Содержание к диссертации
Введение
1. Этапы жизненного цикла «проектирование - производство —эксплуатация» силовых трансформаторов 10
1.1. Анализ этапов жизненного цикла силовых трансформаторов 10
1.2. Поддержка процессов принятия решений на разных этапах жизненного цикла трансформаторов 21
1.3. Выводы 32
2. Поддержка процессов принятия решений на этапах проектирования и технологической подготовки производства 34
2.1. Расчетное проектирование трансформаторов в системе ТРАН-ПК 2002 35
2.2. Технологическая подготовка производства трансформаторов в системе ТРАН-ПК2002 44
2.3. Взаимодействие подсистем комплексной САПР трансформаторов ТРАН-ПК 2002 48
2.4. Практическое применение средств комплексного проектирования трансформаторов 56
2.5. Интеграция автоматизированных систем на этапах жизненного цикла силовых трансформаторов 62
2.6. Выводы и результаты 70
3. Поддержка процессов принятия решений на этапе эксплуатации силовых трансформаторов 72
3.1. Оценка состояния электротехнической системы 74
3.2. Разработка алгоритма комплексной оценки состояния 78
3.2.1. Постановка задачи 78
3.2.2, Метод динамического программирования , 80
3.2.3. Алгоритм комплексной оценки состояния трансформаторов 82
3.3. Разработка алгоритма автоматического момента перехода от детерминированных к статистическим методам оценки состояния 95
3.3.1. Постановка задачи 96
3.3.2. Алгоритм определения момента перехода к статистическим методам оценки состояния трансформаторов 99
3.4. Практическое применение статистических методов к исследованию накопленных на этапе эксплуатации данных 106
3.5. Разработка информационных технологий для поддержки жизненного цикла силовых трансформаторов 113
3.6. Выводы и результаты 118
Заключение 120
Список литературы 123
Приложение 1. Материалы об использовании результатов
диссертационной работы 134
- Поддержка процессов принятия решений на разных этапах жизненного цикла трансформаторов
- Технологическая подготовка производства трансформаторов в системе ТРАН-ПК2002
- Интеграция автоматизированных систем на этапах жизненного цикла силовых трансформаторов
- Алгоритм определения момента перехода к статистическим методам оценки состояния трансформаторов
Введение к работе
Мировые тенденции свидетельствуют о комплексном подходе к вопросам создания повой техники. Это означает, что на этапе замысла и последующего проектирования нового объекта принимается во внимание весь его жизненный цикл (ЖЦ). Системный подход к информационному взаимодействию субъектов, участвующих в поддержке ЖЦ отражен в концепции CALS (Continuous Acquisition and Life-cycle Support — непрерывная информационная поддержка ЖЦ продукта).
Силовые трансформаторы являются важнейшими элементами отечественной энергетики. Их установленная мощность оценивается величиной порядка 3030 млн, кВА. На производство трансформаторов затрачиваются остродефицитные материалы: электротехническая сталь, медь, алюминий, электрокартоп, трансформаторное масло и др. От надежного функционирования этих объектов зависит надежность работы всей энергосистемы.
Обеспечение системного подхода к созданию, производству, эксплуатации и утилизации таких сложных объектов, как трансформатор невозможно без автоматизированных компьютерных систем, что подтверждается многочисленными разработками в этой области- Современные системы автоматизированного проектирования (САПР) способны охватывать почти весь ЖЦ проектируемого изделия от идеи до производства. При проектировании трансформаторов стремятся удовлетворить требованиям стандартов и спецификаций с оптимизацией по одному или нескольким критериям. На этапе технологической подготовки производства (11111) - одном из наиболее трудно формализуемых этапов создания новой техники, также стремятся получить толерантное решение, исходя из проектных альтернатив, полученных на предыдущем этапе. Однако при этом окончательным решением, образованным суммированием достигнутых на каждом из этапов свойств, зачастую не учитываются другие значительные показатели. Например, экологическая безопасность, которая важна на последующих этапах ЖЦ. Здесь при созда-
ний новых видов объектов должны использоваться статистические данные, накопленные на этапе эксплуатации.
Таким образом, проектирование силовых трансформаторов должно осуществляться с учетом взаимосвязи и взаимодействия всех этапов его ЖЦ. Поэтому целесообразно говорить о проектировании полного жизненного цикла силового трансформатора. В данной работе сделана попытка комплексного подхода к решению данной проблемы. При этом определенный акцент делается на этап эксплуатации, что обусловлено необходимостью существенного продления ресурса трансформаторов, функционирующих в современных энергосистемах.
Целью данной работы является разработка алгоритмов и средств поддержки процессов принятия решений на разных этапах жизненного цикла силовых трансформаторов. Разработанные средства должны обеспечивать принятие эффективных решений в рамках полного жизненного цикла силовых трансформаторов.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решались следующие задачи-
Формализация процессов принятия решений (ППР) на отдельных этапах ЖЦ силовых трансформаторов.
Создание средств расчетного проектирования и подсистемы технологической подготовки производства трансформаторов.
Разработка алгоритма комплексной оценки состояния трансформатора на основе метода динамического программирования-
Разработка алгоритма автоматического определения момента перехода от детерминированных к статистическим методам оценки состояния,
Разработка информационных технологий и методологии поддержки ППР на этапах ЖЦ силовых трансформаторов.
При решении поставленных задач в работе использованы методы теории множеств и графов, теории случайных процессов и математической ста-
тистики, теории построения информационных систем, методы технической диагностики, методы структурного и объектного программирования.
Предложены и реализованы следующие алгоритмы и средства поддержки ППР на этапах ЖЦ «проектирование - производство - эксплуатация» силовых трансформаторов, составляющие научную новизну работы.
Способ организации интегрированного взаимодействия подсистем при комплексном проектировании трансформаторов, отличающийся возможностью обеспечения «сквозного» проектирования от расчета трансформаторов до технологической подготовки производства включительно.
Алгоритм комплексной оценки состояния трансформаторов на основе метода динамического программирования, отличающийся универсальностью и возможностью построения эффективной схемы диагностирования по различным заданным критериям.
Алгоритм автоматического определения момента перехода от детерминированных к статистическим методам оценки состояния, отличающийся экономичностью по сравнению с алгоритмами, основанными на использовании выборок фиксированного объема за счет применения последовательных методов.
Подход к обеспечению информационной поддержки ППР на этапах ЖЦ силовых трансформаторов, отличающийся системной организацией анализа состояния объекта на всех этапах ЖЦ,
На защиту выносятся: 1- Способ организации интегрированного взаимодействия подсистем при комплексном проектировании трансформаторов.
Алгоритм комплексной оценки состояния и диагностики трансформаторов на основе метода динамического программирования.
Алгоритм автоматического определения момента перехода от детерминированных к статистическим методам оценки состояния.
4- Подход к обеспечению информационной поддержки ППР на этапах ЖЦ силовых трансформаторов.
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (Иваново, 1999, 2001, 2003 гг,) [78, 80, 85, 86, 100], международной научно-технической конференции «Информационные технологии в образовании, технике и медицине» (Волгоград, 2000 г.) [42], VII международной научно-технической конференции «Информационная среда вуза» (Иваново, 2000 г.) [99], V международной конференции «Новые идеи в науках о земле» (Москва, 2001 г.) [79], VII международном симпозиуме «Электротехника 2010» (Москва, 2003 г,) [83].
Результаты работы внедрены в ряде энергетических предприятий (Череповецкие электрические сети, Костромская ГРЭС? Акмолинские межрегиональные электрические сети и др.) в составе системы ДИАГНОСТИКАМ; в Ивановском государственном энергетическом университете в составе системы ТРАН-ПК, используемой в процессе учебного проектирования силовых трансформаторов; а также в составе информационного интернет-портала по трансформаторному оборудованию (www,transform,пД который активно используется специалистами проектных и конструкторских организаций, ИТР заводов по производству трансформаторов, специалистами энергосистем, работниками ремонтных служб, специалистами по утилизации трансформаторов, студентами вузов электротехнических специальностей.
Диссертационная работа структурно состоит из введения, трех глав и заключения.
Во введении определены цели и задачи исследования, обоснована актуальность выбранной темы, сформулированы новые научные результаты, перечислены основные положения, выносящиеся на защиту.
В первой главе проводится анализ этапов ЖЦ силовых трансформаторов со средствами поддержки ППР на разных этапах, уточняются задачи диссертационной работы. Проведенный комплексный анализ полного ЖЦ трансформаторов позволил установить внешние и внутренние связи этапов между собой их следование один за другим в определенном порядке и соче-
тании, выявил ряд показателей, требующих учета при проектировании новых видов объектов- Одним из таких показателей является экологическая безопасность. Поддержка НИР является необходимой функцией определяющей эффективность каждого этапа. Анализ средств поддержки ППР выявил необходимость формализации методов получения исходных и промежуточных оценок, алгоритмизации самого процесса выработки решения. Установлена необходимость выработки решений на этапах проектирования и технологической проработки в рамках одного последовательного ряда действий. Показана их связь с процессом эксплуатации, и его важность при создании следующих поколений трансформаторов. Выполнен обзор существующих решений в области диагностики трансформаторов, отмечена необходимость разработки средств комплексной оценки состояний трансформаторов. Выявлены недостатки существующих средств поддержки ППР на этапах ЖЦ трансформаторов. На основании проведенного анализа также сделан вывод о необходимости создания методологии системного анализа развития объекта на всем временном интервале — от замысла до утилизации.
Вторая глава посвящена вопросам организации комплексного взаимодействия программных средств на этапах ЖЦ. Рассмотрены вопросы построения и взаимодействия подсистемы расчетного проектирования трансформаторов и технологической подсистемы раскроя электротехнической стали в рамках одного программного комплекса. Для автоматизированного проектирования свойственны следующие проектные процедуры: информационная подготовка проектирования; настройка и адаптация математической модели объекта и процесса; расчетное проектирование; представление результатов; анализ результатов и принятие решений; хранение результатов расчетного проектирования- Выбор варианта решения в целом основан на субъективной оценке, которая является основой для объединения разнородных физических параметров решаемой проблемы в единую модель. Однако при принятии решений по многим критериям существует и объективная составляющая. Рассматривается разработанная система ТРАН-ПК 2002, кото-
рая включает подсистему расчетного проектирования трансформаторов и подсистему, реализующую задачу эффективного раскроя электротехнической стали. В результате взаимосвязанного функционирования расчетной и технологической подсистем имеется возможность решения проектных задач в
^ комплексной постановке, например, выбор диаметра стержня магнитопрово-
да и формирование сечения стержня с учетом минимальных отходов электротехнической стали и т.д. Для эффективного функционирования подобных комплексов на предприятиях необходимо обеспечивать связь с технологическим оборудованием, работающим на принципах ЧПУ, потенциальный охват по информации смежных подразделений предприятия. Эти аспекты требуют реализации на основе формальных коммуникаций- Поэтому во второй главе также рассматриваются вопросы информационной интеграции с другими автоматизированными системами на основе CALS-технологий, которые базируются на единых международных информационных, коммуникационных и
Ч* функциональных стандартах.
В третьей главе рассматриваются вопросы поддержки 111 IP на этапе эксплуатации. Разрабатываются алгоритмы, акцентируется внимание на вопросах построения системной методологии поддержки НИР на этапах ЖЦ силовых трансформаторов. Предлагается подход к формализации процесса принятия решений путем формирования для произвольной ситуации универсального алгоритма диагностики трансформатора, что особенно важно в условиях, когда такая диагностика выполняется, автоматизировано, т.е. с помощью компьютерной системы- На основании разработки алгоритма и его использования отмечаются следующие моменты
1- При наличии дефекта в силовом трансформаторе возможна оптимальная схема диагностирования при использовании любого заданного критерия: трудоемкости, стоимости испытаний, времени нахождения дефекта и др. 2. Использование конкретного метода в схеме комплексного диагностирования определяется характеристиками данного метода: трудозатратами на его использование и достоверностью даваемых им результатов. Для оптимизации
общих трудозатрат следует в каждой энергосистеме стремиться к получению объективных значений этих характеристик.
3. Для более детального распознавания дефектов в силовом трансформаторе можно рекомендовать расширение набора диагностических методов.
Реализованный алгоритм функционирует в составе системы оценки состояния силовых трансформаторов «Диагностика+». Также в третьей главе реализуется алгоритм автоматического определения момента перехода от детерминированных к статистическим методам оценки состояния, и приводятся результаты статистических исследований данных измерений, накопленных на этапе эксплуатации трансформаторов.
Итогом третьей главы является рассмотрение вопросов разработки информационных технологий для поддержки ППР на всем ЖЦ трансформаторов. В качестве подхода к обеспечению информационной поддержки ППР на этапах ЖЦ силовых трансформаторов, рассматривается организация единого источника информации, доступного в сети Интернет. Представлена разработка информационного портала для поддержки ППР на всем ЖЦ трансформаторов.
В заключении подведены итоги работы. Перечислены результаты и выводы работы, определены направления дальнейших исследований.
Поддержка процессов принятия решений на разных этапах жизненного цикла трансформаторов
Процесс принятия решений зачастую состоит в генерации возможных альтернатив решений, их оценке и выборе лучшей альтернативы из их сово купности. При этом постоянным сопутствующим фактором являются неоп ределенности, которые, как правило, разделяются на три класса [67]. А именно, неопределенности, связанные с неполнотой знаний о проблеме, по которой принимается решение; неопределенность, связанная с невозможно стью точного учета реакции окружающей среды на предпринятые действия, и, наконец, неточное понимание своих целей лицом, принимающим решения (ЛПР). Рассмотрение задач с такими неопределенностями с позиции точно поставленных целей невозможно в принципе. Для этого необходимо изба виться от неопределенностей- Как было отмечено выше, эффективность ТС оценивается по целому ряду показателей - критериев. По ряду критериев развитие ТС может быть прогрессивным, в то время как по другим - регрессивным. Среди всей массы критериев имеется множество критериев гуманитарных, социальных, поэтому в целом оценка эффективности становится субъективной, ЛПР или конструктор вынуждены исходить из своих субъективных представлений об эффективности возможных альтернатив и важности раз t личных критериев. Субъективная оценка в настоящее время является единст венно возможной основой объединения разнородных физических параметров решаемой проблемы в единую модель, позволяющую оценивать варианты решений [60, 108].
Системный анализ — это взаимосвязанное логико-математическое и комплексное рассмотрение всех вопросов, относящихся не только к замыслу» разработке, производству, эксплуатации и последующей ликвидации современных ТС, но и к методам руководства всеми этими этапами с учетом социальных, политических, стратегических, психологических, правовых, географических, демографических и других аспектов.
Сущность системного анализа заключается не в математических методах и процедурах: его рекомендации далеко не обязательно вытекают из вычислений. Существенным является то, что систематически на всех этапах жизненного цикла любой ТС осуществляется сопоставление альтернатив, по возможности в количественной форме, на основе логической последовательности шагов, которые могут быть воспроизведены и проверены другими. Системный анализ позволяет глубже и лучше осмыслить сущность ТС, их структуру, организацию, задачи, закономерности развития, оптимальные пути и методы управления, Достоинство системного анализа состоит в том, что он позволяет систематически и эффективно сочетать суждения и интуицию экспертов. Системный анализ должен рассматриваться не как противопоставление субъективным суждениям, а как структурная основа, которая обеспечивает использование суждений экспертов для получения результатов, превосходящих любые индивидуальные суждения. Системный анализ имеет и ограничения, как и другие способы исследования.
Первоначально (50-е годы XX в.) была принята жесткая парадигма системного анализа: "Все проблемы сводятся к выбору оптимальной альтернативы среди множества допустимых средств достижения предуказанной цели" [64], Целостная система часто субъективно воспринималась как целенаправленная, демонстрирующая цель, а её части как демонстрирующие функции, служащие этой общей цели. Цель заключалась в оптимизации системы по заданному критерию. X. Саймон указал: оптимизация - всего лишь абстракция, призванная облегчить математическое манипулирование моделями; существует принципиальный разрыв между реальным функционированием систем и мифическим преследованием целей. В реальных сложных системах таких целей, как правило, оказывается несколько- Система как бы преследовала несколько целей, часто противоречивых. При проектировании сложных систем возникали большие трудности из-за невозможности определить одну цель или даже установить жесткую иерархию целей. С. Викерс выдвинул так называемую мягкую парадигму установления и поддержания отношений, оказавшуюся более продуктивной, более близкой к реальностям жизни и сложностям действительности, чем парадигма преследования целей. Основная идея мягкой парадигмы заключается в «компромиссе» между различными целями, в нахождении решений, которые в какой-то мере удовлетворяли бы всем выдвинутым критериям (а значит, полностью не удовлетворяли бы ни одному из них). Этот подход возник от понимания того, что во многих случаях не хватает информации для линейного ранжирования возникших решений, и может осуществляться только групповое ранжирование. Соответственно расширялся и математический аппарат оптимизации. Наряду с вариационным исчислением, решением дифференциальных уравнений, линейным программированием и т.п., используются методы многокритериальной оптимизации, размытые множества и т.д.
Таким образом, признание права на субъективность решения - есть признак появления новой парадигмы, характерной для другого научного направления - принятия решений при многих критериях. Однако при принятии решений по многим критериям существует и объективная составляющая. Как правило эта составляющая включает в себя ограничения, накладываемые внешней средой на возможные решения, например, наличие ресурсов, временные ограничения, экологические требования, социальная обстановка и т.п. ЛПР необходимы средства дополнительной аналитической поддержки принятия решений, чтобы избежать использования упрощенных, а иногда и противоречивых решающих правил.
Основой для компьютерной поддержки ППР является формализация методов получения исходных и промежуточных оценок, алгоритмизация самого процесса выработки решения. Формализация методов генерации решений, их оценки и согласования является чрезвычайно сложной задачей. На различных этапах ЖЦ ТС эта задача сильно зависит от характеристик доступных средств, степени понимания проблем, по которым принимаются решения, и методов формализации,
В таблице 1,1 были показаны внешние связи между этапами ЖЦ ТС и функциями, определяющими эффективность этапов. Однако существуют и внутренние обратные связи между всеми этапами ЖЦ трансформаторов. Особенно эти связи выражены между технологией и конструированием- Во многих случаях технологический метод влияет на будущую конструкцию элементов, следовательно, и на всю ТС. Технология выступает основным фактором, определяющим развитие конструкции как в частных технических решениях, так и в общем её построении. Важная задача в процессе проектирования - выдача конструкторам научно обоснованных данных, полученных при использовании той или иной технологии.
На практике этапы проектирования и технологии зачастую реализуются слишком автономно и жестко последовательно, что приводит к резкому снижению эффективности ЖЦ. Кроме того, этап технологической подготовки производства остается одним из наиболее трудно формализуемых этапов создания новой техники. Подобная трудность обусловлена необходимостью учета широкого спектра подверженных значительной динамике производственных условий. Даже самый простейший технологический процесс, который для специалиста кажется элементарным, на самом деле представляет собой систему со сложными закономерностями.
Технологическая подготовка производства трансформаторов в системе ТРАН-ПК2002
Для квалифицированного пользователя может быть рекомендовано использование этапа настройки математической модели трансформатора. Обмен информацией между системой и пользователем производится при помощи меню. Первоначально проектировщикам определяются параметры оптимизации: во-первых, указываются параметры, которые можно изменять в определенных пределах с целью получения желаемого результата (варьируемые параметры); во-вторых, указываются параметры, которые не должны выходить за определенные границы при изменении варьируемых параметров (ограничения). В подсистеме непрерывной оптимизации в качестве критерия возможно использование стоимости трансформатора или народнохозяйственных затрат. Варьируемые параметры выбираются из следующего списка: диаметр стержня, индукция в стержне, плотность тока в обмотке НН, плотность тока в обмотке ВН, плотность тока в РЗ, При варьировании плотности тока осуществляется автоматический набор оптимальных высоты, ширины витка и числа слоев. Ограничения выбираются из следующего списка: потери КЗ, потери XX, удельная масса активной части, напряжение К3 высота окна, межосевое расстояние, перегрев ОНН над маслом, перегрев ОВН над маслом. Имеется возможность выбирать список ранее сформированных ограничений. Необходимая для расчета трансформатора информация о конструкции и характеристиках составляющих его компонент (входные параметры) загружается та» которая использовалась в предыдущем сеансе работы, либо вводятся новые данные. Оптимизация проводится методом деформируемого многогранника (п. 2.1). По окончании оптимизации информация о полученном варианте в удобном виде выдается проектировщику для анализа, и может быть сохранена в базе данных как текущий результат.
Функционирование технологической подсистемы, реализующей задачу раскроя электротехнической стали, также начинается с ввода исходных данных (п. 2.2), которые вводятся технологом либо выбираются из базы данных. Осуществляется поперечный и/или продольный раскрой с целью минимизации отходов стали. В режиме диалога фиксируется рабочий день, относительно которого начинается функционирование подсистемы. Имеющийся к этому периоду задел в пластинах и рулончиках автоматически учитывается при формировании текущей потребности. В процессе интерактивного взаимодействия обеспечивается оперативная настройка на конкретную производственную обстановку- Текущие результаты функционирования подсистемы оцениваются технологом, при необходимости вносятся соответствующие коррективы, например» при значительных отходах стали в процессе раскроя вводятся дополнительные рулоны. Текущие результаты могут сохраняться в базе данных, также сохраняются в базе данных реальные результаты раскройного и сборочного цехов.
Модуль анализа и интерпретации позволяет работать с информацией накопленной в базе данных и полученной в результате работы расчетной и технологической подсистем. Имеется возможность генерировать формат и вид отображаемой информации из базы данных, Например, возможно сведение в одну таблицу нескольких вариантов рассматриваемого трансформатора (результаты работы расчетной подсистемы), существующих аналогов, ин- формации о потребностях (отходах) стали при изготовлении магнитопрово-дов этих трансформаторов и существующем заделе в пластинах и рулончиках (результаты работы технологической подсистемы) и т.п.
Также в модуле анализа и интерпретации реализован алгоритм построения множества Парето (рис. 2.4). Алгоритм построения множества Па-рето в случае необходимости активизируется пользователем. В результате обеспечивается сокращение множества решений, за счет выделения из него множества неулучшаемых вариантов, что значительно облегчает задачу нахождения оптимального варианта. Например, задача сформулирована следующим образом: в результате работы расчетной подсистемы в базе данных имеется множество вариантов рассматриваемого трансформатора, также в базе данных содержатся результаты работы технологической подсистемы, остатки в пластинах и рулончиках, требуется выбрать только варианты, для которых отход стали, будет наименьший- Модуль анализа и интерпретации позволяет сократить число рассматриваемых вариантов, путем построения множества Парето, критерии выбираются пользователем (например, в качестве критериев могут быть выбраны стоимость трансформатора и отход стали).
Модуль генерации отчетов позволяет подготавливать любую информацию, находящуюся в базе данных, к выводу на печать. При этом существуют как статические виды отчетов, например, «таблица сравнений аналогов рассматриваемого трансформатора», «результаты работы раскройного цеха» и т.п., так и динамические, генерируемые на основе запросов к базе данных, или полученные в результате работы модуля анализа и интерпретации Функционирование системы ТРАН-ПК 2002 основывается на развитой базе данных, расширенная информационная модель которой содержит единый набор объектов, обеспечивающих взаимосвязанное функционирование подсистем. База данных (БД) содержит информацию о выпускаемых на предприятии трансформаторах, видах пластин электротехнической стали, используемых в каждом трансформаторе, технологическом оборудовании предприятия, информацию о деловых остатках в рулончиках и пластинах, текущих результатах (раскроя, расчета и т.п.), нормативно-справочную информацию, информацию об области поиска и методе оптимизации и т.д. На рисунке 2.5 представлен фрагмент модели данных системы ТРАН-ПК 2002.
Доступ к объектам базы данных регламентируется правами, предоставленными отдельным учетным записям пользователей- Например, пользователь-проектировщик имеет полный доступ ко всем объектам, в то время как технолог может изменять только содержимое таблиц базы данных, имеющих непосредственное отношение к технологической подсистеме. Система ТРАН-ПК 2002 реализована в виде клиент серверного приложения под ОС Windows. В качестве сервера базы данных используется InterBase, Язык разработки Delphi, Как уже было отмечено выше, отличительной особенностью разработанной системы является взаимосвязанное функционирование расчетной и технологической подсистем. Одной из причин независимого существования указанных подсистем являлась их привязка к базовому унифицированному ряду изменения диаметра стержня магнитопровода dc = ...,180,200,220,240,260,280,300,.- (мм). При расчете трансформаторов, мощность которых составляла 630 - 4000 кВЛ, диаметр стержня варьировался с шагом 20 мм или ещё большим для трансформаторов больших мощностей. Это не позволяло параметрическую оптимизацию проводить достаточно точно из-за слишком грубого изменения диаметра стержня de. На рисунке 2.б,а схематично показано независимое функционирование расчетной системы трансформаторов и технологической системы раскроя электротехнической стали.
Интеграция автоматизированных систем на этапах жизненного цикла силовых трансформаторов
Стандарт STEP регламентирует: логическую структуру базы данных, номенклатуру информационных объектов, хранимых в БД, их связи и атрибуты. Типовые информационные объекты, такие как данные о составе изделия, материалах, геометрии изделия, независимые от характера описания изделия, называются в стандарте «интегрированными ресурсами», на основе которых строятся схемы баз данных об изделии для разных предметных областей: автомобилестроения, судостроения, аэрокосмической промышленности и т.д. Готовые схемы баз данных называются в стандарте «протоколами (правилами) применения» и представляют собой типовые решения. Стандарт также предусматривает способы взаимодействия с хранилищем данных — с помощью текстового обменного файла (ISO 10303-21) и через стандартный программный интерфейс (Standard Data Access Interface - SDAI - ISO 10303-22). Немаловажной отличительной особенностью стандарта STEP от аналогичных является его расширяемость. В самом стандарте регламентирована методика разработки на его основе новых моделей данных. Эта методика гарантирует согласованность новых информационных моделей, как с самим стандартом, так и с другими моделями данных построенными на его основе. Что дает возможность, дополняя международную информационную модель необходимыми понятиями адаптировать ее под нужды конкретной отрасли или конкретного предприятия.
При работе с данными об изделии рабочее место хранилища данных должно предоставлять возможность выполнять некоторые операции- Такой модуль должен позволять просмотреть и внести изменения в информацию об изделии. К ней относятся: структура изделия и его конфигурации; характеристики изделия; информация о проведении изменений; документация и файлы прикладных систем; организационная информация. Среди российских разработок известна компьютерная система PDM STEP Suite, которая позволяет управлять данными о машиностроительном изделии. Назначение PDM Step Suite - собрать всю информацию об изделии в интегрированной базе данных и обеспечить совместное использование этой информации в процессах проектирования, производства и эксплуатации.
Внедрение ИТ в деятельность предприятий трансформаторостроения позволит получить выгоды по материальным критериям таким как сокращение продолжительности производственного цикла, сокращение затрат, повышение качества, а также выгоды от наличия хранилища данных о продукте. Например, на предприятиях трансформаторостроения в связи падением объемов производства в последние годы произошло значительное увеличение среднего возраста кадрового состава специалистов, наличие хранилища дает уверенность в том, что информация о продукте и разработках зафиксирована в базах данных предприятия и доступна для всех, а не только известна нескольким работникам, собирающимся выйти на пенсию. Безусловно, ИТ применяются на предприятиях достаточно длительное время для решения локальных задач, но они не объединены едиными системными подходами и практически не затрагивают систему управления предприятием.
Как было отмечено выше, взаимодействие приложений с хранилищем данных может осуществляться как минимум двумя способами: через обменные файлы STEP (ISO 10303-21) и через стандартный интерфейс доступа SDAI(ISO 10303-22).
Разработанная система ТРАН-ГЖ 2002 использует расширенную информационную модель, которая используется как расчетной подсистемой, так и подсистемой технологической подготовки производства- В настоящее время практически завершены работы по её модернизации с целью обеспечения возможности обмена с хранилищем данных и другими приложениями посредством обменного файла.
На основании анализа средств поддержки процессов принятия решений на этапе проектирования, существующих САПР трансформаторов, в первую очередь отечественных, предложены следующие результаты, способствующие принятию эффективных решений в рамках полного ЖЦ трансформаторов. 1. Предложена схема взаимодействия подсистем комплексной САПР трансформаторов, обеспечивающая интеграцию в рамках одного программного комплекса подсистемы расчетного проектирования трансформаторов и подсистемы технологической подготовки производства. 2. Разработана комплексная САПР трансформаторов ТРАН-ПК 2002, которая включает: - подсистему расчетного проектирования трансформаторов, обеспечивающую принятие решения на основе заданного критерия -минимума народнохозяйственных затрат или стоимости трансформатора; - подсистему технологической подготовки производства, реализующей задачу эффективного раскроя электротехнической стали, обеспечивающую принятие решения по загрузке оборудования с учетом производственных возмущений; - модуль анализа и интерпретации, который позволяет решать задачи в комплексной постановке, с учетом результатов работы как расчетной, так и технологической подсистем; - развитую базу данных, расширенная информационная модель которой содержит единый набор объектов, обеспечивающих взаимосвязанное функционирование подсистем. 3, Дальнейшая интеграция разработанной системы ТРАН-ПК 2002 с автоматизированными системами на этапах ЖЦ, достигается посредством применения CALS-технологий.
Алгоритм определения момента перехода к статистическим методам оценки состояния трансформаторов
На основании выше изложенного можно сформулировать следующие выводы. 1. При наличии дефекта в силовом трансформаторе возможна оптимальная схема диагностирования при использовании любого заданного критерия: трудоемкости, стоимости испытаний, времени нахождения дефекта и др. 2. Использование конкретного метода в схеме комплексного диагностирования определяется характеристиками данного метода: трудозатратами на его использование и достоверностью даваемых им результатов. Для оптимизации общих трудозатрат следует в каждой энергосистеме стремиться к получению объективных значений этих характеристик. 3. Для более детального распознавания дефектов в силовом трансформаторе можно рекомендовать расширение набора диагностических методов. Профилактические мероприятия, проводимые в зависимости от состояния силового трансформатора более эффективны по сравнению с профилактикой выполняемой по регламенту. Применение статистической диагностики позволяет определить вероятность работоспособности трансформатора в определенный момент времени и принять решение о проведении профилактических работ. Практика использования статистической диагностики в технике и в медицине показывает, что её эффективность прямо пропорциональна знанию функций распределения вероятностей тех случайных величин, которые и делают диагностический процесс случайным (распределение неисправностей, результатов поверок и т.д.)- Опыт разработки и эксплуатации конкретных объектов диагностики позволяет составить представление о видах функций распределения, используемых для стохастического управления диагностикой. Оценка распределения включает как оценку его вида, так и оценку соответствующих параметров. В математической статистике разработано достаточно большое число подходов к параметрической оценке функций распределений. Однако, методы оценки, основанные на использовании обучающей выборки фиксированного объема, не могут быть эффективными из-за своей неэкономичности. Сам процесс оценки параметров должен оптимизироваться. Если переход на статистическую диагностику будет осуществлен в конце жизненного цикла объекта, то получаемая выгода будет маленькой. Преждевременный переход на статистические методы также не дает выигрыша и приводит к излишним потерям. Если обучающая выборка слишком мала, то достоверность оценки распределения будет недостаточной и статистическая оптимизация процесса диагностики по такой оценке не будет эффективной. Ниже дается описание разработанного алгоритма, который позволяет автоматически определять момент перехода на статистические методы диагностики.
Пусть на основном вероятностном пространстве задана случайная последовательность (fl i, -) гДе 9 - ненаблюдаемая (6є0), а ( і, --) - наблюдаемая компоненты ( eS, V/(l, 2, .„TV)). Величины и при s t являются независимыми случайными (в общем случае многомерными) величинами, одинаково распределенными согласно функции распределения вероятностей / 6). После каждой /-й диагностики объекта в истории диагноза фиксируются данные в виде верифицированного диагноза и значений контролируемых величин, где s - верифицированный диагноз, Ь - вектор измерений дискретных контролируемых величин объекта диагностики (трансформатора). Параметр 0 — это неизвестный параметр функции распределения F(E i\B\ который необходимо оценить прежде, чем переходить к статистическим методам технической диагностики.
До тех пор, пока не получена оценка 9, для неизвестного параметра в истории диагноза, нельзя статистически оптимизировать алгоритмы диагностики. Такую оценку необходимо получить как можно быстрее и точнее- На этих противоречивых требованиях основывается критерий оптимизации процесса поиска оптимального момента перехода на статистическую диагностику. Критерий учитывает как нарастание траекторных потерь на сбор диагностической информации в виде историй диагноза, так и ожидаемое значение терминального выигрыша от перехода на статистические методы диагностики [53] Статистикой, достаточной для принятия решения об истинном значении неизвестного параметра 8е0 является последовательность вероятностей л» Щу яг, TCJ, ..., щ. Именно с этой последовательностью связывается критерий оптимизации, т,е. функции траекторных потерь и терминального выигрыша. В указанной последовательности ти - априорная вероятность, она задается исходя из изучения таких материалов, как результаты лабораторных и сдаточных испытаний объекта диагностики (трансформатора); оценки надежности; анализ возможного разброса контролируемых величин объекта; соображения преемственности опыта разработки и эксплуатации похожих объектов и т.д. Если задана априорная вероятность л, то после каждой диагностики объекта можно по формуле Байеса найти апостериорную вероятность ки Щ и т.д.
Функция траекторных потерь с (ям 0 (te(\929 . .JV), д0 - л), учитывает потери двоякого рода. Потери, связанные с недостаточной достоверностью и экономичностью традиционных детерминированных методов диагностики, которые применяются до момента перехода на статистические методы. Эти потери зависят от nh поскольку именно щ определяет энтропию ситуации. Потери могут зависеть от t, т.к. обычно со временем усложняются задачи, решаемые объектом диагностики, и повышается важность фактора времени при подготовке объекта диагностики к работе.
Функция терминального выигрыша g(izt9 t), учитывает численно те преимущества по достоверности и экономичности, которые дает переход на статистические методы диагностики с момента /+1. Этот выигрыш зависит от п, и может зависеть от /, т.к. затягивание перехода на статистические методы может сказаться и на самом выигрыше. Если сделать переход к концу жизненного цикла объекта, то выигрыш будет малым.
