Стартовая >> Архив >> Подстанции >> Автоматизированное проектирование силовых трансформаторов

Основные сведения об автоматизированном проектировании - Автоматизированное проектирование силовых трансформаторов

Оглавление
Автоматизированное проектирование силовых трансформаторов
Значение автоматизированного проектирования
Основные сведения об автоматизированном проектировании
Структура САПР
Основные принципы создания САПР
Виды САПР
Проблемы функционирования человека в САПР
Особенности технологии автоматизированного проектирования
Экономическая эффективность САПР
Понятие и назначение гибких автоматизированных производств
Проектирование технологических процессов на базе САПР
Проблемы и перспективы организации гибких автоматизированных производств в трансформаторостроении
Базовое техническое обеспечение
Периферийное техническое оборудование
Проблемы формирования комплекса технических средств САПР
Общесистемное программное обеспечение
Специальное программное обеспечение
Организация информации при использовании ЭВМ
Информационное обеспечение
Банки данных
Базы знаний
Предпосылки оптимального проектирования трансформаторов
Постановка задачи оптимального проектирования трансформаторов
Исследование характера задачи оптимального проектирования трансформаторов
Основные направления в разработке методов оптимального проектирования силовых трансформаторов
Оптимальное проектирование силовых трансформаторов методом рационализированного перебора
Разработка и исследование проектирования на основе метода случайного поиска
Сравнение и анализ эффективности методов оптимального проектирования силовых трансформаторов
Разработка математической модели трансформатора
Результаты применения методов программирования для оптимального проектирования
Развитие систем автоматизированного проектирования в электротехнике
Система автоматизированного проектирования типоисполнений трансформаторов класса 35 кВ
Система автоматизированного проектирования трансформаторов класса 110 кВ
Организация интегрированных систем автоматизированного проектирования трансформаторов
Модели графических документов
Общесистемное программное обеспечение машинной графики
Методология решения графических задач при проектировании трансформаторов
Структура чертежно-графической подсистемы
Организация специального программного обеспечения

Качество проектирования в значительной степени определяет темпы технического прогресса.
Прогресс производства в современных условиях связывают с достижениями в области автоматизации производства. Поскольку проектирование и разработка технологии являются ступенью производства (логическим уровнем), то прогресс на этой ступени также должен определяться автоматизацией.
Таким образом, автоматизация проектирования — закономерность, соответствующая естественному пути совершенствования производства вообще. Дело лишь в том, что логический уровень подготовки производства (проектирование и конструирование) связан непосредственно с интеллектуальной деятельностью человека, которую пока еще формализовать сложно.
При неавтоматизированном проектировании результаты во многом определяются инженерной подготовкой конструкторов, их производственным опытом, профессиональной интуицией и другими факторами. Автоматизированное проектирование позволяет значительно сократить субъективизм при принятии решений, повысить точность расчетов, выбрать наилучшие варианты для реализации на основе строгого математического анализа всех или большинства вариантов проекта с оценкой технических, технологических и экономических характеристик производства и эксплуатации проектируемого объекта, значительно повысить качество конструкторской документации, существенно сократить сроки проектирования и передачи конструкторской документации в производство, эффективнее использовать технологическое оборудование с программным управлением. Автоматизация проектирования способствует более полному использованию унифицированных изделий в качестве стандартных компонентов проектируемого объекта.
Применение ЭВМ при проектировании различных объектов с течением времени претерпевает значительные изменения. С появлением вычислительной техники был сделан переход от традиционных «ручных» методов проектирования к реализации отдельных задач проектирования на ЭВМ. Этот подход, характеризовавший использование ЭВМ на первом этапе, носит название «позадачного» и заключается в том, что каждая вновь возникающая задача решается с помощью автономно создаваемой программы, которая функционирует независимо от других программ данной предметной области. Коренной недостаток такого подхода заключается в том, что подобные программы строятся по принципу «натурального хозяйства», когда для решения отдельной задачи требуется полная подготовка вспомогательных средств (технических, информационных, программных и т. д.). Поскольку проектирование объекта, как правило, предполагает и его оптимизацию, то машинная программа в этом случае представляет «симбиоз» модели проектируемого объекта и некоторого алгоритма оптимизации. Естественно, что в этом случае ни модель, ни алгоритм оптимизации не могут использоваться для других целей (например, чтобы провести оптимизацию модели трансформатора с помощью другого алгоритма, необходимо разработать новую программу).
Однако применение ЭВМ на этом этапе, несмотря на отмеченный недостаток, позволило перейти от упрощенных методов расчета и проектирования с субъективным выбором «лучшего» варианта к научно обоснованным методам, обеспечивающим рассмотрение всего многообразия технически приемлемых вариантов с учетом заданных условий и ограничений и объективный выбор среди них оптимального.
По мере совершенствования ЭВМ акцент в использовании вычислительной техники постепенно смещался от факта применения ЭВМ в качестве электронного арифмометра в сторону более эффективного и производительного использования ЭВМ в системах с режимом ЭВМ — человек.
С появлением вычислительной техники новых поколений и совершенствованием методов ее использования наметился новый, системный подход к организации процесса проектирования на ЭВМ, заключающийся в создании крупных программных комплексов в виде пакетов программ (ПП) и САПР, ориентированных на определенный класс задач. Такие комплексы строятся по модульному принципу с универсальными информационными и управляющими связями между модулями, при решении задач данного класса используются единые информационные массивы, организованные в банки данных.
Объединение нескольких ПП в единую систему, предназначенную для реализации вполне определенных функций, позволяет говорить о новом, более высоком уровне в иерархии программных комплексов, т. е. САПР.

Рис. 1.1. Связь САПР с системами низшего и высшего уровней

При этом качественные изменения претерпевают и организация информационного, технического и других видов обеспечения, и, что особенно важно, условия обмена информацией между человеком и ЭВМ. Как правило, эти изменения направлены на повышение гибкости и универсальности системы, улучшение характеристик взаимодействия проектировщика с ЭВМ, повышение качества получаемого результата и снижение времени его получения. Собственно САПР могут в качестве подсистемы входить в системы более высокого уровня, например АСУП (рис. 1.1).
За последнее время автоматизированное проектирование превратилось в новое научно-техническое направление, стало самостоятельной научной дисциплиной [1]. Об этом свидетельствуют следующие факторы:
автоматизированное проектирование и САПР преподают во многих высших учебных заведениях;
растет число успешно функционирующих САПР;
увеличивается число публикаций по проблемам САПР;
САПР выделяется в отдельную рубрику в научно-технических и реферативных журналах;
ежегодно проводятся международные и всесоюзные конференции и совещания по проблемам САПР.
Дадим формальное определение САПР, определяющее ее главные особенности: САПР — человеко-машинная система, использующая современные математические методы, средства электронно- вычислительной техники и связи, а также новые организационные принципы проектирования для нахождения и практической реализации наиболее эффективного проектного решения соответствующего объекта.
Процесс проектирования на базе САПР можно разделить на следующие укрупненные этапы:

  1. Поиск принципиальных проектных решений.
  2. Разработка эскизного варианта конструкции и его оптимизация.
  3. Уточнение и доработка выбранного варианта конструкции выполнение полного детального расчета.
  4. Разработка полного комплекта чертежей.

Особенности этих этапов определяют эффективность применения ЭВМ на каждом из них. На первом этапе значительна роль эвристических действий. Полная автоматизация этого этапа возможна лишь в некоторых специальных случаях. Применение ЭВМ здесь наиболее целесообразно и эффективно при организации диалога между конструктором и ЭВМ, где конструктору отводятся функции выбора и принятия решений, а ЭВМ — выполнение действий по заданным алгоритмам, прежде всего представление необходимой информации и ее обработка в соответствии с заданием. На втором этапе, где рассматриваются различные конструктивные решения с выполнением большого количества операций расчета и оптимизации, целесообразно использование ЭВМ путем создания систем диалога с запрограммированным процессом конструирования и расчетной оптимизации, при этом конструктор направляет поиск оптимального варианта конструкции и принимает решения на основании выполненных расчетов. Поскольку третий и четвертый этапы требуют самых значительных затрат времени и средств (до 60%), причем расчетно-конструкторская деятельность на этих этапах достаточно просто алгоритмизируется, целесообразно применение на этих этапах ЭВМ в комплексе со средствами ввода- вывода графической информации.
Как правило, САПР предназначены для проектирования сложных объектов (в качестве такого объекта, в частности, можно рассматривать силовой трансформатор класса напряжения 35— 110 кВ и выше).
Сложным объектом проектирования считается изделие или сооружение, которое характеризуется следующими признаками:
состоит из большого количества элементов (деталей конструкции и комплектующих изделий);
отличается противоречивостью требований, предъявляемых к его качествам;
отличается неразработанностью формализованных зависимостей показателей его качеств от принимаемых решений или отсутствием однозначных критериев оценки этих решений;
имеет совокупность свойств, определяемых не только свойствами элементов, но и характером взаимодействия между элементами;
отличается новизной технических решений;
предназначается для эксплуатации в составе многокомпонентной системы или в меняющихся (не вполне определенным образом) условиях;
изготавливается с привлечением большого числа предприятий или с использованием индивидуальной технологии.

Очень высокие требования предъявляются и к конкретному проектировщику или группе проектировщиков сложного технического объекта. В настоящее время продолжительность проектирования большинства сложных объектов превышает разумные пределы, определяемые сроками морального износа, утратой конкурентоспособности изделий и др. Поскольку сложность объектов будет возрастать, а время проектирования должно сокращаться, можно сделать вывод, что единственной разумной альтернативой неавтоматизированному проектированию может быть широкое использование САПР.
Основываясь на рассмотрении процесса проектирования различных сложных объектов и существа решаемых при этом проектных и проектно-технологических задач, можно утверждать, что системы автоматизированного проектирования должны:

  1. Автоматически выявлять наилучшие проектные и проектнотехнологические решения во всех случаях, когда оптимизационные задачи поддаются формализации.
  2. Автоматически вводить в процессе работы системы информации во все взаимосвязанные программы, использующие соответствующую информацию в качестве исходной.
  3. Автоматически проверять совместимость решений, принимаемых по разным частям и элементам проектируемого объекта, и осуществлять (когда это возможно) корректировку несовместимых решений без участия проектировщика.
  4. Автоматически выдавать в привычной для проектировщика форме некоторые промежуточные результаты.
  5. Выдавать любые промежуточные результаты по запросу проектировщика.
  6. Предоставлять проектировщику возможность вносить произвольные коррективы в первоначально принятые системой решения.
  7. Давать возможность изолированного решения отдельных задач по задаваемым проектировщиком исходным данным.
  8. Накапливать опыт проектирования.
  9. Выдавать по запросу любые сведения, хранящиеся в банке данных системы.
  10. Обеспечивать возможность совершенствования и развития системы без ее коренной переделки.

Все эти требования могут быть сведены к двум важнейшим качествам системы: информативность и адекватность. Именно они практически полностью определяют успех внедрения и эксплуатации САПР.
Практика разработки и эксплуатации САПР показывает, что ряд особенностей построения автоматизированной системы может быть оговорен и сформулирован до начала ее проектирования. Может возникнуть вопрос: накладывает ли специфика объекта проектирования требования на структуру и организацию САПР? На этот вопрос следует ответить утвердительно. Специфика проектирования, например, трансформаторов состоит в следующем:

  1. Это «старый» объект, расчетами и проектированием которого специалисты занимаются уже более 100 лет, следовательно, все принципиальные улучшения конструкции уже, как правило, внесены, а стремление к повышению технико-экономических показателей трансформатора заставляет проектировщиков все глубже вникать в существо физических процессов, что достигается на пути последовательного усложнения математической модели трансформатора и адекватного отражения процессов, протекающих в нем, в том числе и при переходных режимах.
  2. Если трудоемкость проектирования силового трансформатора средней мощности класса напряжения 35 кВ принять за 100%, то трудоемкость отдельных проектных процедур распределится ориентировочно следующим образом: обзор существующих конструкций и определение патентной чистоты изделия 2—3%; выполнение расчетов 6—14%; проработка конструкции 12—20%; выполнение чертежей 37—55%; согласование технической документации 6—18%; оформление технической документации 9—16%.
  3. Неавтоматизированное проектирование трансформаторов реализуется на основе интуитивных методов, определяемых квалификацией проектировщика, и логических методов, базирующихся на достижениях теории проектирования трансформаторов, соотношение между этими компонентами неодинаково: с ростом мощности и класса напряжения проектируемого трансформатора доля творческих функций растет, что связано с расширением круга проблем и наличием для крупных трансформаторов множества альтернативных решений по принципиальным электрической и компоновочной схемам трансформатора, типам обмоток и магнитопровода, способам защиты от перенапряжений и предупреждения перегревов элементов конструкции и т. д. Выбор конкретных решений производится на стадии расчетного проектирования исходя из условий обеспечения электрической прочности изоляций, механической и термической стойкости, заданного уровня потерь, необходимых условий транспортировки, технологичности конструкции и др.
  4. На производство трансформаторов расходуются остродефицитные материалы: электротехническая сталь, медь, алюминий. При большом объеме выпуска трансформаторов в стране даже незначительное снижение потребления материалов на каждый производимый трансформатор будет обеспечивать заметный экономический эффект.


 
Вакуумная сильноточная дуга в магнитном поле »
электрические сети