Powertechnic объявила о прорыве в анализе надежности сложных систем мощности. Новое программное обеспечение было разработано для анализа надежности систем переменного тока и постоянного тока на персональном компьютере. Системы могут включать вторичные батареи, которые традиционно труднее моделировать.
После двух с половиной лет исследований прорыв был достигнут в сентябре 1997 года, когда расчет цепи, содержащей 22 компонента, занял 10 минут построения модели и проверки и еще 4 минуты воссоздания модели на Pentium 90. Эта новая технология является важным шагом в анализе надежности электротехнических систем. Новое программное обеспечение позволяет электротехниками анализировать системы без каких–либо специальных навыков или опыта в логическом построения модели надежности системы.
Техника не устанавливает никаких ограничений на сложность системы. Могут быть созданы и смоделированы комплексно включающиеся механизмы. Системы с зависящими от времени компонентами, такими как аккумуляторы и генераторы, легко внедряются. Могут быть смоделированы восстанавливаемые системы, и каждый компонент может иметь свои собственные обрывы, время восстановления, и распределения.
Традиционный анализ надежности
Инженеры постоянно сталкиваются с призывами осуществлять анализ надежности электротехнических систем: чтобы сравнить два варианта проекта, измерить или оправдать расходы на надежность. Для всех систем, кроме простых , детерминированные методы быстро становятся неадекватными. Некоторые методы основаны на сокращении системы до последовательно–параллельного эквивалента, а затем применении метода блок–схемы. Например, на рис.1 показана простая система, которая не может быть сведена к последовательно–параллельному эквиваленту.
Для более сложных систем логические модели построены так, что может быть использован метод Монте–Карло. В последнем случае, налагаются ограничения в двукратном размере. Значительное время и усилия необходимы чтобы научиться создавать и тестировать логические модели. Качество модели опирается на навыки модельера. Во–вторых, системы, как правило, построены так, что нелегко их преобразовать в логической модели. Системы с запоминающими элементами, такими как батареи и генераторы (с конечными запасами топлива) быстро стали нецелесообразными для моделирования без многих упрощающих допущений.
Прорыв
Новая технология не полагается на логические модели и не требует грубых упрощающих допущений об оперативной логике электрической системы. Построение и проверка моделей остается в ведении проектировщика дизайнера.
Пользователи работают в рамках графической среды рисования однолинейной схемы. Схема затем проверяется на правильность электрических функций. Система обеспечивает динамическую информацию, позволяющую пользователям быстро проверить свои электрические и логические операции. Для облегчения этого процесса предоставляются такие инструменты как помощь в анализе ЕДО (единственная точка отказа), которая систематически проводит пользователя через отказ каждого компонента по очереди – см. рис 2.
Как только схема была разработана и проверена, анализ надежности осуществляется путем введения "Систем" компонентов. Как следует из названия, компонент системы представляет какую–либо группу электрических нагрузок, что приравнивается к реальной системе . Для примера рассмотрим множество ИБП питающих компьютер. Нагрузка компьютера заключена в один или несколько компонентов системы, тогда, отказ / успех логики выбирается в рамках каждого компонента системы. Если компонент системы содержит две нагрузки, и оба должны быть доступны для положительного исхода, то "параллельная" логика применима. Компоненты системы могут содержать и другие компоненты системы, позволяющие сложные комбинации логики. Процесс добавления компонентов системы быстрый и эффективный, так как логика представлена визуально на экране. Анализ надежности осуществляется после.
Вывод
Программное обеспечение может выводить число отказов системы, системные и компонентные MTBF и MTTR, а также их пригодность и непригодность. Техника усиливает другие методы анализа, таких как ПРОАКР (последствия режима отказа и анализ критического режима), которые могут осуществляться в интуитивной графической среде.
Исполнение
Pentium 90 был использован в качестве испытательного стенда для оценки эффективности. Была создана система средней сложности, которая включала резервный генератор и три свинцовокислотных аккумулятора (Рис.3). Включение батарей, предусмотренное на аварийный случай, из–за сложных вычислений требуют компоненты с непрерывным выходом. Программа вычисляла 92 события в секунду, завершив 24000 расчетов, необходимых для получения статистически значимого числа отказов системы всего за 4 минуты и 21 секунду.
В схемы без батарей, уровень вычислений был значительно выше, с значениями более 2000 событий в секунду. Эти цифры позволяют предположить, что время вычислений для большинства систем будет в пределах полезного диапазона персональных компьютеров. Учитывая сегодняшние достижения в вычислительной мощности ПК , новые технологии представляются объектом для широкого применения в зоне анализа комплексных энергетических систем на ПК.
Развитие
Основная цель заключалась в разработке коммерчески жизнеспособных методов проведения сложных расчетов надежности. различные компьютерные платформы и операционные системы были рассмотрены в том числе высококлассные рабочие станции, многопроцессорные системы, 16 и 32–разрядных операционные системы и т. д. В конечном итоге из–за коммерческих требований высококлассные платформы были исключены как слишком ограничительные, 16–битные платформы были исключены из–за обеспокоенности по поводу ограничения скорости, остались 32–битные операционные системы и однопроцессорный ПК . C + + был выбран в качестве языка разработки, так как он обеспечивает бескомпромиссную скорость работы в объектно–ориентированном (ОО) проектировании окружающей среды. Кроме того, этот язык выбран многими специалистами, практикующими моделирование. Без предварительного опыта работы в ОО, обучение оказалось очень доступным, так как программная технология OO имеет заслуженную репутацию надежной. Специальные высокопроизводительные алгоритмы были разработаны для осуществления расчетов в областях переменного и постоянного тока. Алгоритмы были индивидуально оптимизированы для каждой области. Разработка расслоилось на два уровня, графический интерфейс пользователя и расчетная система. Это обеспечило естественный способ разделения частей проекта по отдельным группам. Расслоение также помогло поддерживать строгий интерфейс, так что, когда в конечном итоге слои соединялись, очень мало проблем возникало.
Безопасность данных
Очень важно, чтобы данные, которые обеспечивают процесс анализа надежности были защищены от коррупции. Управление данными может быстро стать кошмарным, так как сложность системы возрастает и пользователи должны управлять сотнями или даже тысячами переменных. Функция, называемая CertLock (Fig4) была разработана для средств сертификации данных, используемых в компонентах модели. Данные "блокируются" шифрованием в уникальный, распознаваемый удостоверяющий авторство код. Любая попытка изменить данные приводит к потере сертификации. Это означает, что пользователи могут иметь больше уверенность в том, что данные которые они используют, были протестированы и сертифицированы .
Применение
Надежность энергосистем переменного и постоянного тока имеет универсальное значение для электротехнической промышленности. Компании, которые обеспечивают основные общественные услуги, такие как питание от сети, телекоммуникации, транспорт и авиация, здравоохранение и аварийно–спасательные службы,– лишь некоторые, кто полагается на надежность в поставках энергии. Часто обращаются за предоставлением услуг анализа надежности. Большинство систем, однако, слишком сложны для анализа. Обычно анализ проводится научно–исследовательскими институтами, предлагающими специализированные услуги в анализе надежности. Расходы в этом случае часто превышают имеющийся бюджет, и инженеры склонны выполнять эти расчеты внутри компании.
Модель свинцово–кислотной батареи
Свинцово–кислотная батарея была одним из главных препятствий в создании интегрированных систем программного обеспечения схем переменного и постоянного тока . По своим характеристикам батареи весьма нелинейные, что затрудняет моделирование . Powertechnic разработала модель, которая может быть использована для эмуляции как разряда так и подзарядки батареи с характеристиками в широком диапазоне тока. Модель является достаточно точной, чтобы заменить технические данные производителя, и может быть использована для оценки потенциала в ситуациях за пределами номинальных тока и мощности.
Коммерческий релиз
Технология теперь доступна в двух формах продукта. Power Designer предоставляет среду разработки для систем переменного и постоянного тока, и подходит для компаний, которые должны сохранять структуру базы данных для управления энергетической системой.
Второй продукт, Аналист, является супер–объектом Power Designer и включает в себя технологии анализа надежности, описанные в этой статье.
После двух с половиной лет исследований прорыв был достигнут в сентябре 1997 года, когда расчет цепи, содержащей 22 компонента, занял 10 минут построения модели и проверки и еще 4 минуты воссоздания модели на Pentium 90. Эта новая технология является важным шагом в анализе надежности электротехнических систем. Новое программное обеспечение позволяет электротехниками анализировать системы без каких–либо специальных навыков или опыта в логическом построения модели надежности системы.
Техника не устанавливает никаких ограничений на сложность системы. Могут быть созданы и смоделированы комплексно включающиеся механизмы. Системы с зависящими от времени компонентами, такими как аккумуляторы и генераторы, легко внедряются. Могут быть смоделированы восстанавливаемые системы, и каждый компонент может иметь свои собственные обрывы, время восстановления, и распределения.
Традиционный анализ надежности
Инженеры постоянно сталкиваются с призывами осуществлять анализ надежности электротехнических систем: чтобы сравнить два варианта проекта, измерить или оправдать расходы на надежность. Для всех систем, кроме простых , детерминированные методы быстро становятся неадекватными. Некоторые методы основаны на сокращении системы до последовательно–параллельного эквивалента, а затем применении метода блок–схемы. Например, на рис.1 показана простая система, которая не может быть сведена к последовательно–параллельному эквиваленту.
Для более сложных систем логические модели построены так, что может быть использован метод Монте–Карло. В последнем случае, налагаются ограничения в двукратном размере. Значительное время и усилия необходимы чтобы научиться создавать и тестировать логические модели. Качество модели опирается на навыки модельера. Во–вторых, системы, как правило, построены так, что нелегко их преобразовать в логической модели. Системы с запоминающими элементами, такими как батареи и генераторы (с конечными запасами топлива) быстро стали нецелесообразными для моделирования без многих упрощающих допущений.
Прорыв
Новая технология не полагается на логические модели и не требует грубых упрощающих допущений об оперативной логике электрической системы. Построение и проверка моделей остается в ведении проектировщика дизайнера.
Пользователи работают в рамках графической среды рисования однолинейной схемы. Схема затем проверяется на правильность электрических функций. Система обеспечивает динамическую информацию, позволяющую пользователям быстро проверить свои электрические и логические операции. Для облегчения этого процесса предоставляются такие инструменты как помощь в анализе ЕДО (единственная точка отказа), которая систематически проводит пользователя через отказ каждого компонента по очереди – см. рис 2.
Как только схема была разработана и проверена, анализ надежности осуществляется путем введения "Систем" компонентов. Как следует из названия, компонент системы представляет какую–либо группу электрических нагрузок, что приравнивается к реальной системе . Для примера рассмотрим множество ИБП питающих компьютер. Нагрузка компьютера заключена в один или несколько компонентов системы, тогда, отказ / успех логики выбирается в рамках каждого компонента системы. Если компонент системы содержит две нагрузки, и оба должны быть доступны для положительного исхода, то "параллельная" логика применима. Компоненты системы могут содержать и другие компоненты системы, позволяющие сложные комбинации логики. Процесс добавления компонентов системы быстрый и эффективный, так как логика представлена визуально на экране. Анализ надежности осуществляется после.
Вывод
Программное обеспечение может выводить число отказов системы, системные и компонентные MTBF и MTTR, а также их пригодность и непригодность. Техника усиливает другие методы анализа, таких как ПРОАКР (последствия режима отказа и анализ критического режима), которые могут осуществляться в интуитивной графической среде.
Исполнение
Pentium 90 был использован в качестве испытательного стенда для оценки эффективности. Была создана система средней сложности, которая включала резервный генератор и три свинцовокислотных аккумулятора (Рис.3). Включение батарей, предусмотренное на аварийный случай, из–за сложных вычислений требуют компоненты с непрерывным выходом. Программа вычисляла 92 события в секунду, завершив 24000 расчетов, необходимых для получения статистически значимого числа отказов системы всего за 4 минуты и 21 секунду.
В схемы без батарей, уровень вычислений был значительно выше, с значениями более 2000 событий в секунду. Эти цифры позволяют предположить, что время вычислений для большинства систем будет в пределах полезного диапазона персональных компьютеров. Учитывая сегодняшние достижения в вычислительной мощности ПК , новые технологии представляются объектом для широкого применения в зоне анализа комплексных энергетических систем на ПК.
Развитие
Основная цель заключалась в разработке коммерчески жизнеспособных методов проведения сложных расчетов надежности. различные компьютерные платформы и операционные системы были рассмотрены в том числе высококлассные рабочие станции, многопроцессорные системы, 16 и 32–разрядных операционные системы и т. д. В конечном итоге из–за коммерческих требований высококлассные платформы были исключены как слишком ограничительные, 16–битные платформы были исключены из–за обеспокоенности по поводу ограничения скорости, остались 32–битные операционные системы и однопроцессорный ПК . C + + был выбран в качестве языка разработки, так как он обеспечивает бескомпромиссную скорость работы в объектно–ориентированном (ОО) проектировании окружающей среды. Кроме того, этот язык выбран многими специалистами, практикующими моделирование. Без предварительного опыта работы в ОО, обучение оказалось очень доступным, так как программная технология OO имеет заслуженную репутацию надежной. Специальные высокопроизводительные алгоритмы были разработаны для осуществления расчетов в областях переменного и постоянного тока. Алгоритмы были индивидуально оптимизированы для каждой области. Разработка расслоилось на два уровня, графический интерфейс пользователя и расчетная система. Это обеспечило естественный способ разделения частей проекта по отдельным группам. Расслоение также помогло поддерживать строгий интерфейс, так что, когда в конечном итоге слои соединялись, очень мало проблем возникало.
Безопасность данных
Очень важно, чтобы данные, которые обеспечивают процесс анализа надежности были защищены от коррупции. Управление данными может быстро стать кошмарным, так как сложность системы возрастает и пользователи должны управлять сотнями или даже тысячами переменных. Функция, называемая CertLock (Fig4) была разработана для средств сертификации данных, используемых в компонентах модели. Данные "блокируются" шифрованием в уникальный, распознаваемый удостоверяющий авторство код. Любая попытка изменить данные приводит к потере сертификации. Это означает, что пользователи могут иметь больше уверенность в том, что данные которые они используют, были протестированы и сертифицированы .
Применение
Надежность энергосистем переменного и постоянного тока имеет универсальное значение для электротехнической промышленности. Компании, которые обеспечивают основные общественные услуги, такие как питание от сети, телекоммуникации, транспорт и авиация, здравоохранение и аварийно–спасательные службы,– лишь некоторые, кто полагается на надежность в поставках энергии. Часто обращаются за предоставлением услуг анализа надежности. Большинство систем, однако, слишком сложны для анализа. Обычно анализ проводится научно–исследовательскими институтами, предлагающими специализированные услуги в анализе надежности. Расходы в этом случае часто превышают имеющийся бюджет, и инженеры склонны выполнять эти расчеты внутри компании.
Модель свинцово–кислотной батареи
Свинцово–кислотная батарея была одним из главных препятствий в создании интегрированных систем программного обеспечения схем переменного и постоянного тока . По своим характеристикам батареи весьма нелинейные, что затрудняет моделирование . Powertechnic разработала модель, которая может быть использована для эмуляции как разряда так и подзарядки батареи с характеристиками в широком диапазоне тока. Модель является достаточно точной, чтобы заменить технические данные производителя, и может быть использована для оценки потенциала в ситуациях за пределами номинальных тока и мощности.
Коммерческий релиз
Технология теперь доступна в двух формах продукта. Power Designer предоставляет среду разработки для систем переменного и постоянного тока, и подходит для компаний, которые должны сохранять структуру базы данных для управления энергетической системой.
Второй продукт, Аналист, является супер–объектом Power Designer и включает в себя технологии анализа надежности, описанные в этой статье.
Анализ электрических систем по надежности на ПК