Системный подход к проектированию

Электроэнергетические установки, электрические станции, подс­танции, линии электропередачи, электрические сети, системы элект­роснабжения являются подсистемами ЭЭС, ОЭС, ЕЭС. Последние предс­тавляют собой большие системы искусственного типа, обладающие це­лым рядом характерных признаков, таких, как

— целенаправленность выполнения функций при изменении условий;

— организация взаимодействия множеств элементов и подсистем, включая человека, для достижения поставленных целей;

— множественность изменяющихся параметров, определяющих функционирование и его результаты;

— управление функционированием и развитием в условиях неодноз­начно известного поведения системы и ее окружения;

— непрерывное развитие во времени целей, возможностей и органи­зации управления;

— наличие многих критериев для оценки удачности решений по уп­равлению развитием и функционированием.

Большие системы требуют для своего изучения и проектирования особого, системного, подхода, который является одной из форм диа­лектического подхода к рассмотрению сложных явлений.

Системный подход подразумевает комплексное, многостороннее, рассмотрение объекта при его исследовании и проектировании с уче­том множественности его свойств и неопределенности имеющейся ин­формации. Системный подход является средством преодоления метафи­зического мышления (в форме догматических, релятивистских и эклек­тических решений), а также логических ошибок и эмоциональных пристрастий проектировщика. Системный подход концентрирует внима­ние инженера и исследователя на существенных свойствах больших систем - множественности и неопределенности.

Множественность - это свойство предмета мысли быть представ­ленным совокупностью (множеством) предметов, составляющих объем понятия. У больших систем существуют счетные множества целей, функций, элементов, параметров, условий, факторов, свойств, состо­яний, событий, результатов, вариантов, связей, этапов развития и др.

Неопределенность - это свойство множества предметов мысли. Заключающееся в невозможности однозначного определения его сущест­венных признаков. Причина неопределенности непрерывность процесса развития и познания предмета мысли (системы и ее окружения) во времени. Образно говоря, сегодняшние знания относятся ко вчерашне­му дню, завтрашние условия будут отличаться от сегодняшних и вче­рашних.

Вышеперечисленные счетные множества, характеризующие большие системы, в зависимости от времени рассмотрения объекта могут быть неопределенными по составу (перечню), по важности (значимости) своих компонентов и по вероятности реализации этих компонентов в будущем.

Несчетные множества параметров конструкций, режимов, условий, показателей и факторов могут быть неопределенными по значению, по возможному диапазону и по распределению вероятностей значений.

Для формализованного описания конкретных больших систем энер­гетики и их установок требуется раскрытие неопределенности указан­ных множеств в различных формах: в виде перечисления компонентов, упорядочения (сравнение, ранжировка, взвешивание) предметов и свойств, систематизации (распознавание признаков, составление иерархии отношений), измерений, экспертной оценки и расчета. В зависимости от конкретных условий при проектировании электроэнергетических установок для раскрытия неопределенности используются:

анализ ретроспективной информации;

постановка активных и пассивных экспериментов;

дедуктивные и индуктивные рассуждения на основе достоверных исходных посылок;

математическое и физическое моделирование процессов;

экспертные и эвристические методы типа метода Делфи и метода мозгового штурма.

Вследствие невозможности абсолютно полного и достоверного раскрытия неопределенности при известной заблаговременное проек­тирования ЭЭС, ОЭС и ЕЭС предъявляется ряд требований к формальным оценочным и оптимизационным моделям, используемым при решении проектных задач (в операциях и процедурах). В моделях должна учиты­ваться воспроизводимость объектов рассматриваемого класса на прак­тике, т. е. массовость или уникальность. Модели должны быть убеди­тельными для инженеров в отношении учитываемых факторов и принятых допущений.

Точность оценочной модели задается необходимостью уверенно различать технические характеристики при сравнении вариантов тех­нических решений и определяется возможностями экспериментальных и вычислительных методов и точностью исходных данных. В качестве ме­ры точности в оценочных моделях выступают максимальные и среднеквадратические погрешности, верхние и нижние доверительные границы, максимальные и минимальные оценки значений величин по уравнениям регрессии, оптимистические и пессимистические экспертные оценки.

От уровня точности моделей зависят вероятности ошибок при принятии технических решений: ошибка первого рода с вероятностью К браковки верного решения (риск поставщика); ошибка второго рода с вероятностью Р принятия неверного решения (риск потребителя). Чем меньше эти вероятности, тем больше достоверность результатов решения.

От точности, убедительности и достоверности зависит степень уверенности в правильности принимаемых решений.

Оптимизационные модели в условиях неопределенности исходной информации должны учитывать необходимость корректировки решений при возможных изменениях расчетных условий. Следовательно, гибким вариантам должно отдаваться предпочтение, а выбранное оптимальное решение необходимо проверять на устойчивость при изменении исходных данных. Оптимизационные модели должны быть приспособ­лены к смене критериев эффективности решений при возникновении зо­ны неопределенности (неразличимости вариантов), давать возможность поиска и синтеза новых эффективных решений на основе многокритери­ального подхода.

Решение практических задач проектирования связано также с не­определенностью требований к техническим показателям установок. Требования и их значимость неодинаковы в разных задачах на разных этапах и, следовательно, не могут быть всегда однозначно определе­ны всеми лицами, ответственными за решения.

Системный подход к решению задач проектирования опирается на достижения современной математики и вычислительной техники. При этом используются модели технической кибернетики, теории вероят­ностей, математической статистики, теории информации, теории исс­ледования операций, теории больших систем, теории экспертных оце­нок, факторного эксперимента, теории распознавания образов и тео­рии надежности. Системный подход позволяет учитывать случайность событий, неопределенность исходной информации, неоднозначность ре­зультатов и рекомендаций, диффузность связей между входными и вы­ходными характеристиками объектов, множественность вариантов реше­ний и действий подсистем.

Решение оценочных и оптимизационных задач при выполнении опе­раций и процедур алгоритма проектирования электроэнергетических установок с выдачей результата в форме проектного документа требу­ет высокой скорости при минимуме трудозатрат. Это требование дик­туется высокими темпами развития энергетики и сжатыми сроками вы­полнения проектных работ. С другой стороны, от качества выполнения проектов станций зависит эффективность функционирования ЭЭС, ОЭС и ЕЭС, а следовательно, всего хозяйства.

Повышению качества и скорости проектирования способствует создание специализированных проектных организаций, ведение поиско­вых научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в НИИ и вузах. При этом проектирование и исследования ведутся комплекс­но на основе системного подхода. Крупная электростанция рассматри­вается как сложная система, и все ее подсистемы проектирует одна организация, начиная работу с предварительных изысканий и заказа специальных исследований, кончая ее выдачей технической документа­ции и курированием строительства и монтажа.

Системный характер носит и разработка топливно-энергетических и водохозяйственных комплексов, где наряду с энергетическими объ­ектами ТЭС, АЭС, и ГЭС рассматриваются вопросы, связанные с ис­пользованием природных ресурсов и охраной окружающей среды.

Повышение качества проектов обеспечивается, с одной стороны, учетом опыта строительства и эксплуатации, с другой стороны, неп­рерывным потоком новых технических решений. Ускорение проектирова­ния обусловливается применением типовых, проверенных проектных ре­шений, использованием готовых алгоритмов и программ, совершенство­ванием нормативных документов и созданием систем автоматизирован­ного и автоматического проектирования.

Ускорение и удешевление проектирования, и повышение качества проектов достигаются с помощью типового проектирования, т. е. при­менения типовых решений фрагментов проекта. Так, распределительные устройства (РУ) различных электростанций и щиты управления могут быть составлены из типовых ячеек. При проектировании систем элект­роснабжения собственных нужд (СН) можно использовать типовые схемы питания отдельных групп потребителей.

Наличие однородных элементов и фрагментов, а также сходных или одинаковых проектных решений является предпосылкой к типовому проектированию. Для этого необходима унификация элементов и повто­ряющихся в проектах фрагментов. Типовой проект разрабатывают для некоторых усредненных исход­ных условий при широкой номенклатуре элементов и узлов, что позво­ляет на его основе достаточно быстро составлять проект конкретной станции или подстанции. Однако недостатки и ошибки, допущенные в типовом проекте, могут принести большой ущерб, как при многократном его использовании, так и при недостаточной способности типовых ре­шений к адаптации в некоторых условиях.

Сроки строительства, как и проектирования, резко сокращаются при использовании изделий и устройств заводского изготовления. Ка­чество готового объекта при этом значительно улучшается вследствие индустриализации строительно-монтажных работ.

При строительстве используют, а следовательно, включают в проект:

комплектные распределительные устройства (КРУ) высокого нап­ряжения, распределительные щиты и сборки напряжением до 1000 В, токопроводы. панели управления, защиты и автоматики;

унифицированные строительные и архитектурные детали (фунда­ментные блоки, колонны, стеновые и кровельные панели);

строительно-технологические секции повышен­ной заводской готовности, комплектные трансформаторные подстанции, комплектные дизель-электрические станции и др.

Поиск новых технических решений и их обоснование при проекти­ровании новых энергетических объектов является непременным услови­ем высокого качества работы проектировщиков. Своевременная замена морально устаревших элементов, схем и фрагментов новыми изделиями промышленности, новыми решениями, использование результатов науч­но-технической революции определяют технический прогресс в совре­менной энергетике.

Поиск новых, перспективных технических решений должен основы­ваться не столько на инженерной интуиции проектировщика, сколько на знании прошлой и текущей патентной и технической литературы, на правильно организованной патентно-технической службе информации. Эвристический подход отдельных талантливых изобретателей и рацио­нализаторов должен сочетаться с организацией коллективного экс­пертного поиска возможных решений по отдельным фрагментам, подсис­темам и самому объекту в целом в рамках работы научно-технического совета проектной организации.

Поиск новых, эффективных методов решения инженерных задач при оценке технических показателей, оптимизации и выборе параметров объектов требует широкого внедрения научных методов теории иссле­дования операций, системного подхода и математического моделирова­ния.

Конечная цель использования достижений науки и техники и но­вых методов проектирования - экономия ресурсов: ресурсов живого и овеществленного труда, природы и времени - на всех этапах и стади­ях энергетического производства.