FUSION DIGITAL TWIN PROGRAM · 3 + 6 MONTHS

开发路线图

EXL-50U 实验验证与 EHL-2 虚拟实验：里程碑、接口和验收条件。

总体技术路线一期实施计划二期实施计划选型审计表进入知识图谱
12 周
EXL‑50U 最小闭环
6 个月
EHL‑2 虚拟 first plasma
10 模块
知识、数据与模型协同
0 网页控机写通道
KG / LLM 与独立 PCS、联锁隔离

00 / PROGRAM DEFINITION

可追溯的实验链

每项结果须记录炮号/运行、装置/几何版本、坐标/时基、校准/字典版本、代码/容器、输入输出校验和、适用域与审批状态。
  1. 01实验目标与场景
  2. 02装置 / 配置基线
  3. 03位形与控制预演
  4. 04工程载荷核查
  5. 05实验执行
  6. 06原始与工程数据
  7. 07重构与诊断分析
  8. 08V&V / 残差
  9. 09模型版本更新
事实源MDSplus / 权威档案 / 工程时序

原始实验数据与获批控制配置记录保持不可变；平台通过只读适配器获取。

语义层IMAS + 工程资产合同

冻结 DD、COCOS、单位、时标、质量和校准；工程信号不被强塞入不适配 IDS。

证据工厂模型 adapter + HPC + V&V

高保真计算留在受控计算域，产生不可变 run manifest 与验证证据。

决策界面Knowledge + ECharts + 3D

前端只编排、比较和追溯结果；界面联动不等于模型已经科学耦合。

01 / INTEGRATED TECHNICAL ROUTE

五大专业环节

点击环节，查看专业范围、候选工具与两期交付，以及输入输出、V&V 证据、适用边界和阶段门。
L0装置事实与实验任务L1五大专业环节L2统一数字线程与 V&VL3两期目标与长期实验支撑
五大专业环节如何支撑两期目标
专业环节关键技术链一期 EXL‑50U二期 EHL‑2
01 · 位形与等离子体物理装置电磁基线 → 平衡与位形闭环 → 首等离子体启动链 → MHD、加热与输运EXL‑50U：自由边界位形预演、线圈波形、合成磁诊断与 EFIT / PTEFIT as-shot 重构形成预测—实验—残差闭环。EHL‑2：按真空场 / 涡流→实际预电离源的击穿与 burn-through→成形后自由边界控制推进；MHD 与加热按问题分层进入离线证据。
02 · 电磁、热与结构工程几何与网格主线 → 电磁载荷 → 事故瞬态传热 → 首炮低能量温升核查 → 高功率表面热流 → 结构响应与裕量EXL‑50U：正常脉冲电磁力；事故电磁分支把 CQ / VDE / halo / 涡流历史映射至结构动力响应，热分支把 TQ / 表面能量沉积映射至温度场和热应力；统一几何与事件时基后做组合载荷审查。EHL‑2：基于 as-built 几何、电源和调试包络建立首炮低能量工程核查，并为后续高功率离线设计保留接口。
03 · 集成控制与虚拟调试PCS 回放与场景接口 → 分层 plant → MIL→SIL 与故障矩阵 → 条件式 HIL 与 shadowEXL‑50U：PCS replay、RZIP / ROM plant、MIL→SIL，具备真实控制硬件时再进入 HIL，覆盖 Ip / R / Z / 位形和故障矩阵。EHL‑2：实时 plant emulator 与 SIL 为关键路径；控制器 HIL、电源 / plant HIL 仅在相应硬件和 I/O 可用时分级交付，随后完成 dry-run、操作员演练和与控制网隔离的只读 shadow。
04 · 诊断感知与状态重构事实源与校准 → 重构与残差 → 合成诊断 → 首炮最小实时集EXL‑50U：精选磁诊断、线圈 / 电源和相关诊断完成原始—校准—重构链，形成 EFIT / PTEFIT 残差与 IMAS 子集。EHL‑2：按控制关键、监测和后续性能诊断分级，先建设磁测、可见光及实际可用密度诊断的合成与实时质量链。
05 · 数据、模型与证据基础设施身份与事实层 → 语义与存储层 → 模型执行与 V&V → 知识与决策界面EXL‑50U：冻结 shot / run / geometry / calibration / model 身份，建立 MDSplus 事实源、IMAS 语义交换、工程资产合同和不可变 run manifest。EHL‑2：维护 as-designed / as-built / as-tested 配置差异，支撑虚拟 campaign、实时数据质量、模型适用域和 shadow twin 证据。
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已展开 位形与等离子体物理 技术路线

01PLASMA PHYSICS

位形与等离子体物理

把实验任务转化为物理可达、可控制、可诊断的放电场景，并给出明确的适用域与不确定度。
核心科学 / 工程问题

给定装置、电源和气体条件，真空场、击穿、电流建立、平衡边界及稳定性是否满足实验目标？

PHASE I · EXL‑50U

EXL‑50U：自由边界位形预演、线圈波形、合成磁诊断与 EFIT / PTEFIT as-shot 重构形成预测—实验—残差闭环。

PHASE II · EHL‑2

EHL‑2：按真空场 / 涡流→实际预电离源的击穿与 burn-through→成形后自由边界控制推进；MHD 与加热按问题分层进入离线证据。

PROFESSIONAL SUBROUTE MAP

专业覆盖 → 工具链 → 技术子路线 → 阶段交付

节点列出专业范围、工具、技术链与交付物。候选工具须经装置基准题和适用域审查后确定。

位形与等离子体物理: 专业覆盖—工具—子路线—交付映射
专业覆盖候选工具链技术子路线一期 / 二期交付
装置电磁与自由边界自由边界工作流 (需本地 Benchmark)；启动与控制 plant (需本地 Benchmark)装置—回路—自由边界预演冻结 COCOS、几何、PF/CS/真空室电路与电源边界，完成真空场、涡流响应、pre-shot 平衡与线圈波形。边界: 装置/坐标/电路未冻结时不进入优化。一期: EXL‑50U 位形和线圈波形预实验包；二期: EHL‑2 as-built 真空场与启动前电磁基线
装置电磁与自由边界；as-shot 平衡重构自由边界工作流 (需本地 Benchmark)；EFIT / PTEFIT (已验证基线)合成磁测—逆重构—残差闭环从前向平衡生成带几何/响应/噪声的合成磁信号；EFIT/PTEFIT 独立逆重构，并以观测残差和预测—重构差异闭合。边界: 前向预测、逆重构和实验观测必须分开标识。一期: EXL‑50U 留出炮 as-shot 重构与残差报告；二期: 首炮磁测状态重构与质量接口
装置电磁与自由边界；击穿与电流建立自由边界工作流 (需本地 Benchmark)；启动与控制 plant (需本地 Benchmark)首等离子体形成链真空场/涡流 → 实际预电离源 → 雪崩/burn-through → Iₚ 建立 → 成形后自由边界与 RZIP/ROM 控制。边界: EC 是否进入主线服从实际投运配置。二期: EHL‑2 低能量形成、R/Z 控制与安全终止场景
MHD、H&CD 与输运稳定性分层链 (条件式候选)问题专用 MHD 证据支线批准平衡/剖面 → 问题专用线性响应 → 仅在已有基准时集成精选非线性案例。边界: 非 first-plasma gate，不包装成实时预测。二期: 有适用域和 UQ 的离线 MHD 设计证据
MHD、H&CD 与输运成形后 H&CD (拓展研究)形成后加热与输运支线在已形成等离子体快照上评估 EC 吸收/ECCD，并把 NBI/高功率输运保留为离线设计包络。边界: 不参与首炮击穿与形成基线验收。二期: 成形后 H&CD / 输运候选证据包
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已聚焦 PHY-R1 装置—回路—自由边界预演
  1. PHY-1一期 + 二期关键路径

    装置电磁基线

    Machine Description + PF / CS 电路 + 真空室涡流模型，先完成真空场 / null-field 与线圈响应。

    边界: 装置几何、回路、坐标和电源限值未冻结前，不进入场景优化。
  2. PHY-2一期 + 二期关键路径

    平衡与位形闭环

    经验证的自由边界工作流承担 pre-shot 位形 / 线圈波形预演；独立冻结的 EFIT / PTEFIT 分支承担 as-shot 逆问题重构；二者仅通过统一 COCOS、时基、线圈定义、合成磁信号与残差比较闭合。

    边界: 预演、逆问题重构和实验观测必须分开标识，不能用视觉相似代替残差。
  3. PHY-3二期关键路径

    首等离子体启动链

    真空场 / 涡流→实际投运预电离源的雪崩与 burn-through→成形后自由边界、RZIP / ROM。

    边界: EC 仅在实际 commissioning configuration 含 EC 时进入首炮主线。
  4. PHY-4二期条件式交付

    MHD、加热与输运

    批准平衡 / 剖面→问题专用线性响应；已有本地基准时再做精选非线性案例。形成后采用 GENRAY+CQL3D，NBI / 高功率仅作离线包络。

    边界: 不把离线高保真结果包装成实时预测，也不在六个月内承诺从零开发完整非线性链。

输入约束

  • as-built 装置描述、PF / CS 与真空室电路
  • 目标 Iₚ、边界 / X 点与 pulse schedule
  • 气体、真空、预电离源和诊断几何
  • 经批准的平衡、剖面及材料 / 壁边界

结果产品

  • 线圈电流 / 电压波形与可达域
  • ψ、LCFS、X 点、Iₚ / R / Z 及误差预算
  • 合成磁诊断与状态估计输入
  • MHD / 加热分析所需的受控平衡与剖面快照

验证与过门证据

  • 磁通环 / 磁探针等观测通道残差；pre-shot 预测与 as-shot 重构的 LCFS / X 点差异；有独立诊断时再做边界交叉验证
  • 线圈—真空室电路与实测响应核对
  • 跨代码 benchmark、参数扫描与不确定度覆盖
  • 每个模型分别声明形成前 / 形成后及线性 / 非线性适用域
PHASE I · EXL‑50U

本支柱汇总阶段门: G1 as-shot 基线 · G2 虚拟控制 · G3 工程载荷链 · G4 盲测发布

PHASE II · EHL‑2

本支柱汇总阶段门: G6 配置与模型基线 · G7 虚拟调试 · G8 集成演练 · G9 Readiness review

01 · 位形与等离子体物理

把实验任务转化为物理可达、可控制、可诊断的放电场景，并给出明确的适用域与不确定度。

专业覆盖: 装置电磁与自由边界 (以 as-built PF/CS、真空室、回路方向和电源限值求真空场、null-field、涡流响应与自由边界可达域。)；as-shot 平衡重构 (把磁探针、磁通环、Rogowski 与线圈电流作为逆问题约束，重构 ψ、LCFS、X 点及观测残差。)；击穿与电流建立 (按实际 commissioning configuration 串联 null-field、预电离、雪崩、辐射势垒、burn-through 与 Iₚ 建立。)；MHD、H&CD 与输运 (从批准平衡与剖面出发，按问题选择线性响应、精选非线性 MHD，以及成形后的 EC/NBI/输运离线研究。)

候选工具: 自由边界工作流 / FreeGSNKE / FIESTA / TokaMaker（候选） (需本地 Benchmark; 实验前正问题预演)；EFIT / PTEFIT / EFIT / PTEFIT as-shot inverse reconstruction (已验证基线; 实验后逆问题重构)；启动与控制 plant / DINA / MEQ + RZIP / ROM（分层候选） (需本地 Benchmark; 实时控制 plant)；稳定性分层链 / CHEASE / HELENA → MARS-F → JOREK / M3D-C1 (条件式候选; 离线高保真分析)；成形后 H&CD / GENRAY+CQL3D；NUBEAM+ASTRA / TRANSP（候选） (拓展研究; 离线高保真分析)

专业覆盖 → 工具 → 技术子路线 → 阶段交付

  1. 装置—回路—自由边界预演: 装置电磁与自由边界 → 自由边界工作流、启动与控制 plant → 一期 EXL‑50U 位形和线圈波形预实验包 (P1-0/P1-2→G0/G1/G4)；二期 EHL‑2 as-built 真空场与启动前电磁基线 (P2-0/P2-1→G5/G6); 边界: 装置/坐标/电路未冻结时不进入优化。
  2. 合成磁测—逆重构—残差闭环: 装置电磁与自由边界、as-shot 平衡重构 → 自由边界工作流、EFIT / PTEFIT → 一期 EXL‑50U 留出炮 as-shot 重构与残差报告 (P1-2/P1-6→G1/G4)；二期 首炮磁测状态重构与质量接口 (P2-1/P2-4→G6/G7/G9); 边界: 前向预测、逆重构和实验观测必须分开标识。
  3. 首等离子体形成链: 装置电磁与自由边界、击穿与电流建立 → 自由边界工作流、启动与控制 plant → 二期 EHL‑2 低能量形成、R/Z 控制与安全终止场景 (P2-1/P2-6→G6/G7/G9); 边界: EC 是否进入主线服从实际投运配置。
  4. 问题专用 MHD 证据支线: MHD、H&CD 与输运 → 稳定性分层链 → 二期 有适用域和 UQ 的离线 MHD 设计证据 (P2-2→非阶段门); 边界: 非 first-plasma gate，不包装成实时预测。
  5. 形成后加热与输运支线: MHD、H&CD 与输运 → 成形后 H&CD → 二期 成形后 H&CD / 输运候选证据包 (P2-3→非阶段门); 边界: 不参与首炮击穿与形成基线验收。

步骤详解

  1. 装置电磁基线: Machine Description + PF / CS 电路 + 真空室涡流模型，先完成真空场 / null-field 与线圈响应。 (一期 + 二期 · 关键路径)
  2. 平衡与位形闭环: 经验证的自由边界工作流承担 pre-shot 位形 / 线圈波形预演；独立冻结的 EFIT / PTEFIT 分支承担 as-shot 逆问题重构；二者仅通过统一 COCOS、时基、线圈定义、合成磁信号与残差比较闭合。 (一期 + 二期 · 关键路径)
  3. 首等离子体启动链: 真空场 / 涡流→实际投运预电离源的雪崩与 burn-through→成形后自由边界、RZIP / ROM。 (二期 · 关键路径)
  4. MHD、加热与输运: 批准平衡 / 剖面→问题专用线性响应；已有本地基准时再做精选非线性案例。形成后采用 GENRAY+CQL3D，NBI / 高功率仅作离线包络。 (二期 · 条件式交付)

一期: EXL‑50U：自由边界位形预演、线圈波形、合成磁诊断与 EFIT / PTEFIT as-shot 重构形成预测—实验—残差闭环。

二期: EHL‑2：按真空场 / 涡流→实际预电离源的击穿与 burn-through→成形后自由边界控制推进；MHD 与加热按问题分层进入离线证据。

输入: as-built 装置描述、PF / CS 与真空室电路；目标 Iₚ、边界 / X 点与 pulse schedule；气体、真空、预电离源和诊断几何；经批准的平衡、剖面及材料 / 壁边界

输出: 线圈电流 / 电压波形与可达域；ψ、LCFS、X 点、Iₚ / R / Z 及误差预算；合成磁诊断与状态估计输入；MHD / 加热分析所需的受控平衡与剖面快照

验证证据: 磁通环 / 磁探针等观测通道残差；pre-shot 预测与 as-shot 重构的 LCFS / X 点差异；有独立诊断时再做边界交叉验证；线圈—真空室电路与实测响应核对；跨代码 benchmark、参数扫描与不确定度覆盖；每个模型分别声明形成前 / 形成后及线性 / 非线性适用域

工作包→阶段门: P1-2→G1/G4；P1-3→G2/G4；P1-4→G3/G4；P1-6→G4；P2-1→G6/G7/G9；P2-2→非阶段门；P2-3→非阶段门；P2-6→G8/G9

适用边界: RZIP 是刚性等离子体控制模型，不是 MHD 稳定性模型；静态平衡不预测破裂时刻；GENRAY+CQL3D 仅用于已形成等离子体后的波吸收 / 电流驱动。

02 · 电磁、热与结构工程

把正常放电和经批准的事故事件包转换为可守恒传递、可收敛验证的部件载荷与响应。

专业覆盖: 几何、材料与网格主线 (以稳定组件 ID 贯通 CAD、材料、支撑/接触、冷却、分析几何、网格与测点。)；正常/事故电磁载荷 (区分正常脉冲与给定 CQ/VDE/halo 事件，求涡流、J×B、合力、力矩和支撑反力。)；瞬态热与能量沉积 (将 TQ/表面能量沉积、Joule 损耗及冷却边界转化为温度、梯度、热流和能量账本。)；结构动力、热应力与 VVUQ (把守恒映射后的体力/面力和温度场送入结构/热应力求解，并与应变、位移、温度测点比较。)

候选工具: 几何与配置主线 / CATIA/ENOVIA 或 SALOME/Paramak + 版本化网格适配器 (需本地 Benchmark; 工程多物理场求解)；EM 事件与涡流链 / DINA/MEQ 事件包 + ThinCurr/CARIDDI + Maxwell/COMSOL（候选） (需本地 Benchmark; 工程多物理场求解)；热流与冷却链 / HEAT + OpenFOAM/CFX / 瞬态热 FEM（候选） (条件式候选; 工程多物理场求解)；结构/热应力与复核 / Ansys Mechanical/Abaqus + Code_Aster/CalculiX（复核候选） (需本地 Benchmark; 验证、确认与不确定度)

专业覆盖 → 工具 → 技术子路线 → 阶段交付

  1. 几何—材料—测点数字主线: 几何、材料与网格主线 → 几何与配置主线 → 一期 EXL‑50U 工程分析基线 (P1-0/P1-4→G0/G3/G4)；二期 EHL‑2 as-built 工程配置基线 (P2-0→G5/G6); 边界: 几何变化触发影响分析和复验。
  2. CQ/VDE/halo 电磁—结构分支: 正常/事故电磁载荷、结构动力、热应力与 VVUQ → EM 事件与涡流链、结构/热应力与复核 → 一期 正常与给定事故 EM/结构响应报告 (P1-4/P1-6→G3/G4)；二期 commissioning 电流包络力学核查 (P2-0→G5/G6); 边界: 给定事件历史不等于预测破裂。
  3. TQ/沉积热—热应力分支: 瞬态热与能量沉积、结构动力、热应力与 VVUQ → 热流与冷却链、结构/热应力与复核 → 一期 EXL‑50U 给定 TQ/表面沉积热响应证据 (P1-4→G3/G4)；二期 首炮低能量 Joule 温升核查 (P2-0→G5/G6); 边界: RE 仅在任务书明确纳入时建模；EM 与热是并行载荷来源。
  4. 合成传感器与 VVUQ 过门: 几何、材料与网格主线、结构动力、热应力与 VVUQ → 几何与配置主线、结构/热应力与复核 → 一期 应变/温度/位移可观测的工程 V&V 包 (P1-4/P1-6→G3/G4)；二期 调试包络工程 readiness 证据 (P2-0/P2-6→G6/G9); 边界: 节点值不能直接冒充仪器读数。

步骤详解

  1. 几何与网格主线: as-built CAD→稳定组件 ID→版本化分析几何 / 网格；所有载荷、传感器与结果回到同一坐标和部件身份。 (一期 + 二期 · 关键路径)
  2. 电磁载荷: 轴对称电路 / 涡流快速扫描 + 经验证的三维磁准静态有限元参考；正常脉冲与 CQ / VDE / halo 分开建模。 (一期 + 二期 · 关键路径)
  3. 事故瞬态传热: 一期将给定 TQ / 表面能量沉积、稳态损耗和冷却边界送入瞬态热分析；RE 仅在任务书明确纳入时建模。 (一期 · 关键路径)
  4. 首炮低能量温升核查: 按实际 commissioning 电流 / 功率历史快速核查线圈、电源、真空室与关键部件的 Joule 损耗、低能量温升和冷却边界。 (二期 · 关键路径)
  5. 高功率表面热流: 在真实功率源、沉积模型和材料边界具备后，再开展高功率 PFC、TQ / RE 表面热流和详细瞬态热有限元。 (二期 · 拓展研究)
  6. 结构响应与裕量: 守恒载荷映射→结构 / 热应力有限元→关键部件裕量；保留与传感器应变 / 温度的实验校核接口。 (一期 + 二期 · 关键路径)

一期: EXL‑50U：正常脉冲电磁力；事故电磁分支把 CQ / VDE / halo / 涡流历史映射至结构动力响应，热分支把 TQ / 表面能量沉积映射至温度场和热应力；统一几何与事件时基后做组合载荷审查。

二期: EHL‑2：基于 as-built 几何、电源和调试包络建立首炮低能量工程核查，并为后续高功率离线设计保留接口。

输入: 版本化 CAD / 组件 ID、材料与边界条件；线圈 / 等离子体 / 真空室电流和磁场历史；CQ、VDE、halo、TQ 与表面能量沉积包络；冷却、支撑、接触和约束条件

输出: 部件级 Lorentz 力、力矩与涡流；瞬态温度、热流和能量平衡；位移、应力、应变与工程裕量；可回投三维工作台的网格场和审查报告

验证证据: 力 / 力矩与能量映射守恒；网格、时间步和载荷映射敏感性；解析解 / benchmark / 已有工程计算交叉核对；材料、接触和事故包络不确定度显式报告

工作包→阶段门: P1-4→G3/G4；P1-6→G4；P2-0→G5/G6；P2-5→G7/G8；P2-6→G8/G9

适用边界: 一期采用可审计的单向耦合，不宣称实时全耦合；事故载荷来自经批准的给定包络，不宣称预测破裂发生时刻或用于安全认证。

03 · 集成控制与虚拟调试

用分层 plant、同源控制代码和故障注入证明控制策略在执行器、实时和安全边界内可运行。

专业覆盖: pulse schedule 与状态机 (把实验阶段、参考、执行器/诊断可用性和异常终止编成受版本控制的状态转换。)；状态估计与质量门 (同时发布 Iₚ/R/Z/边界估计、时间戳、quality、staleness、置信等级和降级状态。)；分层 plant 与闭环控制 (用电源/回路/涡流、RZIP/ROM、传感器和执行器动态构成可实时闭环的虚拟装置。)；SIL/HIL/dry-run/shadow (区分生产代码 SIL、controller-HIL、power/plant-HIL、断机 dry-run 和在线只读 shadow。)

候选工具: 状态服务 / PTEFIT / rtEFIT / P-EFIT（候选） (已验证基线; 实验后逆问题重构)；实时 plant 层 / RZIP/状态空间/ROM + MEQ/GSevolve/TokaMaker（候选层级） (需本地 Benchmark; 实时控制 plant)；实时执行与回放 / 本地生产 PCS + MARTe2 + MDSplus replay（候选组合） (需本地 Benchmark; 控制验证与故障注入)；MIL/HIL 工具链 / Simulink Coder / Simulink Real-Time 或本地等价平台 (条件式候选; 控制验证与故障注入)

专业覆盖 → 工具 → 技术子路线 → 阶段交付

  1. 场景、信号与权限合同: pulse schedule 与状态机、状态估计与质量门 → 状态服务、实时执行与回放 → 一期 EXL‑50U PCS replay 与场景状态机 (P1-0/P1-3→G0/G2/G4)；二期 EHL‑2 首炮 pulse schedule 与 I/O 基线 (P2-1→G6/G7); 边界: 获批配置保持只读。
  2. 分层 plant—MIL 闭环: 状态估计与质量门、分层 plant 与闭环控制 → 状态服务、实时 plant 层、MIL/HIL 工具链 → 一期 EXL‑50U 控制 plant 与 MIL 测试矩阵 (P1-3→G2/G4)；二期 首炮低能量形成与位置控制 plant (P2-1/P2-5→G6/G7); 边界: 降阶 plant 只在校准适用域内承担实时测试。
  3. 生产代码 SIL 与故障矩阵: pulse schedule 与状态机、分层 plant 与闭环控制、SIL/HIL/dry-run/shadow → 实时执行与回放、MIL/HIL 工具链 → 一期 生产代码 SIL/WCET/故障证据 (P1-3/P1-6→G2/G4)；二期 实时 plant emulator 与首炮异常演练 (P2-5/P2-6→G7/G8/G9); 边界: 达到限值可为测试条件，验收的是受控限幅、升级和终止。
  4. 条件式 HIL—dry-run—只读 shadow: SIL/HIL/dry-run/shadow → 实时执行与回放、MIL/HIL 工具链 → 一期 硬件可用时的 controller-HIL 补充证据 (P1-3→G2/G4)；二期 操作员演练、断机 dry-run 与只读影子评估 (P2-5/P2-6→G7/G8/G9); 边界: 浏览器、KG、LLM、云服务和 shadow 永远无 PCS 写权限。

步骤详解

  1. PCS 回放与场景接口: 冻结 pulse schedule、控制代码 / 配置和 signal contract；历史炮与合成信号走同一 replay 接口；以内部可运行版本、I/O 合同、历史炮回放记录和责任 owner 作为基线证据。 (一期 + 二期 · 关键路径)
  2. 分层 plant: 电源 / 回路 / 真空室涡流 + 刚性等离子体 RZIP / 状态空间 / ROM + 传感器与执行器模型。 (一期 + 二期 · 关键路径)
  3. MIL→SIL 与故障矩阵: 同一控制算法逐级进入离线模型、生产代码 replay 和固定步长实时模拟；注入饱和、偏置、掉线、延迟和异常终止。 (一期 + 二期 · 关键路径)
  4. 条件式 HIL 与 shadow: 一期在控制器硬件可用时做 controller-HIL；二期再将电源 / plant HIL 分开建设，完成 machine-disconnected dry-run 后仅进行在线只读影子评估。 (一期 + 二期 · 条件式交付)

一期: EXL‑50U：PCS replay、RZIP / ROM plant、MIL→SIL，具备真实控制硬件时再进入 HIL，覆盖 Ip / R / Z / 位形和故障矩阵。

二期: EHL‑2：实时 plant emulator 与 SIL 为关键路径；控制器 HIL、电源 / plant HIL 仅在相应硬件和 I/O 可用时分级交付，随后完成 dry-run、操作员演练和与控制网隔离的只读 shadow。

输入: pulse schedule、目标 Iₚ / R / Z 与线圈约束；电源、回路、涡流与 RZIP / ROM plant；传感器响应、噪声、标定、丢包与时延；控制代码、配置、周期和独立保护接口

输出: 可审计的控制波形与状态转换；跟踪误差、稳定裕量和执行器利用率；WCET / jitter、故障矩阵和安全终止证据；SIL / HIL / dry-run / shadow 运行包

验证证据: 控制代码与配置在 replay / SIL / HIL 保持同源；固定步长实时仿真与 deadline / jitter 统计；限幅、抗饱和、偏置、掉线与故障升级测试；独立联锁不依赖网页、云服务、KG 或 LLM

工作包→阶段门: P1-3→G2/G4；P1-6→G4；P2-1→G6/G7/G9；P2-5→G7/G8；P2-6→G8/G9

适用边界: 浏览器、知识图谱和大模型永远没有控机写通道；HIL 只有在相应控制器、I/O、电源和诊断模拟硬件可用后才成立。

04 · 诊断感知与状态重构

把仪器响应、校准、时钟和质量状态纳入模型链，使实验观测能够验证预测而不是只作为画面。

专业覆盖: 诊断资产、几何与计量 (版本化通道、视线/位置、响应函数、采样时钟、校准证书、维修事件与责任人。)；原始采集、校准与质量 (从不可变 raw 层生成带单位、不确定度、quality、缺测/饱和/漂移状态的校准信号。)；磁平衡与状态重构 (用磁测、Rogowski、PF/CS、电路与几何重构 ψ、LCFS、X 点、Iₚ/R/Z 和约束残差。)；合成诊断与实时降级 (把 truth 经过仪器几何/传递函数/噪声/时延生成独立 synthetic 信号，并冻结控制关键等级与 fallback。)

候选工具: MDSplus 事实档案 / MDSplus pulse trees / replay (已验证基线; 权威事实档案)；IMAS / OMAS 映射 / IMAS DD + IMAS-Python / OMAS 站点映射 (需本地 Benchmark; 跨模型语义交换)；EFIT / PTEFIT 重构 / EFIT / PTEFIT magnetic reconstruction (已验证基线; 实验后逆问题重构)；合成诊断/实时处理 / CHERAB/Raysect/Tomotok + MARTe2（按诊断候选） (条件式候选; 合成诊断前向模型)

专业覆盖 → 工具 → 技术子路线 → 阶段交付

  1. 资产—raw—校准事实链: 诊断资产、几何与计量、原始采集、校准与质量 → MDSplus 事实档案、IMAS / OMAS 映射 → 一期 EXL‑50U 原始—校准数据与精选 IMAS 子集 (P1-1→G0/G1/G4)；二期 EHL‑2 最小诊断资产与时间/质量基线 (P2-4→G6/G7/G9); 边界: 原始层不可覆盖，校准更新产生新版本。
  2. 磁测—重构—残差: 原始采集、校准与质量、磁平衡与状态重构 → IMAS / OMAS 映射、EFIT / PTEFIT 重构 → 一期 EXL‑50U 留出炮平衡重构与质量报告 (P1-2/P1-6→G1/G4)；二期 首炮磁状态与降级标志 (P2-4→G6/G7/G9); 边界: 内部 q/压力需要额外诊断或明确先验。
  3. truth—仪器响应—合成闭环: 诊断资产、几何与计量、合成诊断与实时降级 → IMAS / OMAS 映射、合成诊断/实时处理 → 一期 合成磁诊断—重构闭环 (P1-2→G1/G4)；二期 首炮仪器链与故障注入信号 (P2-4/P2-5→G6/G7); 边界: synthetic 与 experiment 使用不同命名空间和 provenance。
  4. 控制关键/监测分级与 V&V: 原始采集、校准与质量、磁平衡与状态重构、合成诊断与实时降级 → MDSplus 事实档案、EFIT / PTEFIT 重构、合成诊断/实时处理 → 一期 EXL‑50U 诊断健康与残差过门证据 (P1-1/P1-6→G1/G4)；二期 首炮最小实时诊断集和安全降级接口 (P2-4/P2-6→G6/G7/G9); 边界: 页面刷新率不是控制实时性的证据。

步骤详解

  1. 事实源与校准: MDSplus / 权威采集→不可变原始层→版本化校准、时钟和几何；每帧带质量与缺测状态。 (一期 + 二期 · 关键路径)
  2. 重构与残差: 磁诊断 / 线圈信号→认可 EFIT / PTEFIT→平衡、边界和残差；与预演采用同一坐标 / 时基合同。 (一期 + 二期 · 关键路径)
  3. 合成诊断: 一期先闭合磁诊断几何 / 响应 / 噪声；二期扩展漂移、饱和、时延和首炮仪器链，把物理 truth 转为可供 PCS / 推断链测试的信号。 (一期 + 二期 · 关键路径)
  4. 首炮最小实时集: 优先磁测、线圈 / 电源、真空、宽视场可见光及实际就绪的密度诊断；逐信号冻结控制关键 / 仅监测等级。 (二期 · 关键路径)

一期: EXL‑50U：精选磁诊断、线圈 / 电源和相关诊断完成原始—校准—重构链，形成 EFIT / PTEFIT 残差与 IMAS 子集。

二期: EHL‑2：按控制关键、监测和后续性能诊断分级，先建设磁测、可见光及实际可用密度诊断的合成与实时质量链。

输入: 原始波形、采样时钟与触发事件；传感器几何、仪器响应和校准版本；合成诊断 truth 与噪声 / 饱和 / 缺数模型；诊断可用性、时延和控制周期预算

输出: 带单位、质量和不确定度的校准信号；磁通、LCFS、X 点、Iₚ / R / Z 等重构量；控制关键的状态量与显式降级标志；预测—观测—重构残差和诊断健康报告

验证证据: 校准台账、时钟对齐和几何测量证据；synthetic→reconstruction 闭环与真值偏差；留出炮重放、交叉诊断一致性和不确定度覆盖；逐信号 latency / jitter / availability / fallback 验收

工作包→阶段门: P1-1→G0/G1/G4；P1-2→G1/G4；P1-6→G4；P2-4→G6/G7/G9；P2-6→G8/G9

适用边界: 合成信号必须独立命名并保留 truth lineage；监测诊断不能因页面实时刷新就被称为控制实时诊断。

05 · 数据、模型与证据基础设施

用统一身份、语义、版本和运行清单连接四条专业链，保证每个结论可重放、可比较、可审计。

专业覆盖: shot/run/asset 身份与事实层 (统一 shot、run、event、asset、geometry、coordinate、timebase、calibration 身份，同时保留权威原始档案。)；语义交换与大对象存储 (IMAS 承载聚变物理公共语义，工程资产/时序保持独立合同，大场数据进入内容寻址对象存储。)；模型执行、谱系与 V&V (记录输入/输出、代码、容器、配置、几何、网格、求解器、随机种子、owner、许可和适用域。)；证据图谱与决策界面 (知识图谱只索引权威实体/关系/证据，ECharts/3D 展示同一 shot/run 的差异、残差和审批状态。)

候选工具: 权威档案适配 / MDSplus / NAS / PLM / 工程时序只读适配器 (已验证基线; 权威事实档案)；聚变语义交换 / IMAS DD + IMAS-Python / OMAS mapping (需本地 Benchmark; 跨模型语义交换)；受控证据工厂 / 容器化 adapter + HPC scheduler + content-addressed store (需本地 Benchmark; 验证、确认与不确定度)；知识与只读工作台 / Knowledge Graph + ECharts + Three.js + 只读 API (已验证基线; 证据导航与决策界面)

专业覆盖 → 工具 → 技术子路线 → 阶段交付

  1. 事实源—统一身份—配置基线: shot/run/asset 身份与事实层 → 权威档案适配 → 一期 EXL‑50U 不可变事实层和接口控制文件 (P1-0/P1-1→G0/G1/G4)；二期 EHL‑2 as-designed/as-built/as-tested 差异登记 (P2-0→G5/G6); 边界: 派生结果永不覆盖 L0。
  2. IMAS—工程合同—对象存储: 语义交换与大对象存储 → 权威档案适配、聚变语义交换、受控证据工厂 → 一期 EXL‑50U IMAS 子集、工程合同和资产清单 (P1-1→G0/G1/G4)；二期 EHL‑2 首炮数据与模型交换基线 (P2-0/P2-4→G5/G6/G7); 边界: schema/DD/machine mapping 均需显式版本与迁移。
  3. 模型执行—V&V—阶段门: 模型执行、谱系与 V&V → 受控证据工厂 → 一期 可重放 run manifest 与留出盲测证据 (P1-5/P1-6→G4)；二期 虚拟 campaign 的模型/结果/已知偏差证据包 (P2-6→G8/G9); 边界: 不可观测结果明确标为设计推断。
  4. 知识图谱—ECharts/3D—决策追溯: 证据图谱与决策界面 → 知识与只读工作台 → 一期 跨域 shot/run 工作台与证据对比 (P1-5/P1-6→G4)；二期 虚拟 campaign/readiness 看板与只读 shadow 证据 (P2-6→G8/G9); 边界: 浏览器、知识图谱和大模型永远没有控机写通道。

步骤详解

  1. 身份与事实层: MDSplus / 权威档案保持不可变；统一 shot、run、事件、装置 / 几何、坐标、时间和校准 ID。 (一期 + 二期 · 关键路径)
  2. 语义与存储层: IMAS DD + IMAS‑Python 承载聚变语义；工程资产 / 时序采用独立合同；大对象进入内容寻址存储。 (一期 + 二期 · 关键路径)
  3. 模型执行与 V&V: 容器化 adapter + HPC scheduler + immutable run manifest + 模型卡 / 适用域 / 验证状态。 (一期 + 二期 · 关键路径)
  4. 知识与决策界面: 一期交付 shot / run 工作台与证据对比，二期扩展虚拟 campaign / shadow；KG 管实体 / 关系 / 证据，ECharts / 3D 管比较与追溯。 (一期 + 二期 · 关键路径)

一期: EXL‑50U：冻结 shot / run / geometry / calibration / model 身份，建立 MDSplus 事实源、IMAS 语义交换、工程资产合同和不可变 run manifest。

二期: EHL‑2：维护 as-designed / as-built / as-tested 配置差异，支撑虚拟 campaign、实时数据质量、模型适用域和 shadow twin 证据。

输入: 原始炮数据、工程时序与批准配置；IMAS IDS、工程资产和接口字典；模型代码、容器、配置、网格和求解日志；论文、模型卡、V&V 与阶段门审批证据

输出: 统一 shot / run / asset / geometry / timebase 标识；可重放 run manifest 与对象校验和；跨模型数据契约、版本迁移和 lineage；Knowledge Graph 证据关系与只读 API / 可视化

验证证据: schema、单位、坐标和校验和自动门禁；同输入 / 版本可重放及迁移回归测试；输入—运行—输出—审批 provenance 覆盖；权限、审计、保留期和受控计算域边界检查

工作包→阶段门: P1-0→G0；P1-1→G0/G1/G4；P1-5→G4；P1-6→G4；P2-0→G5/G6；P2-4→G6/G7/G9；P2-6→G8/G9

适用边界: IMAS 是聚变物理语义交换层，不替代原始档案，也不强迫全部工程信号进入不适配 IDS；KG 保存关系与证据索引，不存大场数据。

02A / 一期 / PHASE I

EXL‑50U · 12 周

单场景族、单证据链、可重复的离线 / 准实时最小闭环示范

证明一次实验能够从计划、物理预演、控制测试、工程载荷核查，到执行、诊断复盘和模型更新完整且可追溯地跑通。
EXL‑50U 工作包计划
工作包区间
P1-0 · 场景族、坐标、时基与验收基线1–2
P1-1 · 原始炮数据、工程传感器与 IMAS 子集1–8
P1-2 · 预实验平衡、线圈波形与 as-shot 重构1–7
P1-3 · PCS 回放、RZIP / ROM、MIL→SIL（HIL 条件式）3–9
P1-4 · 正常脉冲与给定事故包络：电磁 / 热并行分支与部件响应3–10
P1-5 · 模型编排、三维场与证据对比4–11
P1-6 · 历史炮回放、留出盲测与模型回写10–12
交互图加载中…
G0
范围与契约冻结

装置、场景、数据、模型、坐标、时基、责任人与安全边界全部明确

项目周 / WEEK 2
G1
as-shot 基线

同一 shot 身份下完成原始数据、校准、重构与可重复回放

项目周 / WEEK 4
G2
虚拟控制

批准的 MIL / SIL 测试矩阵通过；HIL 仅在真实硬件接入后成立

项目周 / WEEK 9
G3
工程载荷链

正常与事故包络的载荷守恒、映射和数值敏感性证据齐备

项目周 / WEEK 10
G4
盲测发布

留出数据未被人工调参污染；物理、控制、工程、诊断、运行共同评审

项目周 / WEEK 12

02B / 二期 / PHASE II

EHL‑2 · 6 个月

首等离子体虚拟调试 + 与控制网隔离的只读 shadow twin

在 EHL‑2 实际装置与调试配置基线受控后，完成低能量首等离子体场景的虚拟试验、控制与诊断联调、运行员演练和在线只读影子运行。
01真空场 / 电源 dry-run02null / 误差场与涡流03实际预电离源 / 击穿04burn-through / Ip 建立05成形后 R / Z 控制06基础诊断确认07安全终止
六个月入口条件

M1 必须已有具名代码负责人、可运行且经过基准测试的模型链、受控的 EHL‑2 装置描述 / 剖面假设和可用算力；缺少任一项时，非线性 MHD 与高功率加热转为拓展交付，不阻断 first-plasma 虚拟调试主线。

EHL‑2 工作包计划
工作包区间
P2-0 · 实际配置、工程核查与 first-plasma 任务冻结1–2
P2-1 · 真空场—击穿 / burn-through—成形等离子体控制1–4
P2-2 · 按物理问题组织：平衡 / 剖面—线性响应—精选非线性2–5
P2-3 · 成形等离子体后的条件式 EC / NBI 评估2–5
P2-4 · 控制关键 / 监测诊断分级与状态估计2–5
P2-5 · 实时 plant emulator、SIL 与条件式 HIL3–5
P2-6 · 虚拟 first-plasma campaign 与 readiness review5–6
交互图加载中…
G5
动员与入口条件

模型 owner、可运行基线、EHL‑2 装置描述 / 剖面假设、算力、首炮目标与配置差异登记齐备

项目月 / MONTH 1
G6
配置与模型基线

实际配置冻结；真空场、击穿 / burn-through、Ip / R / Z 场景与最小诊断、执行器、保护接口可追溯

项目月 / MONTH 2
G7
虚拟调试

SIL / 实时 plant emulator、诊断时延和故障矩阵通过；HIL 仅按可用硬件验收，shadow 始终只读

项目月 / MONTH 4
G8
集成演练

名义与选定故障 campaign、运行员演练和回退流程完成

项目月 / MONTH 5
G9
Readiness review

开放项、适用域和不确定度透明；证据进入正式 Go / No-Go 评审输入

项目月 / MONTH 6
设计目标 ≠ 首炮验收

EHL‑2 官方公开设计目标包括 B₀≈3 T、Iₚ≈3 MA、17 MW NBI 和 6 MW ECRH；本路线将其作为后续高性能离线设计包络。first plasma 只按实际 commissioning configuration 验收低能量建立、位置控制、最小诊断和安全终止。

核对 EHL‑2 官方参数 ↗

03 / ACCEPTANCE & CREDIBILITY

按证据验收

责任人须在 G0/G5 依据本地基线冻结误差、实时预算与成功判据；本页不代定科学容差。
01

可追溯

100% 关键产物

shot / run ID、输入 hash、代码 commit、容器、配置、几何、网格、求解器和输出版本齐全。

02

可重复

同输入同版本可重放

确定性差异有说明；原始、校准、派生和重构层不互相覆盖。

03

可验证

预测量必须有残差或边界标签

实验可观测量进入 V&V；不可观测结果明确标为设计推断，不用前端视觉替代证据。

04

可降级

控制与诊断故障矩阵通过

时延、丢包、偏置、执行器饱和和模型超域均有显式状态与安全回退。

05

可治理

每道阶段门有 owner 与签字

科学容差在 G0 / G5 由物理、控制、工程、诊断负责人冻结，页面不擅自定义。

五条技术红线展示成功 ≠ 科学验证合成数据 ≠ 实验数据跨机迁移 ≠ EHL‑2 验证离线高保真 ≠ 实时能力数字孪生 ≠ 安全联锁

04 / TECHNOLOGY DECISIONS

技术选型

按决策需求与部署边界，选择经验证、可复现、可替换的模型链。
架构层推荐路线选择依据与边界模块
01实验源数据MDSplus / 现有权威档案与配置日志

不迁移或覆盖原始炮数据与获批 PCS 配置记录；以只读适配器接入，保留校准、质量与原始时间基准。

诊断感知数据基座
02语义交换IMAS Data Dictionary + IMAS‑Python

冻结 DD 版本与 machine mapping；IMAS 是跨模型语义层，不强迫所有工程信号套入不适配 IDS。

物理模拟诊断感知数据基座
03工程与实时接入边缘适配器 + EPICS PVA / OPC UA 类合同

保留现有 PLC / 控制协议；平台侧只读，统一单位、时标、质量、资产 ID 与校准版本。EPICS PVA / OPC UA 仅用于监督、慢控或平台侧只读接入，不假定承担控制关键硬实时回路；硬实时继续使用装置原生 PCS 接口。

工程仿真辅机模拟集成控制
04模型执行容器化 adapter + HPC scheduler + immutable run manifest

求解器留在受控计算域；输入、代码、容器、网格、配置与输出校验和形成可重放运行包。

物理模拟工程仿真总体集成
05平衡与控制pre-shot 自由边界场景工作流 + 独立 EFIT / PTEFIT as-shot 逆问题重构 + RZIP / ROM 实时 plant + SIL / 条件式 HIL

前向预演、逆问题重构和实时 plant 分工明确；每级各自声明数据来源、适用域和 V&V 证据。

物理模拟集成控制诊断感知
06工程分析给定事故事件包 → EM / 热两分支 → 结构 / 热应力

先实现可审计的单向映射；不把静态平衡、破裂热载荷和结构响应误写成简单串联，也不把给定包络写成破裂预测。

工程仿真总体集成
07EHL‑2 MHD批准的平衡 / 剖面 + 问题专用线性响应 + 精选非线性案例

CHEASE 等服务于平衡 / 预处理，MARS‑F 等回答特定线性响应问题；JOREK / 本地非线性代码仅在已有基准时提供离线设计证据。RZIP 属于控制模型，不列作 MHD 层级；具体代码均为候选，须经许可与本地 V&V 冻结。

物理模拟智能原生
08EHL‑2 启动与加热实际预电离源 / burn-through 模型；形成后 GENRAY+CQL3D；NUBEAM+ASTRA（候选）

先区分击穿和成形后波吸收 / 电流驱动；EC 是否进入首炮主线服从实际投运系统，NBI 与高功率场景服从许可和本地验证。

能量转化辅机模拟物理模拟
09产品与知识对象存储 + 元数据 / 版本库 + Knowledge Graph + ECharts / 3D viewer

图谱保存实体、关系和证据；大场数据留在对象存储；前端只编排和展示已版本化结果。

数据基座人机交互总体集成智能原生

05 / KNOWLEDGE MODULE MAPPING

模块分工

关联模块表示项目归属。图谱主要覆盖物理、工程、控制、诊断、AI 与装置证据；05–09 的独立证据域尚待扩建。
01

物理模拟

一期
平衡、位形、事故事件包
二期
启动、MHD、加热 / 输运
进入模块 ↗02

工程仿真

一期
电磁 / 热载荷与结构响应
二期
as-built、电源与调试包络
进入模块 ↗03

集成控制

一期
PCS replay、MIL / SIL；硬件可用时再做 controller-HIL
二期
实时 plant emulator 与 first-plasma 虚拟调试；HIL 条件式交付
进入模块 ↗04

诊断感知

一期
标定、EFIT、质量和残差
二期
最小实时诊断与合成诊断
进入模块 ↗05

能量转化

一期
预留数据与接口合同
二期
功率沉积与能量平衡
进入模块 ↗06

辅机模拟

一期
工程传感器与状态合同
二期
EC / NBI、电源、真空与冷却
进入模块 ↗07

人机交互

一期
跨域 shot / run 工作台
二期
运行员演练与 readiness 看板
进入模块 ↗08

数据基座

一期
IMAS、时序、对象与版本
二期
as-built / as-tested 配置主线
进入模块 ↗09

总体集成

一期
接口、编排、V&V 与阶段门
二期
虚拟 campaign 和 shadow twin
进入模块 ↗10

智能原生

一期
证据助手与经验证代理模型
二期
ROM / 异常候选；不直接控机
进入模块 ↗

证据投影　工作包关联知识模块；论文、代码、装置和模型证据由图谱管理，大型数据与求解结果不在此复制。

到图谱核对证据 →

06 / DECISIONS REQUESTED

三项院级决策

先冻结共同接口与责任边界，再扩展求解器和页面。
  1. 01

    批准 EXL‑50U 一期场景族、代表炮 / 留出集，并指定物理、控制、工程、诊断四位验收 owner。

  2. 02

    要求各团队共用装置、部件、shot、run、坐标、时间和版本标识；接口变更必须触发影响分析与复验。

  3. 03

    批准隔离的 PCS replay / SIL / HIL 与 HPC 证据工厂；展示网站、知识图谱和大模型永不直接获得控机权限。

07 / PRIMARY SOURCES

规划依据

工期与工作包为项目建议，非来源机构承诺；参数与能力以所列一手材料为准。
S01EXL‑50U：EFIT-mini、RZ-Ip 模拟器与千赫兹控制基线↗S02EHL‑2 官方装置与设计参数↗S03EHL‑2 物理设计综述（0D / 1.5D 设计目标）↗S04EHL‑2 加热与电流驱动设计研究↗S05EHL‑2 MHD 初步评估与适用边界↗S06ITER：IMAS 基础设施与物理模型开源↗S07IMAS‑Python：IDS、校验、重采样与 MDSplus↗S08IMAS Data Dictionary：pulse_schedule IDS↗S09EPICS 官方文档↗S10ITER CODAC Core System：实时框架、接口与隔离↗S11EHL‑2 MHD / JOREK 预测研究↗S12EHL‑2 divertor configuration 研究↗