SysML AI Agent 在核电行业的应用（2）

核技术论坛 2026-05-10 北京阅读原文

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第二章 SysML 的发展历程与核电行业的适配进程

SysML 作为 MBSE 事实上的行业标准建模语言，是 MBSE 在核电行业落地应用的核心载体。SysML 的发展历程，与核电行业 MBSE 的应用进程深度绑定，其能力的持续升级，也不断推动着核电行业 MBSE 应用的深度与广度。

2.1 SysML 的诞生与版本迭代（从 v1.0 到 v2.0）

SysML（Systems Modeling Language，系统建模语言）的诞生，源于传统软件工程领域的 UML（统一建模语言）在复杂系统工程应用中的局限性。UML 是专门面向软件系统设计的建模语言，对于包含机械、电子、液压、控制、土建等多个物理域的复杂工业系统，其表达能力严重不足，语义也存在大量的模糊性。

为了解决这一问题，2003 年，国际对象管理组织（OMG）和国际系统工程理事会（INCOSE）联合发布了系统建模语言的征求建议书（RFP），正式启动了 SysML 的开发工作。经过 4 年的开发与迭代，2007 年 9 月，OMG 正式发布了 SysML v1.0 版本，标志着系统工程领域拥有了专属的标准化建模语言。

从 2007 年到 2023年，SysML v1.x 版本持续迭代，先后发布了 v1.1 到 v1.8共8个修订版本，不断优化语言的表达能力、语义一致性与用户友好性，重点完善了参数图、行为建模等核心功能，使其更适配复杂工业系统的建模需求。其中，2019 年 12 月发布的 SysML v1.6 版本，是 v1.x 系列中应用最广泛、最成熟的版本，也是当前核电行业主流应用的版本。

尽管 SysML v1.x 系列实现了系统建模语言的标准化，推动了 MBSE 在全球工业界的普及，但其底层架构依然存在着无法通过小版本迭代解决的根本性缺陷：

第一，底层依赖UML的架构限制。SysML v1.x 是在 UML 2 的基础上扩展而来，原生面向软件领域的底层架构，导致其在机械、电子、热工等物理域的建模中存在严重的语义偏差，无法精准描述复杂物理系统的时空特性与行为逻辑。

第二，工具互操作性极差。SysML v1.x 缺乏标准化的 API，不同建模工具之间的模型交换只能依赖复杂的 XMI 格式，模型解析成功率不足 60%，导致不同工具、不同企业之间的模型无法顺畅共享与协同，形成了新的 “模型孤岛”。

第三，扩展性与表达能力受限。SysML v1.x 只能通过构造型（Stereotype）的方式对语言进行扩展，过程极其繁琐，难以满足核电等垂直行业的领域定制化建模需求，也无法很好地支撑与仿真工具、AI 工具的深度集成。

第四，语义模糊性问题。SysML v1.x 的语义缺乏严格的形式化定义，导致不同工程师、不同工具对同一个模型的语义理解存在差异，违背了建模语言消除歧义的核心目标。

为了从根本上解决这些缺陷，OMG 于 2017 年 12 月发布了 SysML v2 的 RFP，正式启动了全新一代 SysML v2 的开发工作。经过长达 7 年的联合开发，2025 年 9 月，OMG 正式发布了 SysML v2.0 正式版本，这是 SysML 语言诞生以来最重大的一次版本升级，从底层架构上实现了彻底的重构与革新。

SysML v2.0 彻底摆脱了对 UML 的依赖，构建了全新的、独立的元模型架构，基于 KerML（内核建模语言）实现了严格的形式化语义定义，从根本上解决了 v1.x 版本的核心缺陷，其核心升级包括：

全新的形式化语义内核：基于 KerML 构建了一阶逻辑定义的形式化语义，支持时空维度的 4D 精确描述，彻底解决了语义模糊的问题，实现了模型语义的唯一性与无歧义性。
标准化的 API 与原生互操作性：SysML v2.0 同步发布了标准化的系统建模 API 规范，实现了不同建模工具之间的模型无缝交换与互操作，彻底打破了 “模型孤岛”。
强大的领域扩展能力：原生支持领域定制化建模，用户可以便捷地扩展语言的元模型与语义，构建核电等垂直行业的专用建模库，完美适配复杂工业系统的领域建模需求。
文本与图形双轨制建模：SysML v2.0 同时支持标准化的文本语法与图形化建模，二者完全等价、双向同步，极大地提升了建模效率，也为与 AI 大模型、代码生成工具的集成提供了原生支持。
全生命周期的建模能力覆盖：SysML v2.0 的能力覆盖了系统从需求、设计、仿真、制造、运行、维护到退役的全生命周期，实现了真正的全生命周期模型驱动。

SysML v2.0 的正式发布，为 MBSE 在核电行业的深度应用，以及与 AI Agent 技术的深度融合，奠定了坚实的底层技术基础。

2.2 SysML 的核心能力与 MBSE 的支撑作用

SysML 作为 MBSE 的核心建模语言，为复杂系统的全生命周期建模提供了一套完整的、标准化的视图体系，其核心能力可以概括为四大建模维度、九种核心图，完美支撑了 MBSE 在核电行业的落地应用。

SysML 的四大建模维度分别是：需求建模、结构建模、行为建模、参数建模，四个维度相互关联、深度耦合，共同构成了对复杂系统的完整描述。而九种核心图，正是实现这四大维度建模的核心载体：

1.需求建模维度：需求图（Requirement Diagram）需求图是 MBSE 流程的起点，也是核电系统建模的核心基础。工程师可以通过需求图，捕获和组织来自核安全法规、监管机构、业主、运营商等不同利益相关方的所有需求，每一项需求都被定义为一个独立的模型元素，具备唯一 ID、文本描述、来源、优先级、验证方式等属性。更重要的是，需求图可以建立需求之间的层级分解、依赖、满足、验证等关联关系，还可以与系统功能、逻辑组件、物理部件建立双向的追溯链接，为核电站严格的需求管理和合规性验证提供了坚实的基础。对于核电行业而言，需求图可以将 HAF102、IAEA 安全标准等顶层法规要求，层层分解到每一个系统、每一个设备、每一个操作步骤，实现核安全需求的全链路可追溯。

2.结构建模维度：块定义图（BDD）、内部块图（IBD）、包图（Package Diagram）结构建模是 SysML 的核心，用于描述系统的静态组成结构与接口关系，对应核电系统从全厂到系统、子系统、设备、部件的层级化结构。

￮块定义图（Block Definition Diagram, BDD）：是描绘系统静态结构的核心，用于定义系统的组成部分（“块”，Block），以及它们之间的组合、继承、关联等关系。在核电设计中，BDD 可以构建从整个核电站、核岛、常规岛、辅助厂房，到反应堆冷却剂系统、专设安全设施等具体子系统，再到主泵、蒸汽发生器等具体设备的完整层级化结构树，清晰地定义每个系统 / 设备的属性、接口与约束。

￮内部块图（Internal Block Diagram, IBD）：用于展示一个“块” 内部的详细结构和连接关系。例如，在定义了 “反应堆冷却剂系统” 这个块之后，可以通过 IBD 详细描绘其内部的反应堆压力容器、主泵、蒸汽发生器、稳压器等部件，以及它们之间通过管道、电缆的连接关系，包括接口的类型、参数、介质等所有细节，实现系统接口的精准定义与一致性管控。

￮包图（Package Diagram）：用于对模型进行结构化的组织与管理，将不同专业、不同系统的模型元素进行分类打包，实现模型的层级化管理，适配核电项目多专业、多团队的协同建模需求。

3.行为建模维度：用例图、活动图、序列图、状态机图行为建模用于描述系统的动态行为与交互逻辑，是核电系统运行场景、操作规程、安全逻辑建模的核心载体，也是实现可执行模型与早期仿真验证的基础。

￮用例图（Use Case Diagram）：用于描述核电站系统与外部参与者（如操作员、电网、维修人员）之间的交互，定义系统的功能边界和主要使用场景，例如“正常满功率发电”、“反应堆启动 / 停堆”、“事故应急响应”、“设备换料检修” 等核心场景。用例图是功能分析的起点，帮助工程师清晰地定义系统需要 “做什么”，而不是 “如何做”。

￮活动图（Activity Diagram）：擅长描绘复杂的控制流和数据流，非常适合用于建模核电站的运行规程、事故处理流程、检修作业流程等。例如，可以通过活动图，将核电站的应急操作规程（EOP）转化为标准化、可执行的模型，清晰地定义每一步的操作指令、条件判断、预期响应、异常处理逻辑，实现规程的模型化、数字化管理。

￮序列图（Sequence Diagram）：侧重于展现不同系统部件之间在特定场景下的交互时序。在核电领域，序列图是反应堆保护系统（RPS）、专设安全设施触发逻辑建模的核心工具，例如可以通过序列图，精准建模反应堆保护系统触发停堆信号后，控制棒驱动机构、停堆断路器、应急给水系统、喷淋系统等一系列设备的连锁动作的时间顺序与逻辑关系，验证安全逻辑的正确性与完备性。

￮状态机图（State Machine Diagram）：用于描述系统或部件在不同工况下的状态转换关系，以及触发状态转换的事件与条件。在核电领域，状态机图广泛应用于反应堆运行状态转换、设备运行状态管理、控制系统逻辑建模等场景，例如可以通过状态机图，建模反应堆从冷停堆、热备用、功率运行到事故工况的完整状态转换逻辑，以及每个状态下的安全约束与操作边界。

4.参数建模维度：参数图（Parametric Diagram）参数图是 SysML 区别于 UML 的核心优势之一，用于将系统的性能约束、工程分析公式与系统结构模型关联起来，实现系统的工程分析、权衡研究与性能仿真。在核电领域，参数图可以将反应堆热工水力参数、结构力学约束、设备性能参数、安全限值等工程约束，与系统的结构模型深度绑定，并与 Matlab/Simulink、Modelica、ANSYS 等专业仿真分析工具集成，实现系统级的多物理场耦合仿真与性能评估。例如，通过参数图，可以将反应堆冷却剂系统的热工水力计算公式与系统的结构模型关联起来，在设计早期就可以仿真不同工况下的系统温度、压力、流量等参数的变化，验证系统设计是否满足安全限值要求。

通过这九种核心图，SysML 实现了对核电系统的需求、结构、行为、参数的全方位、无歧义、全链路的建模，为 MBSE 在核电行业的落地提供了标准化的语言载体，也为后续与 AI Agent 的融合，构建了完整的模型底座。

2.3 SysML 在核电行业的应用历程与里程碑事件

SysML 在核电行业的应用历程，与全球 MBSE 的发展进程同步，大致可以分为三个阶段：探索起步期（2007-2015年）、试点推广期（2015-2025年）、深度应用期（2025年至今），每个阶段都有标志性的里程碑事件，推动着 SysML 在核电行业的应用不断深化。

第一阶段：探索起步期（2007-2015 年）

2007 年 SysML v1.0 正式发布后，全球核电行业开始逐步关注这一新兴的标准化建模语言，少数领先的核电企业与科研机构，开始开展 SysML 与 MBSE 的理论研究与小范围试点应用，核心聚焦于解决核电设计中的需求管理与系统架构设计问题。

这一阶段的核心里程碑事件包括：

•2008 年，美国西屋电气率先在 AP1000 三代核电技术的仪控系统设计中，引入 SysML 进行需求建模与架构设计，成为全球首个在核电项目中应用 SysML 的企业，验证了 SysML 在核电复杂系统建模中的可行性。

•2010 年，法国法马通（原阿海珐）启动了 MBSE 转型计划，在 EPR 核电机组的系统设计中，全面引入 SysML 进行系统架构建模与需求管理，建立了核电行业第一套完整的 SysML 建模规范与流程。

•2012 年，国际原子能机构（IAEA）发布了《核电厂基于模型的系统工程技术报告》，首次在全球范围内向核电行业推荐 MBSE 与 SysML 方法，推动了 SysML 在全球核电行业的普及。

•2013 年，中核集团中国核电工程有限公司启动了 MBSE 技术研究，在国内率先开展 SysML 在核电设计中的应用探索，开启了我国核电行业 SysML 应用的序幕。

在这一阶段，SysML 在核电行业的应用，主要集中在少数国际核电巨头的研发设计环节，应用范围相对局限，主要用于解决需求管理、架构设计等局部问题，尚未形成全流程、全生命周期的应用体系，但为后续的推广应用奠定了理论与实践基础。

第二阶段：试点推广期（2015-2025 年）

2015 年之后，随着全球核电复兴进程的加快，以及数字化技术的快速发展，SysML 与 MBSE 在全球核电行业进入了快速试点推广期，国内外主流核电企业均全面启动了 MBSE 转型，SysML 的应用范围从设计环节，逐步拓展到建造、运行、运维、监管等多个环节。

这一阶段的核心里程碑事件包括：

•2016 年，美国核管会（NRC）启动了 MBSE 与 SysML 在核安全监管中的应用研究，探索基于模型的监管审查模式，推动了 SysML 从工程应用向监管领域的延伸。

•2018 年，中核集团在 “华龙一号” 自主三代核电技术的后续机型研发中，全面应用 SysML 进行全系统的需求建模、架构设计与仿真验证，实现了我国核电行业首个全流程 MBSE 研发项目，建立了我国自主的核电 SysML 建模标准与规范。

•2019 年，中广核启动了核电全生命周期 MBSE 平台建设，基于 SysML 构建了核电厂全生命周期系统模型，将 MBSE 应用从设计环节拓展到了工程建造、调试、运行运维等全生命周期环节。

•2020 年，INCOSE 与 IAEA 联合发布了《核电领域 MBSE 应用指南》，制定了核电行业 SysML 应用的标准化框架与最佳实践，成为全球核电行业 SysML 应用的纲领性文件。

•2022 年，国家能源局发布《关于推进核电数字化转型发展的指导意见》，明确提出要 “全面推广基于模型的系统工程（MBSE）方法，推动 SysML 建模语言在核电全生命周期的深度应用”，将 MBSE 与 SysML 提升到了我国核电行业数字化转型的核心战略地位。

•2024 年，俄罗斯原子能集团在其先进快堆研发项目中，全面采用 SysML v2 测试版进行系统建模，成为全球首个在新型反应堆研发中应用 SysML v2 的企业。

在这一阶段，SysML 已经成为全球核电行业系统工程的主流建模语言，国内外主流核电企业均建立了完善的 SysML 建模规范、流程与工具链，应用场景覆盖了核电全生命周期的多个环节，形成了大量可复制、可推广的实践案例，为 SysML 与 AI Agent 的融合奠定了坚实的工程基础。

第三阶段：深度应用期（2025 年至今）

2025 年 9 月，SysML v2.0 正式版本发布，同时以大语言模型为核心的 AI Agent 技术快速成熟，二者的融合，推动 SysML 在核电行业的应用进入了深度应用期。这一阶段的核心特征，是 SysML 从静态的建模工具，升级为动态的、智能的全生命周期管理核心底座，与 AI Agent 技术深度融合，实现了从 “模型驱动” 到 “模型 + 智能双轮驱动” 的范式跃迁。

2025 年 10 月，我国成立了核电人工智能应用及安全监管工作组，启动了核电领域 AI 应用监管技术政策的编制工作，为 SysML AI Agent 在核电行业的应用提供了监管框架。同期，中核集团、中广核等企业，先后启动了 SysML 与 AI Agent 融合的试点项目，在需求智能化管理、设计智能优化、智能运维辅助、合规性自动化审查等场景，实现了 SysML AI Agent 的工程化落地，开启了核电行业智能化系统工程的新纪元。

2.4 国外核电企业 SysML 应用的早期探索与实践

经过近 20 年的探索与实践，全球主流核电企业均在 SysML 与 MBSE 的应用中积累了丰富的经验，形成了一批具有代表性的实践案例，为行业发展提供了宝贵的参考。

国际实践案例：法国法马通集团

法马通集团是全球最早开展 MBSE 与 SysML 应用的核电企业，也是全球核电行业 MBSE 应用的标杆企业。2010 年，法马通启动了集团级的 MBSE 转型计划，目标是将传统的基于文档的设计模式，全面转型为基于模型的系统工程模式。

法马通的 SysML 应用，核心聚焦于核岛仪控系统与流体系统的设计，其核心实践包括：

1.建立了功能驱动的架构设计方法：传统核电设计中，工程师往往过早地陷入物理实现的细节，而法马通的实践强调，首先进行彻底的功能分析与分解。例如，对于专设安全系统，首先明确其顶层功能是“在事故工况下安全停堆并导出衰变热”，然后利用 SysML 活动图与功能流图，将这一顶层功能层层分解为更小的子功能，如 “异常参数探测”、“停堆信号生成”、“控制棒插入”、“应急给水启动” 等，确保功能分解的完备性，不遗漏任何安全相关功能。

2.构建了独立的逻辑架构模型：在功能分解的基础上，法马通的工程师利用 SysML 的块定义图与内部块图，构建了独立于具体硬件的逻辑架构。在这个架构中，每一个逻辑组件都承载着一组特定的功能，清晰地定义了各组件的职责和它们之间的信息交互接口。这种做法的好处是，可以在不关心具体设备选型的情况下，专注于系统逻辑的正确性和完备性，避免过早的物理实现细节对系统架构设计的干扰。

3.实现了全场景建模与功能链验证：法马通利用 SysML 的序列图、活动图、状态机图，定义了核电站正常、异常、事故等一系列典型的运行场景，对每个场景下的系统功能链进行建模与仿真验证，确保系统在所有工况下的行为都满足安全要求，在设计早期就发现了大量的逻辑设计缺陷，大幅降低了后期的验证成本。

4.建立了全链路的需求追溯体系：通过 SysML 需求图，法马通将核安全法规、业主需求等顶层需求，层层分解到系统、子系统、设备层面，并与功能模型、逻辑模型、物理模型建立了双向的追溯链接，实现了从需求到设计、验证的全链路可追溯，极大地提升了核安全监管审查的效率。

通过 SysML 与 MBSE 的全面应用，法马通的核电设计效率提升了 40%，设计早期缺陷发现率提升了 80%，项目设计周期缩短了 25%，取得了显著的经济效益与安全效益。

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