Исследование методов и разработка алгоритмов для поддержки жизненного цикла силовых трансформаторов
На правах рукописи
УДК 681.3.06:621.3
РОГОЖНИКОВ Юрий Юрьевич
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ И РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ
ДЛЯ ПОДДЕРЖКИ жизненного цикла
СИЛОВЫХ трансформаторов
Специальность 05.13.12 – системы автоматизации
проектирования
(электротехника, энергетика)
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Иваново 2003
Работа выполнена на кафедре Безопасности жизнедеятельности
Ивановского государственного энергетического университета.
Научный руководитель –
доктор технических наук, профессор Попов Г. В.
Официальные оппоненты –
доктор технических наук, профессор Половинкин А. И.
кандидат технических наук, доцент Тихонов А. И.
Ведущая организация –
Ивановская сетевая компания ОАО ИВЭНЕРГО, г. Иваново
Защита состоится 25 декабря 2003 г. в 11 часов в аудитории Б-237 на
заседании диссертационного совета Д 212.064.02 при Ивановском
государственном энергетическом университете.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГЭУ.
Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 153003, г. Иваново, ул. Рабфаковская, 34, Совет ИГЭУ.
Автореферат разослан 24 ноября 2003 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
кандидат технических наук, доцент ТЮТИКОВ В. В.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Мировые тенденции свидетельствуют о комплексном подходе к вопросам создания новой 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, электрокартон, 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) охватывают 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 (ТПП) – 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. Очевидно, что при создании 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.
Цель диссертационной работы и задачи исследования. Цель работы заключается в разработке алгоритмов и средств поддержки процессов принятия решений на разных этапах 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.
Основные методы исследования. При решении поставленных задач в работе использованы методы теории множеств и графов, теории случайных процессов и математической статистики, теории построения информационных систем, методы технической диагностики, методы структурного и объектного программирования.
Научная новизна результатов. Предложены и реализованы следующие методы и средства поддержки ППР на этапах ЖЦ «проектирование – производство – эксплуатация» силовых трансформаторов.
- 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 эффективностью по сравнению с алгоритмами, основанными на использовании выборок фиксированного объема.
- Подход к обеспечению информационной поддержки ППР на этапах ЖЦ силовых трансформаторов, отличающийся системной организацией анализа состояния объекта на всех этапах ЖЦ.
На защиту выносятся:
- 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.
- Подход к обеспечению информационной поддержки ППР на этапах ЖЦ силовых трансформаторов.
Практическая ценность результатов работы определяется:
- Повышением эффективности принимаемых решений проектировщиком, на этапе проектирования силовых трансформаторов, за счет применения разработанных средств, а также благодаря системному подходу, учитывающему все этапы ЖЦ трансформаторов в комплексе.
- Снижением затрат на этапе эксплуатации и продлением срока службы оборудования за счет применения эффективных схем диагностирования.
- Повышением эффективности полного ЖЦ трансформаторов за счет разработки информационного портала, который способствует принятию эффективных решений субъектами, участвующими в поддержки ЖЦ трансформаторов.
Реализация результатов работы. Основные научные и практические результаты реализованы в виде программных комплексов и используются в составе:
- комплексной САПР трансформаторов ТРАН-ПК 2002;
- системы диагностики технического состояния электрооборудования ДИАГНОСТИКА+;
- информационного интернет-портала по трансформаторному оборудованию www.transform.ru.
Система ТРАН-ПК 2002 используется в процессе учебного проектирования силовых трансформаторов в ИГЭУ.
Система ДИАГНОСТИКА+ внедрена и активно применяется в ряде энергетических предприятий (Череповецкие электрические сети, Костромская ГРЭС, Акмолинские межрегиональные электрические сети и др.).
Информационный портал доступен в сети Интернет и 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.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях: «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (Иваново, 1999, 2001, 2003 гг.), международной научно-технической конференции «Информационные технологии в образовании, технике и медицине» (Волгоград, 2000 г.), VII международной научно-технической конференции «Информационная среда вуза» (Иваново, 2000 г.), V международной конференции «Новые идеи в науках о земле» (Москва, 2001 г.), VII международном симпозиуме «Электротехника 2010» (Москва, 2003 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 118 наименований и включает 134 страницы основного текста, 41 рисунок, 11 таблиц.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
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.
Рис. 1. ЖЦ силового трансформатора и его компонентов
1 – планирование; 2 – исследовательские работы; 3 – проектирование; 4 –технологическая проработка; 5 – изготовление, производство; 6 – транспортировка; 7 – монтаж; 8 – эксплуатация; 9 – утилизация;
– информационный поток и обратные связи; – материальный поток
Согласно международному стандарту ISO 9004-1 под жизненным циклом понимается совокупность процессов, выполняемых от момента выявления потребностей общества в определенной продукции до удовлетворения этих потребностей и утилизации продукта.
В данном случае таким продуктом является силовой трансформатор, представляющий собой сложную техническую систему, состоящую из большого числа узлов, деталей и металлоконструкций.
Проведенный комплексный анализ полного ЖЦ трансформаторов позволил установить внешние и внутренние связи этапов между собой, их следование один за другим в определенном порядке и сочетании (рис. 1), выявил ряд показателей, требующих учета при проектировании новых видов объектов.
Поддержка ППР 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.
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 разработке комплексной САПР трансформаторов. Рассмотрены вопросы построения и интегрированного 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.
Общая задача параметрической оптимизации трансформатора представляет собой задачу минимизации некоторого множества критериев Z={f1(X),f2(X),…,fn(X)} при существующих параметрических и функциональных ограничениях.
В подсистеме непрерывной оптимизации задача представляется как нахождение минимума некоторого критерия при определенных условиях:
min 
при 
, (1)
где f(X) – значение функции (критерия); X=(x1,x2,…,xn) – вектор варьируемых переменных; G=(g1,g2,…, gm) – вектор ограничений. В подсистеме используется метод деформируемого многогранника (Нелдера и Мида): производится минимизация функции с использованием значений функции в (n+1) вершинах многогранника, построенного в n-мерном пространстве En, с помощью операций отражения, растяжения, сжатия и редукции в несколько этапов.
Правила для p-го этапа:
; 
(2)
вектор, определяющий положение вершины m многогранника в пространстве En,
(3)
есть значение целевой функции в вершине многогранника.
Для учета ограничений используется метод штрафных функций, со следующим видом штрафного функционала:
;
; (4)
при 
; 
при 
;
где n – количество ограничений; dgi(x) – нарушение ограничения; gi(x) – расчетное значение ограничения; [gi] – заданное нормированное значение ограничения; ki – коэффициент штрафа.
В технологической подсистеме реализуется задача эффективного раскроя электротехнической стали и соответственно распределения рулонов стали по технологическим линиям в зависимости от вида требуемых пластин.
Для поперечного раскроя задача представляется в следующем виде:
min 
, (5)
когда множеству 
ставится в соответствие множество 
, где 
; Z – общий излишек пластин; pi – пластина i-го типа длиной ai, шириной bi и потребностью Si; Vl – стандартный нож l-го типа, обеспечивающий получение klm пластин шириной clm, выкраиваемых за один раз; xij – количество заготовок длиной ai, пропускаемых через стандартный нож Vl; yij – количество пластин одного типоразмера, получаемых из одной заготовки; М – количество пластин, нарезаемых из одной заготовки; Na – количество типоразмеров нарезаемых пластин; Nj – количество способов получения пластины одного типоразмера; Nb – количество стандартных ножей.
Решение задачи (5) осуществляется в два этапа. На первом этапе формируется соответствие piDi, i{1,…,Na}, где Di – множество пар (l, m), l{1,2,…,Nb}, m{1,2,…,M}, при (l,m)Di bi=clm. На втором этапе минимизируется функционал Z.
Для продольного раскроя постановка задачи имеет вид:
min 
(6)
при 
; 
, 
, где K – критерий эффективности. Как правило 
, Mi=min{Ni,L,Pi}, при SNibi < bi; xi – количество рулончиков шириной bi; S – ширина рулона стали без учета технологических отходов; n – количество видов рулончиков; Pi – максимально необходимое количество рулончиков данного вида; L – максимально допустимое число рулончиков, выкраиваемое из одного рулона; D – максимально допустимый отход стали.
Задача (6) решается методом перебора. Число последовательных этапов N перебора определяется из условий: 
.
На рисунке 2 (в соответствии ГОСТ 19.701-90 (ИСО 5807-85)) представлена схема взаимодействия подсистем комплексной САПР трансформаторов.
Рис. 2. Взаимодействие подсистем комплексной САПР трансформаторов
В результате взаимосвязанного функционирования расчетной и технологической подсистем имеется возможность решения проектных задач в комплексной постановке, например, выбор диаметра стержня магнитопровода и формирование сечения стержня с учетом минимальных отходов электротехнической стали и т.д. В разработанной системе ТРАН-ПК 2002 допускается любое варьирование диаметра стержня магнитопровода. Постановка задачи в комплексном виде и поддержка принятия решений осуществляется посредством модуля анализа и интерпретации, который позволяет работать с информацией накопленной в базе данных и полученной в результате работы расчетной и технологической подсистем. Функционирование системы основывается на развитой базе данных, расширенная информационная модель которой содержит единый набор объектов, обеспечивающих взаимосвязанное функционирование подсистем.
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 функциональных стандартах.
Третья глава посвящена разработке алгоритмов поддержки ППР на этапе эксплуатации и вопросам построения системной методологии поддержки ППР 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.
Пусть задано конечное множество S, состоящее из N элементов sj, именуемых состояниями. Каждому состоянию соответствует какой-либо дефект, само состояние sjS, характеризуется неотрицательной весовой функцией (sj), называемой вероятностью состояния sj. Задано также конечное множество M, состоящее из R элементов mi, именуемых методами. Каждый метод miM разбивает множество S на два подмножества, т.е. идентифицируемых состояний и неидентифицируемых с помощью данного метода. Метод miM характеризуется положительным числом c(mi) ценой. Метод можно применять не только на всем множестве S, но и на любом его подмножестве S*S. В этом случае подмножество S* разобьется также на два множества, либо применение метода просто не имеет смысла, т.к. не приближает к идентификации состояний.
Целью применения методов является определение из множества S его собственных подмножеств, а именно получение одноэлементных классов множества S, т.е. осуществляется полная идентификация состояний. Совокупность QM методов и последовательности, в которой они применяются для полной идентификации N состояний множества S, могут отличаться как последовательностью применения методов, так и множествами методов. Задача состоит в выборе оптимальных: совокупности методов Q и их последовательности применения для полной идентификации состояний, т.е. требуется так организовать алгоритм испытаний, чтобы определить характер дефекта и затратить наименьшие ресурсы.
Цена идентификации состояния sj вычисляется по формуле:
, (7)
где m1 метод, применяющийся первым для идентификации состояния sj; c(mk) цена метода mk; M множество методов применяемых для идентификации состояния sj. Таким образом, цена полной идентификации состояний, выражающая среднюю стоимость затрат на обнаружение состояний (дефектов), вычисляется как математическое ожидание цены идентификации состояний:
. (8)
Связь состояний sjS с методами mkM представляется в виде матрицы инциденций, которую называют также таблицей функций неисправностей. Матрица инциденций представлена в таблице 1.
В ней также содержится следующая информация: ci – стоимость испытания; ki – степень достоверности оценки состояния объекта при данном испытании; pj – вероятность дефекта; ci=ci / ki – вычисляется для более наглядного сопоставления разных видов испытаний. Считается, что испытание mt предпочтительнее mp, если ct < cp. Для возможности использования компьютерных алгоритмов таблица функций неисправностей должна быть логически полной:
,(9)
т.е. для любой пары состояний sj, sn должен существовать хотя бы один метод mi, который эту пару разделяет. В случае несоответствия условию (9) матрица инциденций приводится к логической полноте посредством объединения нераспознаваемых дефектов.
Таблица1
Матрица инциденций
| mi | ci, чел.-час. | ki, отн. ед. | ci’ | Состояние, sj | ||||||||||||||
| 1 | 2 | 3, 5 | 4, 12,18 | 6 | 7,11,14 | 8 | 9 | 10 | 13 | 15, 21, 22, 23 | 16 | 17 | 19, 20 | 24 | ||||
| 1 | 16,5 | 0,95 | 17,37 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 2 | 8 | 0,9 | 8,89 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 3 | 5,5 | 0,8 | 6,87 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 4 | 3 | 0,8 | 3,75 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 5 | 5 | 0,85 | 5,88 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 6 | 17 | 0,95 | 17,89 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 7 | 17 | 0,95 | 17,89 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 8 | 16,5 | 0,9 | 18,33 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 9 | 3,5 | 0,8 | 4,37 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 10 | 4 | 0,8 | 5 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 11 | 3 | 0,6 | 5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| Вероятность, pj, отн. ед. | 0,05 | 0,125 | 0,12 | 0,05 | 0,05 | 0,1 | 0,005 | 0,015 | 0,05 | 0,01 | 0,1 | 0,05 | 0,1 | 0,15 | 0,025 | |||
Решение задачи выполнялось методом динамического программирования. Вероятности дефектов pj, получены из открытых источников, информация по стоимости ci для различных критериев и достоверности ki испытаний получены на основе экспертных оценок специалистов предприятия ОАО ИВЭНЕРГО. Что касается стоимости каждого испытания ci, то для разных энергосистем эти значения могут различаться. На рисунке 3 приведена оптимальная схема организации испытаний по критерию трудозатраты.
В результате сделаны следующие выводы:
- При наличии дефекта в силовом трансформаторе возможна оптимальная схема диагностирования при использовании любого заданного критерия: трудоемкости, стоимости испытаний, времени нахождения дефекта и др.
- 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.
- Для более детального распознавания дефектов в силовом трансформаторе можно рекомендовать расширение набора диагностических методов.
Рис. 3. Схема оптимального диагностирования (критерий трудозатраты)
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. Применение статистической диагностики позволяет определить вероятность работоспособности трансформатора в определенный момент времени и принять решение о проведении профилактических работ. Реализованный алгоритм сводится к последовательной параметрической оценке функций распределения случайных величин используемых при диагностике. После получения каждой истории диагноза анализируется выгодность остановки или продолжения обучения, в этом преимущество перед использованием обучающей выборки фиксированного объема. Критерий оптимизации параметрической оценки исследуемых распределений учитывает как траекторные потери c(t-1, t) на сбор и обработку диагностической информации, так и терминальный выигрыш g(t, t) от своевременного перехода на статистическую диагностику. Здесь tN, 0= – априорная вероятность,
t – апостериорная вероятность, вычисляется после каждой диагностики. Находится момент остановки, с максимальным выигрышем xt (10).
(10)
Знание стохастической модели, генерирующей истории диагноза, позволяет определить распределение по принципу сопряженности. Сопряженное распределение характеризуется значением гиперпараметра, от размерности которого зависит применяемый метод решения. Если достаточная статистика t описывается не более чем тремя гиперпарметрами, то оптимальное решение достигается применением метода обратной индукции как достаточно универсального метода динамического программирования. В противном случае используется “близорукое” правило, т.е. прогнозируется значение xt на один шаг вперед и происходит остановка при плохом прогнозе.
В третьей главе представлены результаты исследований данных измерений накопленных на этапе эксплуатации трансформаторов. Исследования проводились с использованием разработанных программных средств и существующих пакетов статистической обработки данных.
Для проведения исследований была взята выборка концентраций газов, растворенных в масле силовых трансформаторов, накопленная за весь период эксплуатации на Костромской ГРЭС – одной из крупных ГРЭС Европейской части РФ. Значения среднесуточных температур в районе ГРЭС (г. Волгореченск, Ивановская область) с 1980 г. по 2002 г. включительно были предоставлены Ивановским Гидрометеоцентром. На рисунке 4 представлены корреляционные связи между концентрацией газа CH4 и значениями среднесуточных температур.
Рис. 4. Пример статистических исследований
В результате проведенных исследований были выявлены отклонения концентраций газов в периоды значительного повышения температуры. Для формулировки достоверных выводов необходимо проводить исследования в других районах, а также следует обладать выборкой концентраций газов, состоящей из более частых, чем по регламенту замеров. Также для изучения сезонных колебаний применялись методы анализа временных рядов. Так в результате исследований воздействия окружающей среды на концентрацию газов растворенных в трансформаторном масле была выявлена периодичность в изменении концентраций газов в бездефектном оборудовании. Применение средств обработки данных способствует получению новых знаний об объекте срытых от глаз эксперта. Накопленные на этапе эксплуатации статистические данные и полученные на их основе новые знания способствуют принятию эффективных решений при создании новых видов объектов.
Итогом третьей главы является рассмотрение вопросов разработки информационных технологий для поддержки ППР на всем ЖЦ трансформаторов.
Рассмотренные подходы к принятию решений на этапах ЖЦ трансформаторов нацелены на повышение эффективности всего ЖЦ за счет принятия толерантных решений на каждом из этапов. Определяющую роль в полном ЖЦ играют начальные этапы (исследование, проектирование), а также соответствие всех этапов друг другу. Поэтому на первых этапах ЖЦ при оптимизации проектных решений каждый объект должен рассматриваться во всем множестве его проявлений. Принимаемые решения должны следовать тенденции оптимизации полного ЖЦ, которая неравносильна поэтапной оптимизации, где реализация конечных свойств достигается суммированием оптимальных свойств на каждом из этапов.
Исследование, применение и разработка методов и средств поддержки ППР на разных этапах ЖЦ трансформаторов позволяют обозначить основные моменты методологии поддержки ППР на полном ЖЦ трансформаторов.
В целом методология должна содержать систематизированные и классифицированные методы описания ЖЦ, т.е. методы исследования, проектирования, технологии, эксплуатации и др., представленные в совокупности и в отдельности, с выделенными свойствами, признаками, особенностями, а также их связи, взаимоотношения и правила применения с указанием эффективности и границ применения. Создание методологии ЖЦ силовых трансформаторов достаточно длительный процесс, требующий сбора информации, анализа, принятия коллективных решений и т.д. При этом разрабатываются новые и модифицируются существующие методы. Этим объясняется целесообразность разработки методологии в открытой среде, такой как Интернет.
Разрабатываемый информационный портал по трансформаторному оборудованию отображает весь ЖЦ силового трансформатора.
Для отдельных этапов ЖЦ дается соответствующее информационное обеспечение, в состав которого входят сведения о разнообразных информационных технологиях, используемых при проектировании, изготовлении, эксплуатации и т.д. трансформаторов. Наряду с информационными технологиями, представляемыми в виде описаний и демопрограмм, в структуре портала существуют разделы, обеспечивающие доступ к базам данных: нормативной информации; методов и алгоритмов, применяемых на этапах жизненного цикла; производителей и поставщиков трансформаторного оборудования. При этом предполагаются возможности глобального поиска, сравнения, анализа вне зависимости от принадлежности и размещения информации, многоуровневой детализации информации и непосредственного контакта с пользователями портала через Интернет и обратной связи с разработчиками.
Интернет-ресурс ориентирован на специалистов проектных и конструкторских организаций, ИТР заводов по производству трансформаторов, специалистов энергосистем, работников ремонтных служб, специалистов по утилизации трансформаторов, студентов вузов электротехнических специальностей.
Кроме этого, организация единого виртуального пространства по трансформаторному оборудованию должна способствовать развитию информационной и сетевой инфраструктуры отрасли, обмену и поиску информации об оборудовании, средствах диагностики и т.д., установлению партнерских связей и отношений между пользователями портала.
В заключении подведены итоги работы. Перечислены результаты и выводы работы, определены направления дальнейших исследований.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
- Выполнен анализ этапов ЖЦ силовых трансформаторов и средств поддержки ППР на разных этапах, установлены внешние и внутренние связи этапов между собой, выявлены показатели, требующие учета при проектировании новых видов объектов, определены требования к средствам поддержки ППР.
- Предложена схема взаимодействия подсистем комплексной САПР трансформаторов, на основе расширенной информационной модели. Разработанная система ТРАН-ПК включает:
- подсистему расчетного проектирования трансформаторов, обеспечивающую принятие решения на основе заданного критерия;
- 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.
- Предложен способ формализации ППР при выборе в определенной ситуации конкретного подхода к оценке состояния трансформатора.
- Разработан алгоритм комплексной оценки состояния трансформаторов на основе метода динамического программирования. Алгоритм обеспечивает поддержку ППР при выборе эффективной схемы диагностирования трансформаторов по различным заданным критериям.
- Разработан алгоритм автоматического определения момента перехода от детерминированных к статистическим методам оценки состояния путем последовательной параметрической оценки функций распределения случайных величин. В результате перехода на статистическую диагностику становится возможным принятие решений на этапе эксплуатации о проведении профилактических работ по состоянию трансформаторов.
- Проведены исследования статистических данных измерений, накопленных на этапе эксплуатации трансформаторов, позволившие выявить новые знания об объектах, скрытые от глаз эксперта.
- Созданы основы методологии поддержки ППР на полном ЖЦ трансформаторов, которая должна способствовать эффективному развитию объектов на всем временном интервале – от замысла до утилизации.
- Разработан информационный портал по трансформаторному оборудованию, способствующий принятию эффективных решений субъектами, участвующими в поддержке ЖЦ трансформаторов и повышению эффективности полного ЖЦ.
По теме диссертации опубликованы следующие работы.
- Попов Г.В., Игнатьев Е.Б., Рогожников Ю.Ю. Об одном подходе к формализации знаний для экспертных систем // Моделирование теплофизических процессов и вопросы энергосбережения в теплотехнологии: Межвуз. сб. науч. трудов. – Иваново: ИГЭУ, 2000. – с. 42 – 45.
- Игнатьев Е.Б., Попов Г.В., Рогожников Ю.Ю. К вопросу компьютерной диспансеризации // Информационные технологии в образовании, технике и медицине: Сб. науч. тр. В 2-х ч. Ч. 2. / ВолгГТУ. – Волгоград, 2000. – с. 203 – 205.
- Рогожников Ю.Ю. Количественная оценка связи концентрации газов и причин их появления в маслонаполненном оборудовании // Информационная среда вуза: Сб. ст. к конф. – Иваново: ИГАСА., 2000. – с. 272 – 274.
- Попов Г.В., Рогожников Ю.Ю. Компьютерная система диагностики объектов электро- и теплоснабжения геологоразведочных работ // Новые идеи в науках о Земле: V международная конференция. – Москва, 2001. – с. 84.
- Попов Г.В., Пышненко Е.А., Рогожников Ю.Ю. Оценка состояния объекта на основе нечеткой модели «Дефект-Признак-Рекомендация» // X Бенардосовские чтения: Тез. докладов МНТК. – Иваново: ИГЭУ, 2001. – с. 198.
- Попов Г.В., Рогожников Ю.Ю. Об оценке состояния электротехнической системы // Моделирование и исследование устройств электромеханики: Межвуз. сб. науч. трудов. – Иваново: ИГЭУ., 2001. – с. 85 – 89.
- Попов Г.В., Рогожников Ю.Ю. Исследование влияния сезонных метеофакторов на концентрацию газов в маслонаполненном оборудовании // Системный анализ в техносфере: Межвуз. сб. науч. трудов. – Иваново: ИГЭУ, 2002. – с. 84 – 87.
- Попов Г.В., Игнатьев Е.Б., Рогожников Ю.Ю., Ватлецов А.В. Разработка информационных технологий для поддержки жизненного цикла силовых трансформаторов // VII симпозиум «Электротехника 2010» Том 3: Сб. докладов. – Москва: ВЭИ., 2003. – с. 84 – 85.
- Попов Г.В. Рогожников Ю.Ю. Алгоритм комплексной диагностики масляных трансформаторов // Электрические станции. – 2003, – №8.
- Попов Г.В., Игнатьев Е.Б., Рогожников Ю.Ю., Сорвачёв А.В. Разработка информационных технологий для поддержки процессов принятия решений на этапах жизненного цикла силовых трансформаторов // XI Бенардосовские чтения: Тез. докладов МНТК. – Иваново: ИГЭУ, 2003. – с. 167.
- Попов Г.В., Рогожников Ю.Ю. Перспективы внедрения CALS-технологий на предприятиях трансформаторостроения для поддержки жизненного цикла изделий // XI Бенардосовские чтения: Тез. докладов МНТК. – Иваново: ИГЭУ, 2003. – с. 168.
- Рогожников Ю.Ю. Разработка алгоритма «обучения» системы диагностики силовых трансформаторов // XI Бенардосовские чтения: Тез. докладов МНТК. – Иваново: ИГЭУ, 2003. – с. 169.
Формат бумаги 60x84 1/16. Тираж 100 экз.
Печать плоская. Заказ
Отпечатано в ОМТ МИБИФ
153003, г. Иваново, ул. Рабфаковская, 34, оф. 101, тел. (0932) 38-37-36
