ISO 18136-12025 自动化系统和集成 核数字生态系统 第1部分概述和框架标准立项发展报告

自动化系统和集成核数字生态系统第1部分：概述和框架标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Automationsystemsandintegration—Nucleardigitalecosystem—Part1:Overviewandframework摘要关键词：核数字生态系统；自动化系统集成；框架标准；数字化转型；互操作性；核工业标准化Keywords:nucleardigitalecosystem;automationsystemsintegration;frameworkstandard;digitaltransformation;interoperability;nuclearindustrystandardization一、引言1.1标准立项背景与意义核工业是典型的技术密集型和数据密集型行业。根据国际原子能机构（IAEA）的统计，全球在建核电机组超过60台，在运核电机组逾400台，每个核电机组在其60年左右的运行寿期内将产生PB量级的运行、维护、监测和安全数据。近年来，以人工智能、大数据、数字孪生、工业互联网为代表的新一代信息技术加速向核工业领域渗透，核工业数字化转型已从局部探索阶段迈入整体推进阶段。然而，核工业数字化的深入发展面临着一个根本性挑战——互操作性不足。不同核设施之间、不同供应商系统之间、不同国家和地区的监管体系之间，缺乏统一的数据模型、接口规范和架构框架。这种碎片化的数字化格局不仅导致数据价值难以充分释放，也在一定程度上制约了核安全水平的持续提升和行业整体运行效率的改善。1.2国内外标准化现状与差距分析在ISO18136-1:2025发布之前，核工业数字化领域的标准化工作主要存在以下缺口：-国际层面：IAEA虽发布了多项核安全导则和技术文件（如SSR-2/1《核电厂设计安全要求》、No.NR-T-1.1《核电厂仪表与控制系统》等），但并非以数字生态系统整体架构为对象的标准规范；IEC61513、IEC60880等标准侧重于核电厂仪控系统功能安全和软件要求，覆盖范围有限。-区域层面：欧盟开展了NUCLIKE等项目推动核设施数据共享，但尚未形成正式国际标准。-国家层面：部分核能国家（如美国、法国、中国）已制定了相关国家标准或行业规范，但在国际层面的协调统一程度不足。上述现状导致的一个核心问题是：核工业信息化系统之间存在严重的数据孤岛和语义鸿沟，跨系统数据交互成本高昂，全生命周期数据追溯链条不完整，制约了以数据驱动为核心的智慧核能发展模式的形成。ISO18136-1:2025正是在这一背景下应运而生的。1.3标准立项的必要性与紧迫性本标准的立项必要性体现在以下三个维度：首先，核安全是核工业发展的生命线，统一的数据架构和标准化的信息交换机制有助于提升安全监管的精确性和及时性；其次，核电站全生命周期管理涉及设计方、设备供应商、建造方、运营方、监管方等多类主体，缺乏统一的数字生态系统框架导致协调成本居高不下；第三，全球核能供应链高度国际化，统一的标准架构是促进国际技术合作与贸易便利化的关键支撑。1.4编制单位介绍本标准由国际标准化组织自动化系统与集成技术委员会工业数据与制造流程管理分技术委员会（ISO/TC184/SC4）归口管理。ISO/TC184负责自动化和集成领域的国际标准化工作，其SC4分技术委员会（工业数据）长期致力于工业数据表达、交换和互操作标准的研制，在STEP标准（ISO10303系列）等方面积累了深厚的技术基础。随着核工业数字化进程加速，SC4将协作架构和互操作框架的开发拓展至核能领域。在ISO18136系列标准的研制过程中，法国核能标准化协会（AEN）、美国机械工程师学会（ASME）、中国核工业集团有限公司等机构深度参与了本标准的起草和评审工作。其中，中国核工业集团有限公司作为中国核工业领域的骨干企业，在标准制定过程中贡献了在华核设施全生命周期数据管理的实践经验与面向智慧核电站的数据架构方案，有力推动了该标准对多元技术路径和不同监管环境的兼容覆盖。二、标准范围与定位ISO18136-1:2025从顶层视角定义了核数字生态系统（NuclearDigitalEcosystem,NDE）的概念、组成要素、基本架构和互操作要求。标准主要用于指导以下对象：-核设施的设计方与工程总包方；-核电站的运营方与维护方；-核安全监管机构；-核工业数字化解决方案供应商；-核工业科研机构与高等院校。标准明确，该框架适用于各类核设施类型，包括但不限于核电厂、研究堆、核燃料循环设施以及放射性废物管理与处置设施。其核心目标是为上述设施建立贯穿全生命周期的数据贯通与信息互操作机制提供技术框架。三、标准主要技术内容3.1核心术语与概念模型ISO18136-1:2025系统定义了一套核数字生态系统的核心术语体系，建立了概念模型。其中，关键的术语包括：“核数字生态系统”要素组成、“数字孪生参照模型”层级结构、“互操作性”类别划分以及“数据治理域”定义。标准将核数字生态系统的核心要素抽象为用户域、功能域、数据域、通信域和物理资产域等逻辑分层，并在此基础上对各类域的交互关系进行了明确定义。该术语框架与IAEA安全术语体系保持了一致性，同时兼容了ISO/IEC42001（人工智能管理体系）、ISO15704（企业参考架构）及ISO23247（数字孪生制造框架）等国际通用标准的核心概念，从而在专业性与通用性之间取得了较好平衡。值得说明的是，本部分仅提供术语和通用概念的定义，具体实体的属性定义、关系模式及数据交换格式等详细规范由后续各部分（ISO18136-2及其后续部分）分别规定。3.2核数字生态系统参考架构标准的中心内容之一是提出了核数字生态系统的分层参考架构。该架构参考了ISO15704及ISA-95等国际通用架构标准的设计理念，结合核工业全生命周期管理的特殊需求，定义了由以下层级构成的参考模型：-物理层：核设施实体资产及其感知控制系统的数字化映射基础；-数据层：统一的核工业数据模型、数据治理规则、数据质量管理体系和数据安全策略；-功能层：覆盖设计、建造、运行、维修、燃料管理、退役等全生命周期的业务功能模块和服务组件；-通信层：保障跨域数据传输的协议、接口、网络架构和通信安全机制；-生态层：各参与方之间的协作规则、数据共享机制、商业模式和治理框架。各层之间通过标准化的接口实现解耦互联，支持渐进式实施和模块化扩展。该架构允许不同核设施根据自身数字化成熟度选择适当层级的实施深度，体现出良好的弹性和包容性。3.3互操作框架互操作性是本标准关注的核心技术问题。ISO18136-1:2025将核数字生态系统的互操作性划分为三个层次：1.语法互操作——确保不同系统间数据格式和编码方式的一致性；2.语义互操作——确保数据含义在不同上下文中的一致诠释；3.组织互操作——确保跨组织业务流程和数据交换规则的协同一致性。针对每一层次，标准均提出了基准要求和建议方法，同时明确跨层次互操作仍需依赖的具体数据字典、本体模型和接口规范，由ISO18136系列后续各部分予以规定。3.4安全与合规鉴于核工业的特殊敏感性，数据安全与合规要求是ISO18136-1:2025的重要内容。标准在信息安全方面采纳了ISO/IEC27001（信息安全管理体系）的基本框架，同时引入了IAEA《核安保建议》（IAEANuclearSecuritySeriesNo.20）的指导原则。标准强调了以下安全机制：-纵深防御原则在核数字生态系统安全设计中的实施；-数字信息的保密性（Confidentiality）、完整性（Integrity）和可用性（Availability）保障（即核行业通称的“CIA三元组”）；-供应链全链条的数据安全管理；-跨境数据传输的合规管理框架。标准明确指出，数字化程度的加深会引入新的网络安全风险，因此核数字生态系统的构建必须将网络安全与核安全（NuclearSafety）、核安保（NuclearSecurity）和核保障监督（Safeguards）作为一个整体进行协同考量（即“3S”一体化的数字化延伸）。3.5与其他标准的协调关系值得关注的是，ISO18136-1:2025在术语定义和架构参考模型上的另一项重要协调对象，是我国于2025年8月发布的GB/T45001-2025《自动化系统与集成核数字生态系统参考架构》。在国际标准制定过程中，ISO/TC184/SC4充分吸收了该中国国家标准在核数字生态系统参考架构方面的研究成果和最佳实践，推动了国际标准与国家标准之间的良性互动。这一典型案例展示了国际标准与国家标准协同发展的可行路径，也是中国在核工业数字化国际标准化领域深度参与的重要标志。四、标准实施路径与应用前景4.1核安全监管领域的应用ISO18136-1:2025为核安全监管机构提供了一套标准化的数据视图和信息交换框架。监管机构可基于该标准建立数字化监管平台，实现核设施运行数据的实时获取、趋势分析和异常预警。通过标准化的数据语义体系，监管机构能够对不同堆型、不同厂家、不同运行年限的核设施开展横向对比分析，提升监管科学性和精准度。在核安全审查环节，标准化的数据架构有助于推动安全分析报告的数字化提交和自动化审查，缩短审查周期。4.2核电站全生命周期数据管理核电站全生命周期涉及前期选址、设计、采购、建造、调试、运行、延寿、退役等多个阶段。ISO18136-1:2025提供的统一架构框架能够有效贯通各阶段的数据流，消除信息断层。特别是在核电站延寿和老化管理方面，标准化数据框架可支撑设备和构筑物状态的长期趋势分析与寿命预测模型的构建。4.3供应链协同核电站建设涉及数千家供应商，设备、材料和服务的质量和进度直接关系工程安全和建设工期。本标准为核工业供应链的数字化协同提供了统一的数据交换和共享框架，有助于实现供应链信息的透明化追踪、自动化核验和智能化管理。对设备制造商而言，遵循该标准可提高产品的市场接受度，降低因数据格式不一致而产生的额外成本。4.4核能领域人工智能应用五、标准实施面临的挑战在ISO18136-1:2025的推广实施过程中，仍面临多维度的现实挑战：-技术层面：现有大量在运核设施的信息化系统基于老旧技术平台构建，向新架构迁移存在较高的技术改造难度和资金投入；异构系统的适配仍需数据字典、接口规范等后续标准及时配套。-管理层面：跨组织的数据共享涉及数据权属、商业利益和责任界定等复杂问题，仅靠技术标准难以完全解决。-监管层面：不同国家核安全监管体系存在差异，标准在各国落地需要与本地监管法规对接和协调。-人才层面：同时精通核工程技术与数字化技术的复合型人才仍然稀缺。上述挑战说明，标准的有效实施需要技术、管理、制度等多方面的协同推进。六、结论与展望ISO18136-1:2025《自动化系统和集成核数字生态系统第1部分：概述和框架》作为核工业数字化领域的首项国际顶层架构标准，具有里程碑式的意义。该标准为全球核工业数字化转型提供了统一的术语体系、参考架构和互操作框架，填补了核工业数字生态系统国际标准的空白。从标准化发展规律来看，核工业数字化标准化工作正从“点状突破”走向“体系化推进”的新阶段。ISO18136-1:2025作为该系列标准的第1部分，其发布为后续各部分标准的制定奠定了概念基础和架构基石。可以预见，随着该系列标准的陆续出台，核工业数字生态系统的标准化体系将日趋完善。展望未来，核工业数字化标准的演进将呈现以下趋势：一是从架构框架向详细规范深化，数据字典、本体模型、接口协议等配套标准将相继研制；二是从技术标准向治理标准延伸，数据治理、AI治理、数字孪生治理等主题将进入标准化视野；三是从单一领域向融合领域扩展，与智能制造、工业互联网、网络安全等跨领域标准的协调需求将日益突出。参考文献[1]ISO18136-1:2025,Automationsystemsandintegration—Nucleardigitalecosystem—Part1:Overviewandframework[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2025.[2]ISO15704:2019,Enterprisemodellingandarchitecture—Requirementsforenterprise-referencingarchitecturesandmethodologies[S].Geneva:ISO,2019.[3]ISO23247-1:2021,Digitaltwinmanufacturingframework—Part1:Overviewandgeneralprinciples[S].Geneva:ISO,2021.[4]ISO/IEC27001:2022,Informationsecuritymanagementsystems—Requirements