面向變壓器產(chǎn)業(yè)的協(xié)同平臺(tái)設(shè)計(jì)

高亞紅+曹吟夢(mèng)+白忠東+李寧+孫旭+葉潤(rùn)武

摘 要：我國(guó)中小變壓器從業(yè)企業(yè)數(shù)量眾多、設(shè)計(jì)效率整體偏低、設(shè)計(jì)手段仍以單機(jī)設(shè)計(jì)并輔之以電子表格計(jì)算為主，應(yīng)付合同訂單的被動(dòng)式設(shè)計(jì)導(dǎo)致中小變壓器企業(yè)缺乏研發(fā)新產(chǎn)品、新工藝所需的數(shù)據(jù)模型和專(zhuān)有分析工具。鑒于此，提出基于PLM的理念與管理模式，在集成變壓器產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)及分布式處理技術(shù)基礎(chǔ)上，引入混合云計(jì)算技術(shù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)變壓器設(shè)計(jì)資源共享，以及各類(lèi)數(shù)據(jù)信息的查找、修改和版本控制等。測(cè)試表明，該平臺(tái)能夠有效提高變壓器企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率，降低生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：中小變壓器；混合云；資源共享

DOIDOI：10.11907/rjdk.161385

中圖分類(lèi)號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-7800（2016）008-0089-02

0 引言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，我國(guó)對(duì)電力的需求也日趨加大，作為輸變電系統(tǒng)中的主要設(shè)備，變壓器也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。目前，國(guó)內(nèi)中小變壓器企業(yè)的發(fā)展具有以下特點(diǎn)：從業(yè)企業(yè)數(shù)量眾多、設(shè)計(jì)效率整體偏低、設(shè)計(jì)手段仍以單機(jī)設(shè)計(jì)并輔之以電子表格計(jì)算為主；應(yīng)付合同訂單的被動(dòng)式設(shè)計(jì)導(dǎo)致了中小變壓器企業(yè)缺乏研發(fā)新產(chǎn)品、新工藝所需的數(shù)據(jù)模型和專(zhuān)有分析工具。國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段這種變壓器的設(shè)計(jì)模式與國(guó)外大公司的協(xié)同設(shè)計(jì)模式相比較，不僅成本高，而且無(wú)法將設(shè)計(jì)環(huán)境有效納入PLM[1-2]的流程中，限制了企業(yè)制造能力的提升。因此，打造面向變壓器行業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)[3]，提高各變壓器企業(yè)的設(shè)計(jì)效率及研發(fā)水平有著較高的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本文提出基于混合云計(jì)算技術(shù)平臺(tái)[4-5]的變壓器產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)從而實(shí)現(xiàn)變壓器設(shè)計(jì)資源共享，以及各類(lèi)數(shù)據(jù)信息的查找、修改及版本控制。

1 協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)

面向變壓器產(chǎn)業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，集變壓器的電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)、參數(shù)化繪圖、性能分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化等功能于一體，并向設(shè)計(jì)人員提供各類(lèi)相關(guān)數(shù)據(jù)信息的快速檢索、比對(duì)等服務(wù)，而且整個(gè)平臺(tái)因?yàn)閷?duì)外提供變壓器設(shè)計(jì)所需的共性數(shù)據(jù)與計(jì)算服務(wù)，因而關(guān)于計(jì)算能力的需求隨著用戶群的伸縮具有明顯的動(dòng)態(tài)性，采用單一的服務(wù)器架構(gòu)難以應(yīng)付這樣復(fù)雜的任務(wù)。為了保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)和商業(yè)秘密，現(xiàn)階段基于公共云平臺(tái)建立整個(gè)系統(tǒng)存在較大風(fēng)險(xiǎn)，因此設(shè)計(jì)基于混合云的協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)架構(gòu)，將變壓器設(shè)計(jì)的共性服務(wù)與企業(yè)的私有數(shù)據(jù)進(jìn)行物理隔離?；诨旌显频钠脚_(tái)體系架構(gòu)，是整個(gè)變壓器協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)的物理基礎(chǔ)。變壓器協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

基于混合云技術(shù)構(gòu)建的協(xié)同平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)，集變壓器的電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)、參數(shù)化繪圖、性能分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化等功能于一體，具有以下特色功能：①設(shè)計(jì)人員只需通過(guò)登錄平臺(tái)即可進(jìn)行新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與查詢，實(shí)現(xiàn)變壓器設(shè)計(jì)的一站式服務(wù)；②能夠向設(shè)計(jì)人員提供各類(lèi)相關(guān)數(shù)據(jù)信息的快速檢索、比對(duì)等服務(wù)，能夠與其它企業(yè)的技術(shù)人員提供變壓器的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等公有參數(shù)，實(shí)現(xiàn)變壓器設(shè)計(jì)資源共享；③實(shí)現(xiàn)20多種變壓器電磁設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的類(lèi)函數(shù)，通過(guò)使用云計(jì)算的可伸縮式計(jì)算能力，通過(guò)有限元方法對(duì)變壓器的各種物理場(chǎng)模型進(jìn)行性能分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化；④系統(tǒng)提供與企業(yè)內(nèi)部已有ERP或PLM管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，在企業(yè)內(nèi)部不僅可以共享系統(tǒng)材料庫(kù)存、價(jià)格成本信息，還能夠?qū)ν饪焖夙憫?yīng)市場(chǎng)咨詢提供即時(shí)報(bào)價(jià)并自動(dòng)生成產(chǎn)品BOM。

2 平臺(tái)設(shè)計(jì)方法

（1）依托于云計(jì)算的變壓器性能多元理論分析方法。協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)提供了基于有限元方法的變壓器性能分析功能，這些分析基于電磁、流固耦合、結(jié)構(gòu)力學(xué)等多學(xué)科理論，針對(duì)變壓器開(kāi)展磁場(chǎng)、電場(chǎng)、渦流場(chǎng)、溫度場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)的分析。以分析結(jié)果為依據(jù)，協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)能夠快速校核變壓器的性能并對(duì)變壓器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提出參考設(shè)計(jì)方案。

（2）云環(huán)境下用戶友好的變壓器協(xié)同設(shè)計(jì)方法。在混合云架構(gòu)下，設(shè)計(jì)人員不再使用PC，而是通過(guò)VM技術(shù)將設(shè)計(jì)人員的桌面整體遷移到云端，不允許設(shè)計(jì)人員在終端上保存圖紙。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)工作在變壓器協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)之下，按照設(shè)計(jì)目標(biāo)管理和項(xiàng)目進(jìn)度管理的原則開(kāi)展協(xié)同設(shè)計(jì)工作。

（3）云環(huán)境下變壓器設(shè)計(jì)敏感數(shù)據(jù)的分級(jí)訪問(wèn)控制方法。變壓器設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)是基于角色的訪問(wèn)控制（RBAC）[6-7]或基于使用的訪問(wèn)控制（UCON）[8]方法，在對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)添加敏感標(biāo)記的基礎(chǔ)上，對(duì)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行分級(jí)或基于角色的數(shù)據(jù)訪問(wèn)權(quán)限管理，使得不同的設(shè)計(jì)人員在不同的設(shè)計(jì)場(chǎng)景下?lián)碛胁煌臋?quán)限，既能方便協(xié)同設(shè)計(jì)的進(jìn)行，又能防止敏感信息外泄而給企業(yè)帶來(lái)?yè)p失。

（4）變壓器設(shè)計(jì)生命周期中涉及的多種專(zhuān)用函數(shù)類(lèi)的編制方法。面向變壓器產(chǎn)業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，集變壓器的電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)、參數(shù)化繪圖、性能分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化等功能于一體，且對(duì)外提供有關(guān)數(shù)據(jù)的檢索、修改、存儲(chǔ)和計(jì)算服務(wù)。針對(duì)變壓器完整設(shè)計(jì)生命周期里涉及的共性問(wèn)題，將其解決方案或計(jì)算方法封裝成專(zhuān)用的函數(shù)類(lèi)，通過(guò)云平臺(tái)的強(qiáng)大計(jì)算能力對(duì)外提供服務(wù)。研究開(kāi)發(fā)變壓器設(shè)計(jì)生命周期里的專(zhuān)用函數(shù)類(lèi)，能夠極大縮短設(shè)計(jì)周期，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率，降低生產(chǎn)成本和人力資源成本。

（5）系統(tǒng)分級(jí)授權(quán)機(jī)制體系設(shè)計(jì)方法。 系統(tǒng)分三級(jí)權(quán)限[9]用戶：①系統(tǒng)全局管理員，具有最高系統(tǒng)操作權(quán)限，可對(duì)整個(gè)系統(tǒng)配置作全局性設(shè)置，可創(chuàng)建企業(yè)賬號(hào)設(shè)置帳號(hào)相關(guān)屬性，可創(chuàng)建企業(yè)用戶管理員；②企業(yè)用戶管理員，此用戶可對(duì)本公司的專(zhuān)屬功能作相關(guān)配置，可管理維護(hù)本公司的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，創(chuàng)建本公司下的用戶賬號(hào)并設(shè)置用戶權(quán)限，管理員可對(duì)用戶再設(shè)置管理權(quán)限，實(shí)現(xiàn)公司內(nèi)部的權(quán)限分級(jí)管理；③一般用戶，所有操作權(quán)限均來(lái)自于本公司系統(tǒng)管理員授予的權(quán)限，對(duì)于沒(méi)有操作權(quán)限的功能、數(shù)據(jù)對(duì)此類(lèi)用戶屏蔽。

3 實(shí)驗(yàn)

面向變壓器產(chǎn)業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)硬件平臺(tái)采用服務(wù)器（型號(hào)：E18S）一臺(tái)，南京格瑞云客戶端4 個(gè)，平臺(tái)采用目前主流穩(wěn)定的Tomcat6.18 WEB服務(wù)器軟件，采用JSP技術(shù)、JAVA語(yǔ)言、SpringMVC3.0框架、ActiveX控件、SQL Server2005數(shù)據(jù)庫(kù)，布置于Windows服務(wù)器平臺(tái)。該系統(tǒng)根據(jù)客戶對(duì)產(chǎn)品的技術(shù)要求，面向變壓器協(xié)同設(shè)計(jì)的云平臺(tái)可以自動(dòng)計(jì)算變壓器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)參數(shù)，并且實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的自動(dòng)輸出，取代傳統(tǒng)的算單計(jì)算。

變壓器產(chǎn)品設(shè)計(jì)云平臺(tái)的產(chǎn)品參數(shù)如圖2所示。

在圖2所要求的變壓器產(chǎn)品參數(shù)下，變壓器的性能指標(biāo)如圖3所示。

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出基于PLM的理念與管理模式，在集成變壓器產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)、多服務(wù)器分布式處理技術(shù)、三維模擬技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息安全技術(shù)等于一體的基礎(chǔ)上，引入混合云計(jì)算技術(shù)平臺(tái)，將非敏感信息及其計(jì)算外包給公共云平臺(tái)以降低成本，將敏感涉密信息及其計(jì)算保留在企業(yè)自建的私有云平臺(tái)上，通過(guò)突破傳統(tǒng)變壓器的設(shè)計(jì)思路，集變壓器的電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)、參數(shù)化繪圖、性能分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化等功能于一體，實(shí)現(xiàn)變壓器設(shè)計(jì)資源共享，以及各類(lèi)數(shù)據(jù)信息的查找、修改及版本控制等。該平臺(tái)的使用能夠有效提高中小變壓器企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率，降低生產(chǎn)成本和人力資源成本。

參考文獻(xiàn)：

[1] 喻華，曲旭光，任峰，等.基于PDM系統(tǒng)的機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)[J].兵工自動(dòng)化，2015（43）： 22-25.

[2] 陳強(qiáng). SIEMENS PLM工藝管理Siemens PLM SoftWare[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010：48-57.

[3] 侯俊銘.面向網(wǎng)絡(luò)化制造的協(xié)同設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)[D].沈陽(yáng)：東北大學(xué)，2009.

[4] 李紅霞.云計(jì)算中身份認(rèn)證與訪問(wèn)控制管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)策略研究[D].北京：北京郵電大學(xué)，2011.

[5] 何康.云計(jì)算環(huán)境下基于多目標(biāo)規(guī)劃的訪問(wèn)控制模型研究[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2012.

[6] 符湘萍，吳振強(qiáng)，楊蓓.一種基于可信度和屬性的RBAC授權(quán)模型[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2011（28）： 742-746.

[7] 郭理，秦懷斌，梁斌.基于RBAC的高校Web服務(wù)平臺(tái)權(quán)限設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2011（27）： 235-237.

[8] 姚冬梅.基于UCON的云計(jì)算訪問(wèn)控制模型研究[D].南京：南京大學(xué)，2011.

[9] 李劍.基于角色訪問(wèn)控制的權(quán)限管理系統(tǒng)改進(jìn)與應(yīng)用[J].科技信息，2011（13）：112-117.

（責(zé)任編輯：孫 娟）