工况并行计算，让仿真更轻量化、更智能化。

作者简介PROFILE

姜智锐

1980年生，男，北京航空航天大学硕士，正高级工程师，现任北京广利核系统工程有限公司技术中心副总工程师，十八载深耕核电数字化仪控与高端工控装备研发，多次获省部级行业科技奖项，累计获得25项专利，发表15余篇文章。

E-mail: jzhirui@163.com

《万物仿真》立足亚洲仿真联盟，聚焦仿真与产业，设立三个专栏。“我身边的仿真故事”期待你的温度与共鸣，“优秀仿真案例”期盼你分享深刻的探索与实践。“专家视角” 则期待你引领仿真未来的真知灼见。