Автоматизированное проектирование силовых трансформаторов - Система автоматизированного проектирования трансформаторов класса 110 кВ

Система автоматизированного проектирования трансформаторов, именуемая в дальнейшем САПР-ПРТ (полный расчет трансформатора), является сложным человеко-машинным комплексом, базирующимся на соответствующем программном, информационном и техническом обеспечении, и предназначена для повышения производительности труда проектировщиков при максимальном использовании возможностей ЭВМ. Система может быть использована при проектировании двух- и трехобмоточных трансформаторов II—V габаритов классов напряжений до 110 кВ включительно с регулированием напряжения типа ПБВ или РПН (под нагрузкой).
САПР-ПРТ обеспечивает выполнение следующих проектных задач: оптимизационного расчета трансформатора с варьированием любых параметров в заданных диапазонах; полного расчета трансформатора; решения локальных расчетных задач, возникающих в практике промышленного проектирования; изготовления проектной документации на заданный тип трансформатора; проведения оптимизационных и исследовательских расчетов на упрощенной математической модели трансформатора.

Рис. 5.9. Иерархическая схема организации программного обеспечения САПР-ПРТ
Для каждой проектной задачи в системе предусмотрено несколько видов расчетов в зависимости от количества и расположения на стержне обмоток трансформатора, общее количество которых не должно превышать пяти.
Система разделена на несколько программных уровней. На высшем находится монитор САПР-ПРТ, который осуществляет подключение различных проектирующих подсистем, на втором уровне — управляющие программы проектирующих подсистем, затем модули различных уровней САПР и на самом нижнем уровне — стандартные подпрограммы математического обеспечения ЭВМ (рис. 5.9). К проектирующим подсистемам относятся: расчетная, чертежно-графическая, документирования и тиражирования, конструирования, структурной оптимизации, анализа и испытаний, подготовки носителей для станков с ЧПУ Функционируют первые три подсистемы, остальные находятся в стадии разработки.
Проектирующие подсистемы через монитор САПР связаны с обслуживающими подсистемами. К последним относятся: ОС ЕС ЭВМ, информационно-поисковая подсистема, подсистема параметрической оптимизации, пакеты программ по машинной графике (ПАД-ЕС, ГП-ЕС, ФАП-КФ), подсистемы синтеза графа вычислительного процесса, пакет программ планирования эксперимента.

Рис. 5.10. Схема взаимодействия подсистем САПН-ПРТ: ТД —точки диалога системы с проектировщиком
Все подсистемы САПР-ПРТ разработаны на основе принципа модульности, который позволяет производить независимую отладку и испытание модулей; перепрограммирование отдельных модулей, например, при изменении методики расчета, не требует изменения других модулей. Модули имеют универсальное сопряжение, что достигается за счет рациональной организации информационного обеспечения и общесистемного подхода к вопросам интерфейса отдельных модулей.
Совместное функционирование всех подсистем обеспечивает автоматизированное выполнение проектно-конструкторских работ при создании проекта трансформатора под управлением проектировщика (рис. 5.10). Каждая проектирующая подсистема может работать автономно, а также в составе других систем, автоматизированного проектирования.
Информационное обеспечение САПР-ПРТ разработано на основе следующих положений:
организации интегрированной базы данных; разработки типовой; схемы обмена данными между системой и проектировщиком, включая формирование базы Данных, внесение в нее изменений и выдачу данных;
представления в документах данных в виде, пригодном для непосредственного их использования при производстве трансформаторов;
обеспечения возможности непрерывного наращивания емкости базы данных, т. е. динамического способа еe формирования;
независимости проектирующих подсистем от выбора конкретной системы управления базой данных;
исключения обращений к базе данных из проблемных модулей в режимах многократного повторения (итерационным расчетам, оптимизации и т. д.).
Подход к организации информационного обеспечения САПР-ПРТ существенно отличается от решения данного вопроса в САПР-ТТ, поэтому его целесообразно рассмотреть подробнее.
Основным элементом информационного обеспечения системы функционирующим в процессе проектирования, является единая информационная конструкция, получившая название информационной зоны (ИЗ). ИЗ является информационным описанием трансформатора, поэтому в качестве принципа ее построения было использовано структурное иерархическое представление трансформатора в виде дерева, каждый элемент которого, расположенный в конце ветви, соответствует конкретному данному в ИЗ (рис. 5.11). Характер данных в ИЗ различен — это могут быть исходные данные, промежуточная информация, окончательные результаты расчета. Перед началом работы системы ИЗ, постоянно находящаяся в оперативной памяти ЭВМ, пуста. Она начинает заполняться в процессе функционирования системы.
Другой важнейшей информационной конструкцией в САПР-ПРТ является описание предметной области, которое представляется в виде матрицы инцидентности. Столбцы этой матрицы соответствуют параметрам ИЗ, а строки — проблемным модулям, функционирующим в системе.

Рис. 5.11. Структурное представление трансформатора

Матрица заполняется 1 —1 и 0 в зависимости от того, является данный параметр для модуля соответственно входным, выходным или нейтральным. Поскольку число проблемных модулей превышает 100 и большинство из них может функционировать в 2—5 режимах, а число параметров, описывающих пятиобмоточный трансформатор, более 1100, матрица инцидентности оказывается весьма громоздкой. Для экономии машинной памяти и ускорения процесса обработки матрицы она представляется в сжатом виде, т. е. без нулевых элементов. Формирование такой матрицы в САПР-ПРТ осуществляется с помощью специального программного комплекса, позволяющего автоматизировать процедуру создания и корректировки этой достаточно сложной и часто меняющейся информационной конструкции.
База данных САПР-ПРТ, предназначенная для долговременного хранения нормативно-справочной информации, организована в виде последовательных наборов данных. В каждом наборе содержатся однотипные записи, первые четыре элемента которых являются ключами поиска записи в наборе данных.
Связь проблемных модулей с базой данных осуществляется посредством двух системных модулей (SIST 03 и SIST 11) через именованную общую область SPR, получившую название справочной зоны.
Единицей обмена информацией при этом является запись. Передача информации в виде записи в проблемный модуль производится посредством обращения к системному модулю SIST 03. В формальных параметрах обращения указываются имя файла, параметры поиска записи, адрес записи в SPR. Последний параметр является выходным. SIST 03 совместно с SIST 11 обеспечивает поиск и чтение записи из базы данных в SPR и передачу адреса записи проблемному модулю.

Независимость проектирующей подсистемы от выбора конкретной системы управления базой данных обеспечивает создание для каждой СУБД связующего модуля, который обеспечивает обращение к СУБД и передачу информации из базы данных в SPR. Обращение к этому модулю происходит из системного модуля SIST 03 в соответствии со значением специального признака, меняя который, можно использовать любую систему управления базой данных.
Одним из таких модулей в САПР-ПРТ, ориентированным на БД в виде наборов данных, является модуль SIST 11. Поиск записей в файле осуществляется последовательным перебором всех записей. При этом ключевые параметры каждой записи сравниваются с заданными параметрами поиска записи. Возможно использование универсального банка данных, что не потребует корректировки модулей проектирующих подсистем, а лишь разработки стыковочного модуля, аналогичного SIST 11.
Определенную сложность в САПР-ПРТ представляло обеспечение проектирующих подсистем нормативно-справочной информацией в процессе, например, оптимизационного расчета трансформатора.
Здесь возможны три варианта реализации:

1. поиск и вызов информации с магнитного носителя каждый раз по мере ее необходимости;
2. заблаговременное формирование (перед выполнением проектного расчета) в оперативной памяти ЭВМ необходимой нормативно-справочной информации в виде справочной зоны;
3. формирование справочной зоны динамически в процессе работы проектирующей подсистемы.

Первый способ оказывается несостоятельным при выполнении оптимизационных расчетов из-за резкого возрастания машинного времени. Второй способ также имеет существенный недостаток: формирование SPR до функционирования подсистемы предполагает постоянство параметров, являющихся ключами поиска соответствующих записей в файлах. Среди этих параметров, как правило, диаметр стержня магнитопровода, индукция в стержне и другие, которые в ряде оптимизационных расчетов должны варьироваться. Кроме того, в этом случае значительно затрудняется настройка одного и того же модуля, функционирующего в различных режимах, на обработку различных записей, что является обязательным условием эффективной работы САПР.
В САПР-ПРТ принят третий способ формирования справочной зоны. Справочная зона в этом случае формируется, по существу, при расчете первого варианта.
Одновременно создается так называемая таблица описания данных (ТОД), которая при последующем расчете постоянно анализируется (рис. 5.12). Необходимость в новой информации, которая может возникнуть при изменении значения ключа любой записи вследствие варьирования этого параметра или изменения стратегии расчета, автоматически реализуется путем нахождения этой записи на магнитном диске и пересылки самой записи в: SPR, а ее характеристик—в ТОД.

Рис. 5.12. Схема поиска и передачи информации из базы данных в проблемные модули:
=→ информационные связи; → управляющие связи
ТОД организована таким образом, что порядковый номер обращения к базе данных из проектирующей подсистемы соответствует номеру строки ТОД. Это связано с тем, что количество и порядок обращений к базе данных из подсистемы в режиме оптимизации сохраняются при расчете каждого варианта.
Другим важным аспектом в информационном обеспечении САПР является конструирование межмодульного информационного интерфейса, который включает выбор способов передачи информации между модулями, разработку системных модулей и организацию информационных конструкций, реализующих передачу информации. Существенным вопросом при этом является фиксация «рождения» и «гибели» каждой информационной конструкции, когда эти конструкции наполняются актуальной информацией и когда эта информация теряет для системы значение или уничтожается.
Наиболее важной в САПР-ПРТ является организация информационного интерфейса между проблемными модулями. Для решения этой задачи используются системный модуль SIST 01 и общая область S. Каждый проблемный модуль работает с этой общей областью: вызывает из нее информацию и засылает результаты. «Рождение» S происходит сначала в модуле SIST 01, затем в самом проблемном модуле. «Гибель» при завершении функционирования модуля SIST 01, когда информация из области S засылается в информационную зону.

Таким образом, последовательность этого процесса для некоторого модуля Р имеет следующий вид:

1. обеспечивается нахождение участка матрицы инцидентности, соответствующего модулю Р и режиму его функционирования;
2. в процессе анализа этого участка матрицы модуль SIST 01 фиксирует все параметры ИЗ, которым соответствует 1 (единица), и последовательно помещает их значения в область S;
3. производится вызов модуля Р из системного -модуля SIST 01; в результате работы этого модуля его выходная информация помещается в область S сразу после входной информации; после окончания работы модуля Р производится возврат в модуль SIST 01;
4. модуль SIST 01 осуществляет пересылку информации из области S в ИЗ, анализируя участок матрицы на —1.

Отмеченные четыре этапа выполняются при функционировании каждого проблемного модуля проектирующей подсистемы.
Большое внимание при создании САПР-ПРТ было обращено на организацию эффективного интерфейса проектировщика с ЭВМ, что достигается с помощью различных проблемно-ориентированных языков [91, 93].
Одной из простейших форм языка, реализованной в системе, является табличный язык для ввода информации. Этот язык представлен: таблицей для ввода исходного задания на расчет трансформатора; таблицами для ввода исходных данных для расчета трансформатора.
Исходное задание на расчет трансформатора предназначено для инициализации работы системы и представляет собой заранее сконструированную таблицу-бланк, в которой предусмотрена позиционная запись информации в виде целых чисел, действительных чисел и текстовых констант. Таблица содержит ряд инструкций и правил по ее заполнению, а также единицы измерения и допустимые значения параметров, что значительно облегчает ее формирование (табл. 5.1).
Исходные данные для расчета трансформатора предназначены для конкретизации исходного задания на расчет. Таблицы исходных данных автоматически распечатываются на АЦПУ или выдаются на экран дисплея после синтеза графа вычислительного процесса, который осуществляется ЭВМ по исходному заданию на расчет. Эти таблицы содержат конструктивные и технологические параметры магнитопровода, обмоток и изоляционной системы. Единицы измерения и допустимые значения параметров указаны в соответствующих графах таблиц и в примечаниях к ним. Перед таблицами печатается инструкция о порядке их заполнения. Данные заносятся в соответствующие графы таблиц в произвольной форме (табл. 5.2 и 5.3).

Таблица 5.1. Исходное задание на расчет трансформатора

Таблица 5.2. Конструктивные и технологические параметры магнитопровода

Таблица 5.3. Конструктивные параметры обмоток и изоляционной системы

* 1—медь, 2—алюминий.
* 0—последовательное, 1—параллельное.
*** 0—треугольник, 1—звезда.
Кроме численных значений в эти таблицы проектировщиком могут вводиться символы вида V и С. Наличие символа V в строке соответствующего параметра означает, что в расчете этот параметр будет варьироваться при оптимизации объекта проектирования. Символ С означает, что данный параметр эквивалентен по значению соответствующему параметру базового варианта, номер которого предварительно задается проектировщиком. При этом обеспечиваются поиск базового варианта в архиве проектов трансформаторов и распечатка параметров этого варианта в соответствующем столбце таблиц.
Следует еще раз отметить, что таблицы исходных данных, формируемые ЭВМ, изменяются с точки зрения содержания и порядка следования параметров при изменении видов проектных расчетов и типов проектируемых трансформаторов. Такая возможность, реализуемая в САПР, объясняется учетом психологических особенностей проектировщика, которому трудно понять необходимость ввода данных, не требующихся для выполнения конкретного расчета. Подобные затруднения возникают тогда, когда для работы универсальной системы создаются таблицы исходных данных, одинаково пригодные для любых видов расчетов. Такие таблицы неизбежно содержат избыточную информацию. Другой подход — заранее конструировать таблицы для каждого вида расчета—также малоэффективен. Во-первых, он затрудняет работу проектировщика, который может перепутать таблицы; во-вторых, заведомо ограничивается набор возможных проектных расчетов.
В процессе функционирования САПР-ПРТ на АЦПУ и графопостроитель выводится ряд выходных документов, которые позволяют получать наглядную информацию о ходе вычислительного процесса и результатах проектирования и непосредственно используются в комплекте технической документации на трансформатор.

Таблица 5.4. Варьируемые параметры

Для формирования исходной области, в которой будет производиться поиск оптимального варианта, и допустимой области, где этот вариант потенциально находится, автоматически формируются и выдаются проектировщику для анализа таблица варьируемых параметров (табл. 5.4) и таблица ограничений (табл. 5.5). Обе эти таблицы в режиме диалога могут оперативно корректироваться проектировщиком и повторно выдаются на АЦПУ или дисплей в качестве документов для анализа результатов проектирования.
Таблица результатов расчета отдельных модулей предназначена для вывода числовых значений выходных параметров проблемных модулей, участвующих в расчете.
Таблица 5.5. Таблица заданных ограничений по расчету трансформатора ТДН-10000/110

а) Для трансформатора

Таблица 5.6. Статистика удовлетворения ограничений по ходу проектирования трансформатора ТДН-10000/110

Эта форма табличного языка позволяет проектировщику получать исчерпывающую информацию о результатах работы каждого проблемного модуля САПР-ПРТ, что дает наглядную картину динамики процесса расчета одного варианта трансформатора.
Вывод на АЦПУ информации о статистике удовлетворения заданных ограничений на соответствующие параметры трансформатора обеспечивается специальной формой (табл. 5.6). В информации также даются время, затраченное на расчет, полное число рассчитанных вариантов и количество вариантов, удовлетворяющих заданным ограничениям. Анализ этой информации облегчает проектировщику принятие решений при оптимизационных расчетах.
Предварительные результаты проектирования представляются в виде сводной таблицы лучших вариантов рассчитываемого трансформатора (табл. 5.7), содержащей основные параметры нескольких вариантов, находящихся в окрестности экстремума, и, естественно, оптимальный вариант (первый в таблице). Анализ этой таблицы позволяет проектировщику принять решение о выборе окончательного варианта, для которого на АЦПУ выдается полная информация в виде расчетной записки.
Описанный табличный язык, являясь наиболее простым и наглядным; обеспечивает запуск системы и анализ процесса ее функционирования. Что касается корректировки в процессе расчета математической модели трансформатора, то для этой цели разработан проблемно-ориентированный язык ПРОТРАН, который представляет собой набор операторов, записываемых по определенным правилам. Все операторы языка вводятся пользователем.

Формальное описание языка ПРОТРАН имеет вид:

1. <программа>:: = <предложение> | <программа>  <предложение>
2. <предложение>:: = <оператор>; РО

Таблица 5.7. Сводная таблица 15 лучших вариантов трансформатора

1. <oпepaтop>:: =<оператор BB> | <оператор ВВА1> |

<оператор БВАЗ> | Итератор ВЫВ>-1 Итератор ВЫЧ> |
<оператор ЗАП> | <оператор ЧИТ> | <оператор ПОВ> |
<оператор СР> 1 <оператор СПР> | <оператор ПОД> I <оператор ПР> | <оператор ТТ> | <оператор МАГ> |
<оператор ОБМ> ) <оператор ВЫП>

1. <оператор ВВ>:: =С1 Имя ВВ> <содержание 1>]
2. <содержание 1>: := <присвоение> j Недержание |1>, <присвоение>-
3. <присвоение>:: = <идентификатор> = <число> PI
4. Идентификатору: = <буква> | Идентификатор >

<буква>:: Идентификатора <цифра>

1. <буква>: :=A|B|C|D|B|F|G|H|I|J|K|L|M|O|P|.

R|Q|S|U|V|W|X|Y|Z

1. <цифра>::=0|1|2|3|4|5|6|7|8|9
2. <число>:: = <положительное число> I <отрицательное число>-
3. Положительное число>:: =<ЧБЗ> | +<ЧБЗ>
4. отрицательное число>:: = —<ЧБЗ>
5. <ЧБЗ>:: = <ЦБЗ> | <ДБЗ>
6. <ЦБЗ>:: =<цифра> | <ЦБЗ> <цифра>
7. <ДБЗ>:: =<ЦБЗ><ЦБЗ> | <ЦБЗ>  <ЦБЗ>
8. <имя ВВ>:: =ВВОД -Ρ5 (’ВВ-Р5
9. <оператор ВВА1>:: = С16<имя ВВА1> <содержание 1>-
10. <имя ВВА1>:: = ВВОДА1 Р6 |» » ВВА1 -Р6
11. <оператор ВВАЗ>:: = С17 Имя ВВАЗ> содержание 1>
12. <имя ВВАЗ>:: = ВВОДАЗ Р7 | ΒΒΑ3-Р7
13. <оператор ВЫВ>:: =С2  ВЫВ> <идентификатор> Р9 |

<оператор ВЫВ> <идентификатор> Р9

1. <имя ВЫВ>:: = ВЫВОД -ВЫВ
2. <оператор ВЫЧ>:: = СЗ <имя ВЫЧ> <идентификатор> Ρ10

ТДН-10000/110 при оптимизации по народнохозяйственным затратам

В приведенном описании Р0, Р1, ..., Р26 — семантические и обрабатывающие программы транслятора языка ПРОТРАН.
Транслятор с языка ПРОТРАН состоит из двух частей. Первая часть транслятора осуществляет разбор поступивших предложений, лексический и синтаксический контроль оператора, организует вызов обрабатывающих программ. Вторая часть транслятора включает программы семантического контроля конструкций языка и программы обработки поступившей информации, которые, собственно, и реализуют процесс проектирования.

Оператором языка проектирования является предписание о выполнении определенной проектной операции. Запись каждого оператора начинается с имени оператора, за которым следует содержание оператора. Введенный оператор подается на вход транслятора. В случае обнаружения лексической или синтаксической ошибки выдается соответствующее сообщение. Транслятор прерывает дальнейший разбор, и управление передается проектировщику, который должен ввести новый оператор.
Каждому оператору транслятор присваивает номер в порядке поступления оператора и по окончании обработки оператор записывается на магнитные диски, в файл операторов с прямым доступом. Ниже приведены три оператора языка ПРОТРАН.
Оператор ВВОД (ВВ) предназначен для ввода значений параметров, которые хранятся в информационной зоне.
Оператор имеет вид:
ВВ <имя оператора) = (значение параметра)[, (имя параметра) = (значение параметра)] ...; (имя параметра) = = (идентификатор) (значение параметра) :: =(число).
Одним оператором можно ввести значения любого количества параметров. Каждое присвоение отделяется от другого запятой. Присвоения обрабатываются поочередно. Если введен параметр, имя которого не существует в информационной зоне, то выдается сообщение:
ПАРАМЕТР (имя параметра) В ИНФОРМАЦИОННОЙ ЗОНЕ ОТСУТСТВУЕТ.
Значения остальных параметров записываются в ИЗ.
Введенное значение параметра сравнивается с минимальным и максимальным допустимыми значениями. При нарушении ограничений выдается сообщение НАРУШЕНИЕ ГРАНИЦ (имя параметра) = (значение параметра) (ед. измерения) МИНИМАЛЬНОЕ ЗНАЧЕНИЕ (имя параметра) = (значение параметра) (ед. измерения)
МАКСИМАЛЬНОЕ ЗНАЧЕНИЕ (имя параметра)=(значение параметра) (ед. измерения).
Если введенное значение соответствует указанному диапазону, то значение записывается в ИЗ и для такого параметра выдается сообщение: (название параметра), (имя параметра>= «(значение параметра) (ед. измерения).
Оператор ВЫЧИСЛИТЬ (ВЫЧ) предназначен для вычисления значений параметров по готовым программам.
Оператор имеет вид:
ВЫЧ - (имя параметра);.
Здесь имя параметра — имя результата, т. е. имя элемента, значение которого следует определить. Если введен параметр, имя которого не существует в информационной зоне, то выдается сообщение: ПАРАМЕТР <имя параметра) В ИНФОРМАЦИОННОЙ ЗОНЕ ОТСУТСТВУЕТ.
По имени параметра отыскивается соответствующая обрабатывающая программа. Связь между именем параметра и именем соответствующего программного модуля определяется по специальной таблице, в которой для каждого параметра указываются значения параметров, по которым определяются вариант расчета, имена аргументов и имя программного модуля. Если имя параметра не содержится в этой таблице, то выдается сообщение: ПРОГРАММЫ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРА <имя параметра) НЕТ.
После определения варианта расчета проверяется наличие значения аргументов в ИЗ. Если для какого-то аргумента не задано значение, то выдается сообщение: ДЛЯ РАСЧЕТА <имя параметра) НЕ ЗАДАНЫ ДАННЫЕ: <название параметра), (имя параметра) <ед. измерения) ... и т. д. и управление передается пользователю для ввода недостающих значений. После ввода пользователь должен повторно ввести оператор ВЫЧИСЛИТЬ.
Оператор ПОВТОРИТЬ (ПОВ) предназначен для повторения выполнения ранее введенных операторов. Имеет вид:
ΠΟΒ (метка) (итерация)[, (итерация)]...;
(метка) :: =(целое без знака)
(итерация) :: =(имя параметра)=(число 1),
(число 2) I—I Ш=(число 3).
Здесь метка — это номер ранее введенного оператора, с которого следует начать повторение процесса проектирования. Числа 1, 2, 3 — соответственно начальное и конечное значение, шаг изменения параметра.
В одном операторе можно задать любое количество итераций. В качестве примера ниже приведен алгоритм расчета электрических параметров трансформатора на языке ПРОТРАН:
1. ПОДГОТОВКА V=V9, D=TPAHC I;
2; ВВОД S=1600, Ul=6.3, U2=35, M=3;

1. F=50, BC=1.65, DELTA1=2.5;

DELTA2=2.4 ...;

1. ВЫЧИСЛИТЬ UF1, UF2, IF1, IF2, Wl;
2. ВЫВОД Wl;
3. ПРИСВОИТЬ Wl=362;
4. ВЫЧИСЛИТЬ EW, W2, WMAX2, WMIN2;
5. ПРИСВОИТЬ BC=UF1 /.0222/SC/OZ/W1;.
6. ЗАПОМНИТЬ V=V9, D=TPAHC1;

Рис. 5.13. Структура программного обеспечения САПР-ПРТ

Наряду с информационным и лингвистическим видами обеспечения САПР-ПРТ определенный интерес представляет организация программного обеспечения (рис. 5.13).

Рис. 5.14. Структура расчетной математической модели трансформатора
Программные модули соответствующих видов и функций объединяются в подсистемы САПР-ПРТ. Основной подсистемой здесь является подсистема (см, рис. 5.10), предназначенная для определения всех параметров и характеристик трансформатора и его полного проектного расчета. Организация этой подсистемы осуществлена по принципу «черного ящика», которая позволяет автоматически синтезировать математическую модель трансформатора в соответствии с конкретным заданием на расчет.

Все математические модели трансформаторов в САПР-ПРТ базируются на логических схемах проектирования, применяемых в традиционной практике неавтоматизированного проектирования. Содержательно математические модели строятся на основе отраслевых методик, технических инструкций, руководящих технических материалов, ГОСТ и т. д. Отличительной особенностью этих моделей являются их полная формализация и более точное по сравнению с неавтоматизированным проектированием определение ряда параметров и характеристик проектируемого трансформатора. Укрупненная последовательность расчета (структура математической модели) для двухобмоточного трансформатора с ПБВ приведена на рис. 5.14. Более детальная организация математической модели определяется различными конструктивными факторами: типом обмоток, видом магнитопровода, видом охлаждения, применяемым сортаментом обмоточного провода и т. д. Эти особенности учитываются с помощью специальной подсистемы синтеза графа вычислительного процесса, которая, как отмечалось выше, обеспечивает автоматическое построение конкретной математической модели в виде последовательности программных модулей. Для решения этой задачи необходимо:
из множества проблемных модулей N выделить некоторое подмножество M=N, из которого сформировать граф вычислительного процесса G=M, I, где М={т1, т2, ..., тп — подмножество модулей; I — входная информация для каждого модуля;
из множества графов выбрать оптимальный граф G* с точки зрения затрачиваемых вычислительных ресурсов.
Следует отметить, что в ряде случаев проектировщик не может на начальном этапе проектирования отдать предпочтение конкретному конструктивному исполнению трансформатора, например однозначно задать тип обмоток. Если все такие параметры, определяющие конструкцию трансформатора, не заданы, то подсистемой будет построен граф всех конструктивных исполнений, имеющий вид дерева. Реализация вычислительного процесса в этом случае оказывается возможна только в интерактивном режиме, когда проектировщик в узлах разветвлений указывает конкретную ветвь дерева, используя для принятия решения полученные к этому моменту результаты проектирования.
Практическая эксплуатация подсистемы показала, что наиболее эффективным является автоматическое формирование линейного графа с учетом информации, содержащейся в исходном задании на расчет [94]. Оптимизация такого графа выполняется приближенно, путем обработки информации, содержащейся в паспорте каждого модуля. Паспорта всех модулей системы хранятся в специальном наборе данных и включают сведения о времени работы модуля в различных режимах, точности его работы в этих режимах, количестве логических проверок, числе входных и выходных параметров и т. д. При решении конкретной задачи проектирования трансформаторов подсистема синтеза графа позволяет за 3—4 мин на ЭВМ типа ЕС-1022 сформировать достаточно эффективный линейный граф, который используется при: функционировании расчетной подсистемы и одновременно записывается в специальный архив для многократного использования при решении аналогичных задач.
Чертежно-графическая подсистема САПР-ПРТ обеспечивает автоматическое выполнение ряда эскизов и чертежей по результатам функционирования расчетной подсистемы. В качестве примера можно назвать чертеж магнитопровода, а также некоторые другие чертежи, выполнение которых оказывается возможным. без вмешательства проектировщика.
Подсистема документирования обеспечивает формирование технической документации на расчетный трансформатор. В состав этой документации входит машинный формуляр, заменяющий традиционную расчетную записку, различные таблицы, схемы, эскизы и т. д.
Основные функции в САПР-ПРТ выполняет подсистема параметрической оптимизации, которая представлена алгоритмами; рационализированного перебора и случайного поиска. Организация и результаты функционирования этих алгоритмов при проектировании трансформаторов подробно рассмотрены в предыдущей главе.
Алгоритмы планирования эксперимента широко используются при математическом моделировании различных взаимосвязей в трансформаторе, формальное описание которых другими способами оказывается затруднительным. При этом использование планов первого и второго порядков дает вполне удовлетворительные результаты.
Обслуживающие подсистемы САПР-ПРТ подробно рассмотрены в гл. 3 и 6.
Все программное обеспечение САПР-ПРТ разработано на алгоритмических языках ФОРТРАН и АССЕМБЛЕР с использованием P-технологии программирования. Общий объем разработанных программных модулей оценивается величиной порядка- 16 тысяч операторов ФОРТРАНА. Оверлейная организация загрузочного модуля позволяет эксплуатировать систему на ЕС ЭВМ с объемом оперативной памяти не менее 512 Кбайт в среде ОС.
При эксплуатации системы определяющее значение приобретает технология автоматизированного проектирования. Традиционное неавтоматизированное проектирование трансформаторов, представляет собой последовательный процесс анализа и синтеза проектных решений. В этом процессе тесно переплетаются интуитивные методы, обусловленные квалификацией проектировщика, и формально-логические, основанные на достижениях теории трансформаторов строения. Соотношение между этими компонентами зависит от мощности и класса напряжения проектируемого трансформатора. С ростом этих двух параметров применение формально-логических методов принятия решений становится затруднительным, что объясняется следующими причинами:

1. последовательным усложнением математических моделей трансформаторов, что сказывается необходимым для адекватного описания процессов в трансформаторе и получения достоверного проектного решения;
2. значительным возрастанием числа альтернативных решений по многочисленным вопросам конструктивного и технологического характера, а также способам защиты от перенапряжений в обмотках трансформатора, перегревам в элементах конструкций и т. д.;
3. появлением новых требований, предъявляемых к мощным трансформаторам, которые для трансформаторов средней и малой мощности удовлетворяются автоматически (электродинамическая стойкость при КЗ, транспортабельность и т. д.) [6];
4. проявлением фактора многообмоточности.

При создании САПР возникает вопрос о рациональности точного повторения сложившейся традиционной технологии проектирования. Как правило, технология автоматизированного проектирования существенно отличается от традиционной, что объясняется рядом факторов. Одним из главных является то, что в САПР обычно решается задача оптимизации объекта. Кроме того, процесс проектирования носит системный характер и является сквозным. В САПР-ПРТ технология автоматизированного проектирования, рассматриваемая укрупнено, соответствует последовательности функционирования подсистем (см. рис. 5.10).
Построенный на первом этапе граф вычислительного процесса в соответствии с заполненными проектировщиком таблицами исходных данных реализуется расчетной подсистемой. Расчету заданного варианта трансформатора соответствует однократная реализация графа вычислительного процесса.
При оптимизационном расчете, когда функционирует подсистема параметрической оптимизации, граф вычислительного процесса и собственно расчетная подсистема реализуются многократно. В этом случае проектировщиком задаются целевая функция и не более 20 варьируемых параметров (в качестве целевой «функции и варьируемых параметров могут быть заданы любые параметры из отмеченных выше 1100, описывающих трансформатор).
Одной из особенностей САПР-ПРТ является интерактивная организация взаимодействия расчетной подсистемы и подсистемы оптимизации, которая увеличивает вероятность нахождения оптимального результата и повышает доверие проектировщика к -выполняемому расчету.
Вмешательство проектировщика в ход проектирования возможно в так называемых точках диалога (ТД), когда он имеет следующие возможности:
скорректировать исходные диапазоны варьирования параметров;
сформировать исходную допустимую область, в которой будет вестись поиск оптимального варианта трансформатора;
изменить наборы варьируемых параметров и интервалы их варьирования в ходе оптимизационного процесса;
скорректировать конфигурацию допустимой области в ходе оптимизационного процесса.
После нахождения определенного количества лучших вариантов проектируемого трансформатора (как правило, 10—15) по указанию проектировщика для конкретного варианта подсистемой документирования выполняется подробное представление расчетной документации в виде машинного формуляра, а чертежно-графической подсистемой — некоторых чертежей (магнито- провода, развертки обмоток и т. д.).
Функционирование отмеченных подсистем обеспечивает сквозной характер проектирования трансформаторов. Однако при этом работа каждой подсистемы должна быть эффективно обеспечена соответствующей информацией, что в САПР-ПРТ осуществляется с помощью информационно-поисковой подсистемы.
На рис. 5.15 приведена подробная схема организации процесса проектирования трансформаторов классов напряжения 10—110 кВ. Она включает следующие этапы:

1. — формирование задания на проектирование;
2. — обращение к информационно-поисковой подсистеме;
3. — корректировка данных в режиме диалога;
4. — ввод исходного задания;
5. —контроль достоверности данных;
6. — определение полноты и адекватности математической модели (на уровне графа вычислительного процесса);
7. — дополнение графа вычислительного процесса новыми модулями или корректировка существующих;
8. — автоматическое формирование математической модели трансформатора;
9. — автоматическое формирование и вывод на печать таблиц исходных данных для конкретизации исходного задания;
10. — анализ и заполнение таблиц исходных данных;
11. — ввод данных;
12. — вывод на АЦПУ таблиц с исходными данными;
13. — корректировка системы ограничений в режиме диалога;
14. — формирование системы ограничений;
15. — окончательное формирование математической модели трансформатора для расчета;
16. — определение вида расчета;
17. — расчет варианта трансформатора (однократный анализ математической модели);
18. — оптимизационный расчет (многовариантный анализ математической модели);
19. — диалоговое взаимодействие проектировщика с ЭВМ с целью корректировки проектных параметров;
20. — диалоговое взаимодействие проектировщика с ЭВМ с целью наблюдения за ходом оптимизационного процесса и возможного изменения варьируемых параметров и заданных ограничений;
21. — документирование результатов расчета;
22. — формирование и вывод таблицы лучших вариантов;
23. —критическая оценка результатов, анализ и выбор лучшего, варианта трансформатора, подготовка задания на расчет варианта;
24. — описание класса трансформаторов;
25. — библиотека программных модулей;
26. — архив математических моделей;
27. — архив проектов и типовых элементов;
28. — нормативно-справочная информация.

Рис. 5.15. Схема организации процесса проектирования

При автоматизированном проектировании значительно сокращается количество решений, принимаемых проектировщиком в условиях недостаточной информации. Кроме того, объем этой недостаточной информации существенно меньше, чем при традиционном проектировании. По мере отработки технологии автоматизированного проектирования возможность неоптимальных проектных решений должна полностью исключаться.
Опытно-промышленная эксплуатация САПР-ПРТ показала ее достаточно высокую эффективность и возможность быстрого освоения проектировщиком, не работающим до этого с вычислительной техникой.