面向变压器产业的协同平台设计

摘 要：我国中小变压器从业企业数量众多、设计效率整体偏低、设计手段仍以单机设计并辅之以电子表格计算为主，应付合同订单的被动式设计导致中小变压器企业缺乏研发新产品、新工艺所需的数据模型和专有分析工具。鉴于此，提出基于PLM的理念与管理模式，在集成变压器产品设计技术及分布式处理技术基础上，引入混合云计算技术平台，实现变压器设计资源共享，以及各类数据信息的查找、修改和版本控制等。测试表明，该平台能够有效提高变压器企业的产品设计效率，降低生产成本。

关键词关键词：中小变压器；混合云；资源共享

DOIDOI：10.11907/rjdk.161385

中图分类号：TP319

文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2016）008-0089-02

0 引言

随着我国国民经济的迅速发展，我国对电力的需求也日趋加大，作为输变电系统中的主要设备，变压器也得到了长足的发展。目前，国内中小变压器企业的发展具有以下特点：从业企业数量众多、设计效率整体偏低、设计手段仍以单机设计并辅之以电子表格计算为主；应付合同订单的被动式设计导致了中小变压器企业缺乏研发新产品、新工艺所需的数据模型和专有分析工具。国内现阶段这种变压器的设计模式与国外大公司的协同设计模式相比较，不仅成本高，而且无法将设计环境有效纳入PLM[1-2]的流程中，限制了企业制造能力的提升。因此，打造面向变压器行业的协同设计平台[3]，提高各变压器企业的设计效率及研发水平有着较高的现实意义和经济价值。本文提出基于混合云计算技术平台[4-5]的变压器产品设计技术从而实现变压器设计资源共享，以及各类数据信息的查找、修改及版本控制。

1 协同设计平台总体结构

面向变压器产业的协同设计平台，集变压器的电磁优化设计、参数化绘图、性能分析及结构优化等功能于一体，并向设计人员提供各类相关数据信息的快速检索、比对等服务，而且整个平台因为对外提供变压器设计所需的共性数据与计算服务，因而关于计算能力的需求随着用户群的伸缩具有明显的动态性，采用单一的服务器架构难以应付这样复杂的任务。为了保护知识产权和商业秘密，现阶段基于公共云平台建立整个系统存在较大风险，因此设计基于混合云的协同设计平台架构，将变压器设计的共与企业的私有数据进行物理隔离。基于混合云的平台体系架构，是整个变压器协同设计平台的物理基础。变压器协同设计平台总体结构如图1所示。

基于混合云技术构建的协同平台体系结构，集变压器的电磁优化设计、参数化绘图、性能分析及结构优化等功能于一体，具有以下特色功能：①设计人员只需通过登录平台即可进行新产品的设计与查询，实现变压器设计的一站式服务；②能够向设计人员提供各类相关数据信息的快速检索、比对等服务，能够与其它企业的技术人员提供变压器的行业标准等公有参数，实现变压器设计资源共享；③实现20多种变压器电磁设计和结构设计的类函数，通过使用云计算的可伸缩式计算能力，通过有限元方法对变压器的各种物理场模型进行性能分析和结构优化；④系统提供与企业内部已有ERP或PLM管理系统的数据接口，在企业内部不仅可以共享系统材料库存、价格成本信息，还能够对外快速响应市场咨询提供即时报价并自动生成产品BOM。

2 平台设计方法

（1）依托于云计算的变压器性能多元理论分析方法。协同设计平台提供了基于有限元方法的变压器性能分析功能，这些分析基于电磁、流固耦合、结构力学等多学科理论，针对变压器开展磁场、电场、涡流场、温度场及应力场的分析。以分析结果为依据，协同设计平台能够快速校核变压器的性能并对变压器的结构优化提出参考设计方案。

（2）云环境下用户友好的变压器协同设计方法。在混合云架构下，设计人员不再使用PC，而是通过VM技术将设计人员的桌面整体迁移到云端，不允许设计人员在终端上保存图纸。设计团队工作在变压器协同设计平台之下，按照设计目标管理和项目进度管理的原则开展协同设计工作。

（3）云环境下变压器设计敏感数据的分级访问控制方法。变压器设计数据是基于角色的访问控制（RBAC）[6-7]或基于使用的访问控制（UCON）[8]方法，在对设计数据添加敏感标记的基础上，对设计人员进行分级或基于角色的数据访问权限管理，使得不同的设计人员在不同的设计场景下拥有不同的权限，既能方便协同设计的进行，又能防止敏感信息外泄而给企业带来损失。

（4）变压器设计生命周期中涉及的多种专用函数类的编制方法。面向变压器产业的协同设计平台，集变压器的电磁优化设计、参数化绘图、性能分析及Y构优化等功能于一体，且对外提供有关数据的检索、修改、存储和计算服务。针对变压器完整设计生命周期里涉及的共性问题，将其解决方案或计算方法封装成专用的函数类，通过云平台的强大计算能力对外提供服务。研究开发变压器设计生命周期里的专用函数类，能够极大缩短设计周期，提高产品设计效率，降低生产成本和人力资源成本。

（5）系统分级授权机制体系设计方法。 系统分三级权限[9]用户：①系统全局管理员，具有最高系统操作权限，可对整个系统配置作全局性设置，可创建企业账号设置帐号相关属性，可创建企业用户管理员；②企业用户管理员，此用户可对本公司的专属功能作相关配置，可管理维护本公司的基础数据，创建本公司下的用户账号并设置用户权限，管理员可对用户再设置管理权限，实现公司内部的权限分级管理；③一般用户，所有操作权限均来自于本公司系统管理员授予的权限，对于没有操作权限的功能、数据对此类用户屏蔽。

3 实验

面向变压器产业的协同设计硬件平台采用服务器（型号：E18S）一台，南京格瑞云客户端4 个，平台采用目前主流稳定的Tomcat6.18 WEB服务器软件，采用JSP技术、JAVA语言、SpringMVC3.0框架、ActiveX控件、SQL Server2005数据库，布置于Windows服务器平台。该系统根据客户对产品的技术要求，面向变压器协同设计的云平台可以自动计算变压器产品的设计参数，并且实现产品设计方案的自动输出，取代传统的算单计算。

变压器产品设计云平台的产品参数如图2所示。

在图2所要求的变压器产品参数下，变压器的性能指标如图3所示。

4 结语

本文提出基于PLM的理念与管理模式，在集成变压器产品设计技术、多服务器分布式处理技术、三维模拟技术、网络技术、信息安全技术等于一体的基础上，引入混合云计算技术平台，将非敏感信息及其计算外包给公共云平台以降低成本，将敏感信息及其计算保留在企业自建的私有云平台上，通过突破传统变压器的设计思路，集变压器的电磁优化设计、参数化绘图、性能分析及结构优化等功能于一体，实现变压器设计资源共享，以及各类数据信息的查找、修改及版本控制等。该平台的使用能够有效提高中小变压器企业的产品设计效率，降低生产成本和人力资源成本。

参考文献：

[1] 喻华，曲旭光，任峰，等.基于PDM系统的机电产品数字化协同设计平台[J].兵工自动化，2015（43）： 22-25.

[2] 陈强. SIEMENS PLM工艺管理Siemens PLM SoftWare[M].北京：电子工业出版社，2010：48-57.

[3] 侯俊铭.面向网络化制造的协同设计管理系统研究与开发[D].沈阳：东北大学，2009.

[4] 李红霞.云计算中身份认证与访问控制管理系统的实现策略研究[D].北京：北京邮电大学，2011.

[5] 何康.云计算环境下基于多目标规划的访问控制模型研究[D].长沙：湖南大学，2012.

[6] 符湘萍，吴振强，杨蓓.一种基于可信度和属性的RBAC授权模型[J].计算机应用研究，2011（28）： 742-746.

[7] 郭理，秦怀斌，梁斌.基于RBAC的高校Web服务平台权限设计[J].微计算机信息，2011（27）： 235-237.

[8] 姚冬梅.基于UCON的云计算访问控制模型研究[D].南京：南京大学，2011.

[9] 李剑.基于角色访问控制的权限管理系统改进与应用[J].科技信息，2011（13）：112-117.