高亞紅+曹吟夢+白忠東+李寧+孫旭+葉潤武

摘 要：我國中小變壓器從業(yè)企業(yè)數(shù)量眾多、設(shè)計效率整體偏低、設(shè)計手段仍以單機設(shè)計并輔之以電子表格計算為主，應(yīng)付合同訂單的被動式設(shè)計導(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)計技術(shù)及分布式處理技術(shù)基礎(chǔ)上，引入混合云計算技術(shù)平臺，實現(xiàn)變壓器設(shè)計資源共享，以及各類數(shù)據(jù)信息的查找、修改和版本控制等。測試表明，該平臺能夠有效提高變壓器企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計效率，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

中圖分類號：TP319

文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-7800（2016）008-0089-02

0 引言

隨著我國國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，我國對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，變壓器也得到了長足的發(fā)展。目前，國內(nèi)中小變壓器企業(yè)的發(fā)展具有以下特點：從業(yè)企業(yè)數(shù)量眾多、設(shè)計效率整體偏低、設(shè)計手段仍以單機設(shè)計并輔之以電子表格計算為主；應(yīng)付合同訂單的被動式設(shè)計導(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)模型和專有分析工具。國內(nèi)現(xiàn)階段這種變壓器的設(shè)計模式與國外大公司的協(xié)同設(shè)計模式相比較，不僅成本高，而且無法將設(shè)計環(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)計平臺[3]，提高各變壓器企業(yè)的設(shè)計效率及研發(fā)水平有著較高的現(xiàn)實意義和經(jīng)濟價值。本文提出基于混合云計算技術(shù)平臺[4-5]的變壓器產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)從而實現(xiàn)變壓器設(shè)計資源共享，以及各類數(shù)據(jù)信息的查找、修改及版本控制。

1 協(xié)同設(shè)計平臺總體結(jié)構(gòu)

面向變壓器產(chǎn)業(yè)的協(xié)同設(shè)計平臺，集變壓器的電磁優(yōu)化設(shè)計、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)計人員提供各類相關(guān)數(shù)據(jù)信息的快速檢索、比對等服務(wù)，而且整個平臺因為對外提供變壓器設(shè)計所需的共性數(shù)據(jù)與計算服務(wù)，因而關(guān)于計算能力的需求隨著用戶群的伸縮具有明顯的動態(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)。為了保護知識產(chǎn)權(quán)和商業(yè)秘密，現(xiàn)階段基于公共云平臺建立整個系統(tǒng)存在較大風(fēng)險，因此設(shè)計基于混合云的協(xié)同設(shè)計平臺架構(gòu)，將變壓器設(shè)計的共性服務(wù)與企業(yè)的私有數(shù)據(jù)進行物理隔離?；诨旌显频钠脚_體系架構(gòu)，是整個變壓器協(xié)同設(shè)計平臺的物理基礎(chǔ)。變壓器協(xié)同設(shè)計平臺總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

基于混合云技術(shù)構(gòu)建的協(xié)同平臺體系結(jié)構(gòu)，集變壓器的電磁優(yōu)化設(shè)計、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)計人員只需通過登錄平臺即可進行新產(chǎn)品的設(shè)計與查詢，實現(xiàn)變壓器設(shè)計的一站式服務(wù)；②能夠向設(shè)計人員提供各類相關(guān)數(shù)據(jù)信息的快速檢索、比對等服務(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)，實現(xiàn)變壓器設(shè)計資源共享；③實現(xiàn)20多種變壓器電磁設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計的類函數(shù)，通過使用云計算的可伸縮式計算能力，通過有限元方法對變壓器的各種物理場模型進行性能分析和結(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)材料庫存、價格成本信息，還能夠?qū)ν饪焖夙憫?yīng)市場咨詢提供即時報價并自動生成產(chǎn)品BOM。

2 平臺設(shè)計方法

（1）依托于云計算的變壓器性能多元理論分析方法。協(xié)同設(shè)計平臺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，針對變壓器開展磁場、電場、渦流場、溫度場及應(yīng)力場的分析。以分析結(jié)果為依據(jù)，協(xié)同設(shè)計平臺能夠快速校核變壓器的性能并對變壓器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提出參考設(shè)計方案。

（2）云環(huán)境下用戶友好的變壓器協(xié)同設(shè)計方法。在混合云架構(gòu)下，設(shè)計人員不再使用PC，而是通過VM技術(shù)將設(shè)計人員的桌面整體遷移到云端，不允許設(shè)計人員在終端上保存圖紙。設(shè)計團隊工作在變壓器協(xié)同設(shè)計平臺之下，按照設(shè)計目標(biāo)管理和項目進度管理的原則開展協(xié)同設(shè)計工作。

（3）云環(huán)境下變壓器設(shè)計敏感數(shù)據(jù)的分級訪問控制方法。變壓器設(shè)計數(shù)據(jù)是基于角色的訪問控制（RBAC）[6-7]或基于使用的訪問控制（UCON）[8]方法，在對設(shè)計數(shù)據(jù)添加敏感標(biāo)記的基礎(chǔ)上，對設(shè)計人員進行分級或基于角色的數(shù)據(jù)訪問權(quán)限管理，使得不同的設(shè)計人員在不同的設(shè)計場景下?lián)碛胁煌臋?quán)限，既能方便協(xié)同設(shè)計的進行，又能防止敏感信息外泄而給企業(yè)帶來損失。

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

（5）系統(tǒng)分級授權(quán)機制體系設(shè)計方法。 系統(tǒng)分三級權(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，可對整個系統(tǒng)配置作全局性設(shè)置，可創(chuàng)建企業(yè)賬號設(shè)置帳號相關(guān)屬性，可創(chuàng)建企業(yè)用戶管理員；②企業(yè)用戶管理員，此用戶可對本公司的專屬功能作相關(guān)配置，可管理維護本公司的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，創(chuàng)建本公司下的用戶賬號并設(shè)置用戶權(quán)限，管理員可對用戶再設(shè)置管理權(quán)限，實現(xiàn)公司內(nèi)部的權(quán)限分級管理；③一般用戶，所有操作權(quán)限均來自于本公司系統(tǒng)管理員授予的權(quán)限，對于沒有操作權(quán)限的功能、數(shù)據(jù)對此類用戶屏蔽。

3 實驗

面向變壓器產(chǎn)業(yè)的協(xié)同設(shè)計硬件平臺采用服務(wù)器（型號：E18S）一臺，南京格瑞云客戶端4 個，平臺采用目前主流穩(wěn)定的Tomcat6.18 WEB服務(wù)器軟件，采用JSP技術(shù)、JAVA語言、SpringMVC3.0框架、ActiveX控件、SQL Server2005數(shù)據(jù)庫，布置于Windows服務(wù)器平臺。該系統(tǒng)根據(jù)客戶對產(chǎn)品的技術(shù)要求，面向變壓器協(xié)同設(shè)計的云平臺可以自動計算變壓器產(chǎn)品的設(shè)計參數(shù)，并且實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計方案的自動輸出，取代傳統(tǒng)的算單計算。

變壓器產(chǎn)品設(shè)計云平臺的產(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

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，引入混合云計算技術(shù)平臺，將非敏感信息及其計算外包給公共云平臺以降低成本，將敏感涉密信息及其計算保留在企業(yè)自建的私有云平臺上，通過突破傳統(tǒng)變壓器的設(shè)計思路，集變壓器的電磁優(yōu)化設(shè)計、參數(shù)化繪圖、性能分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化等功能于一體，實現(xiàn)變壓器設(shè)計資源共享，以及各類數(shù)據(jù)信息的查找、修改及版本控制等。該平臺的使用能夠有效提高中小變壓器企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計效率，降低生產(chǎn)成本和人力資源成本。

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（責(zé)任編輯：孫 娟）