FUSION DIGITAL TWIN PROGRAM · 3 + 6 MONTHS

从 EXL‑50U 最小闭环，走向
EHL‑2 首等离子体虚拟实验

以装置描述（Machine Description）为基础、以统一数据契约为骨架、以经过验证的物理与工程模型为核心、以真实实验闭环作为验收对象，建设可安全演进的聚变数字孪生基础设施。

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

交付的不是“大屏”，而是一条有证据的实验数字线程。

每个结果必须绑定 shot / run、装置与几何版次、坐标与时基、校准和数据字典版本、代码与容器、输入输出校验和、适用域和审批状态。
  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，共同把模型变成可验证的实验能力。

先看总览中的支撑关系，再点击任一环节，下钻“聚变专业覆盖 → 候选工具链 → 技术子路线 → 一期 / 二期交付”；每条路线同步显示输入输出、V&V 证据、适用边界、工作包与阶段门。
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。
交互图加载中…
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

节点展示“研究覆盖什么、用什么工具、如何接成受控技术链、形成什么可验收结果”。工具为候选技术栈，须经装置基准题与适用域审查后固化。

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
交互图加载中…
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

按证据过门，不按日历自动“完成”。

数值误差、实时预算和装置成功判据必须在 G0 / G5 由责任人结合本地基线冻结；本页不凭空替专家定义科学容差。
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

技术选型服从问题、证据与部署边界。

不是集成尽可能多的求解器，而是为每个决策选择一条被验证、能复现、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

十大模块不是十条平行线，而是同一实验闭环的职责分工。

“关联模块”表示项目归属；当前知识图谱已结构化的证据域主要覆盖物理、工程、控制、诊断、AI 与装置，05–09 的独立证据域仍需后续扩建。
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　路线页把工作包映射到现有知识模块；论文、代码、装置和模型依据仍由 Knowledge Graph 管理，不复制大规模数据或求解结果。

从图谱核对论文、代码与装置证据 →

06 / DECISIONS REQUESTED

需要院级确认的三项决定

先冻结共同接口和责任边界，再增加求解器与页面；否则三个月会被数据、坐标与版本争议耗尽。
  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

规划依据与一手入口

时间区间与工作包是本项目建议，并非来源机构的承诺；装置参数和技术能力以链接中的官方 / 原始材料为准。
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↗