柔性系统集成（通用12篇）
柔性系统集成 篇1
ERP (Enterprise Resource Planning) 系统在我国已经得到广泛应用, 同时迅速变化的企业需求也要求ERP系统具有对变化的适应能力, 这就要求ERP系统的集成方法具有相当的柔性。要从根本上解决柔性集成的问题, 很有必要对ERP系统的集成结构进行深入的研究, 构建出一定程度上较为合理的ERP系统集成方法, 使软件管理操作人员能够迅速地把握企业在激烈的竞争环境中业务的动态变化, 方便、迅速地调整管理软件系统。为了实现柔性集成的目的, 在静态模块结构表示的基础上, 理顺每个功能的逻辑处理过程, 随业务要求的变化, 通过修改每个功能的逻辑联系来实现处理功能的集成。ERP系统的柔性集成还要求在全局思想指导之下任何系统维护、扩充和升级, 不会因ERP系统的修改和扩充而破坏整体的完整性和一致性。从应用上来看, 国内一些较为成熟的ERP软件虽然都在一定程度上实现了可配置、可扩展、具有动态定制的特点, 但在结构上并不是能够随着用户的业务变化而方便地进行调整和改变, 很有必要研究一种新的结构模式以适应ERP系统业务的变化。因此, 提高ERP系统各模块集成的柔性具有相当的理论价值和应用价值。
一、基于ESP规则的ERP系统集成方法
提高ERP系统的灵活性和适应性实质上仍然是模型重用问题, 模型解释和实用模型的构造是模型重用性实现的基本要求, 目前的研究思路概括起来主要有两种, 一种是设计具有可重用结构的模型, 如模型库 (Model Library) 和类的概念等, 模型库的核心思想是提供多种可实例化的可重用模型样板[1], 而实例化的类可以直接应用类预先所定义的方法和属性。另一种方法是提供专用的建模语言环境灵活地构建各种可供执行的模型, 如通用解释器 (Public Translator) 。它是一个解释器编辑系统, 利用通用解释器来减少模型解释器的数量, 但在特定的建模环境中编写高层的解释器需要耗费大量的时间。有关这两方面的研究及其实际应用方式还在进一步深入中。本文拟提供一种能根据制造企业具体环境和运营状态的变化动态地对ERP集成进行调整的方法。若采用第一种研究思路, 最直接的方法就是先依据制造企业ERP系统的主体模块建立一个标准ERP体系, 然后根据具体的变动对标准ERP体系进行改造。ESP规则是在事件发生或工作流处于某种状态时用以激活元工作流的命令, 主要用于处理工作流系统中的意外事件。为使ESP规则更适合柔性ERP的构建, 需要重新定义原有的状态集和控制命令集[2]。
定义1活动Acitivity为完成某一任务需要进行的一系列动作的集合, 它与企业生产运营过程中的单个任务相对应, 它包含任务名、输入和输出数据、执行活动的角色、活动所需的工具等属性, 且每个活动与ERP系统中的某个子程序相对应。
定义2业务处理过程bpf (business processing flow) 为多个相关活动组成的有序集合, 它用来完成某个管理任务或生产控制过程, 它对应于ERP系统中的某个功能模块。业务处理过程bpf是一个二元组, wfu= ({Activities}, {ECA rules}) , {Activities}是活动集合, 也就是说业务处理过程bpf包含多个活动Acitivity。{ECA rules}是一组ECA规则的集合, ECA规则用来刻画活动之间的迁移条件, 决定着活动执行的先后顺序。
定义3业务处理过程bpf状态 (state) 集为
其中, Waiting表示必要的触发条件未满足, 业务处理过程处于等待状态;Ready表示触发条件已满足, 可以开始执行当前业务处理过程;Executing表示该业务处理过程中的某些活动已经开始执行, 但没有全部完成;Suspended表示业务处理过程暂时被挂起;Canceled表示业务处理过程没有完成就被取消执行;Done表示业务处理过程中的所有活动都执行完毕。业务处理过程状态间的转换是通过下面定义的控制命令实现的。
定义4与业务处理过程的状态相对应控制命令集为:
其中, bpf为业务处理过程, Start表示启动业务处理过程, Suspend表示暂停业务处理过程的执行, 将当前活动置为Suspended状态, Go-suspend表示系统继续执行, 直至所有的活动执行完毕后暂停;Cancel表示取消的执行, 而Resume则表示重新启动处于suspended状态的。控制命令集中所定义的五个控制命令的参数缺省时表示作用于当前业务处理过程。由这五个控制命令构成的控制流称为元工作流 (Meta workflow) , 它用来描述在某个ESP规则的条件满足时系统应该执行的流程, 流程的运行会改变标准ERP运行体系的活动状态或调用辅助业务处理过程。
基于以上定义, 现给出ESP规则的基本形式如下:标准ERP运行体系ID/事件 (Event) :业务处理过程状态 (State) →元工作流ID (Meta workflow ID) 。可见, ESP规则描述了在标准ERP运行体系执行过程中事件 (Event) 发生时系统根据业务处理过程的状态 (State) 应该实施的元工作流 (Meta workflow) 。
定义5 ERP系统 (简记为ERPS) 是由为一系列相关的业务处理过程组成的有序集合。ERPS也是一个二元组, wf= ({bpfs}, {ESP rules}) , {bpfs}是业务处理过程集合, {ESP rules}是一组ESP规则的集合, ESP规则用来描述业务处理过程之间的迁移条件, 决定着业务处理过程执行的先后顺序, 即该定义说明可以通过ESP规则来联接各个业务处理过程, 建立整个ERP系统集成体系。
实际上, 定义的5个控制命令均可带有可选参数ERPS, 如Star (bpf, ERPS) , 表示启动ERP系统ERPS中的业务处理过程, 缺省值表示当前的标准ERP体系。ECA规则和ESP规则都是基于规则和事件的控制规则, ECA规则描述了触发活动的事件和内部条件, 规定了活动执行的依赖关系, 因此, 比较适合描述业务活动之间的逻辑关系和迁移条件;而ESP规则主要以工作流单元的状态为考察对象, 更适用于高层的流程控制, 也为建立ERP系统的柔性集成体系提供了依据。
二、ERP系统的柔性集成方法
任何一种系统功能模块集成的最终结果都应该与一个特定企业的业务流程相对应。基于这种考虑, 可以先将业务流程中主要的、常见的业务活动模块化, 并开发这些主要业务处理过程对应的功能模块, 待这些主要的模块设计完毕后, 再通过ESP规则将各个业务处理过程的功能模块集成起来形成ERP系统的标准体系。如果将环境和需求引起的制造企业业务流程的变动都作为意外事件处理, 那么根据ESP规则的建模思想完全可以提高ERP系统集成的柔性。因为运营环境的不确定性使企业的产品开发方式、生产制造流程以及合作成员的构成都可能发生变化, 即便是对于定单处理和销售这类简单的业务, 如果考虑所有的可能情况, 那么ERP系统业务模型的描述也会相当复杂以至于难以理解。这时候如果针对这些变化对系统重新构建, 显然既不经济, 又不可行。可行的方法只能是, 在建立柔性系统集成方法的基础上, 适当地改变原有功能模块和系统业务之间的联系方式或定义新的业务处理过程。基于ESP规则的控制思想, 可以将那些基本的、主要的业务功能集成起来作为ERP标准体系, 而将不经常发生的或因运营状况的变动所需要增加的业务作为辅助业务处理过程, 再通过增加ESP规则来修正ERP的标准运营体系或调用辅助业务处理过程使原有ERP标准运营体系与实际需要相匹配。ERP系统建立时, 对于某些可预料到的变动 (比如, 增加一个销售成员企业、可能出现的特殊交易方式的处理等) , 可以预先定义一些辅助业务处理过程模块, 同标准ERP模块一并存放于模型库中;对于意外或临时出现的变动, 则可根据具体情况随时定义新的业务处理过程模块, 并修改和更新知识库中的ESP规则, 以适应相关的业务调整。基于这种机制建立新ERP系统的全过程如图1。
这种ERP系统的柔性集成方法的优点在于它优良的模块性、拓展性和适应性。ERP标准系统定义时只考虑基本的、主要的业务流程的功能模块, 而从目前ERP系统的发展状况看, 这些模块的功能的实现已经比较成熟, 可以将这些功能模块作为标准ERP体系的构成基本模块存放在模型库中, 这样就减少了模型的定义和描述的复杂度, 系统建立或修改时可以直接调用。当业务需求发生变动时, 首先通过人机交互界面定义新业务所要求的业务处理过程, 进而修改知识库中的ESP规则和模型应用数据, 并根据具体情况考虑是否需要设计和增加新的业务处理功能模块, 最后, 新的ERP集成体系可以通过修改ESP规则调用标准ERP模块和新增的辅助业务处理过程来生成。
三、ERP系统的柔性集成实例
假定某制造企业的初始业务流程如下图2所示, 现以该业务流程的应用模块的集成和变化处理方式为对象给出利用ESP规则建立柔性ERP系统, 提高其柔性的集成方法。
(1) 标准ERP体系的建立方法标准ERP体系是由事先定义好的一些业务处理过程在ESP规则的约束下生成的, ESP规则用于刻画各个主要的业务处理过程之间的迁移条件和逻辑关系。ESP规则的使用方法与ECA规则类似, 现以图2所示的开发和设计阶段的系统集成方法为例, 说明利用ESP规则建立标准ERP体系的过程。图2中, IA1, IA2, IA3分别为生产准备阶段需要进行的业务处理过程;DA1, DA2, DA3, DA4分别表示设计与开发阶段的业务处理过程;MA1, MA2, MA3, MA4分别表示在产品制造阶段需要进行的业务处理过程;最后, SA1, SA2分别表示在销售和服务阶段所必要的业务处理过程。在制造企业的生产准备工作结束之后, ERP系统会给出内部事件Begin_ddstage, 表示设计和开发阶段开始, 设计和开发阶段系统集成过程中需要定义的ESP规则。
当内部事件Begin_ddstage被触发后, 如果生产准备阶段的业务处理过程均已完成, 则开启动元工作流Mmwf1, 开始执行业务处理过程DA1, 该过程的描述如表中所求的ESPrules:wf1/Begin_ddstage: (IA1∧IA2∧IA3) ∈Done→Mmwf1) ;DA1完成后, 在IA3也完成的情况下调用Mmwf2, 执行DA2, 该过程用ERPS/Done (DA1) :IA3∈done→Mmwf2来描述;DA2执行完毕后, 同时启动同步并行工作流单元DA3和DA4 (ERPS/Done (DA2) :Mmwf3) , 在DA3和DA4结束后, 引入一个决策工作流单元decision1, 如果Result=OK表示对开发的产品满意, 则触发内部事件Begin_mstage, 开始生产过程 (ERPS/decision∈done: (DA3∈Done∧DA4Done∧Result=OK) →trigger (Begin_mstage) ) ;如果Result=Not, 则表示对开发的产品不满意, 这时则取消当前工作流单元, 重新开始DA1 (ERPS/decision∈done:Result=Not→Mmwf4) , 以上4条ESP规则就描述了开发与设计过程中的主要业务处理过程之间的关系, ESP规则也是决定业务处理过程之间联系的唯一条件, 即对ESP规则的修改完成可以使系统以一种新的方式集成, 而对ESP规则的修改可以很方便地通过人机界面来实施。按照类似的方法处理其他阶段的业务流程, 就可以建立起与制造企业业务流程相匹配的标准ERP体系。值得一提的是, 实际实施过程中并不是制造企业现在有哪些业务流程的需要就针对哪些标准的业务处理模块进行集成, 也可以从长远的角度考虑, 对未来可能涉及到的主要模块一并集成到标准系统中只是限制其的使用权限或将一些可能会使用的主要的业务处理过程暂时先存储在模型库中, 以便后期随时调用。
从ERP实施的要求来看, 需要对企业业务流程的合理性进行动态的检查, 而且市场运营环境的变化也会导致对企业业务流程的调整的必然性, 所以也必然要求对ERP系统的体系进行及时的修改。导致业务流程变化的原因是多方面的, 在此, 仅对企业的业务流程的增删问题介绍对ERP标准体系进行调整的方法。
(2) ERP标准体系的流程修改方法假设企业对图2所示的业务流程调整为图3所示流程, 即在设计与开发阶段增加一个新的业务处理过程DA5以及在销售服务阶段增加新的业务SA3。增加DA5的原因可能是该制造企业为提高产品的功能, 增加了一个新的业务处理过程或者是引入一个合作伙伴企业将对方的业务处理过程合并起来。增加SA3的原因可能是该企业除了进行销售以外, 还增加了一个售后服务的环节。
若将增加新业务处理过程的事件定义为Add_flows, 新增的过程DA5为设计与开发阶段业务处理过程DA4的前置过程, SA3为标准业务模块的一个后置业务过程。那么, 对于这次调整需要在模型库中增加或调用 (如果已经存在) 两个新的业务处理过程Dbpf1和Sbpf1, 分别表示该成员在产品设计和开发阶段的业务处理过程和在销售过程中的业务处理过程。
假设系统默认按顺序自动执行标准ERP体系的标准业务处理过程模块, 只有当外部事件发生时, 系统暂停标准ERP体系的执行, 那么, 对于新增这两个业务处理过程的外部事件需要定义的ESP规则如表2所示。
表中的Aided bpfs描述了需要添加的两个新的业务处理过程Dbpf1和Sbpf1的位置及其作用。ESP规则规定了事件发生时系统在不同情况下应该执行的元工作流:当DA3和DA4均处于运行状态时, 由于DA3与DA4为并行工作流单元且新增成员不影响DA3的执行, 因此只需暂停DA4而DA3可继续执行, 并启动新业务处理过程Dbpf1 (Mwf1:suspend (DA4, ERPS1) ;Go-suspend (DA3, ERPS1) ;Start (Dbpf1) ) ;等待Dbpf1执行完毕后, 则取消基本工作流的挂起的状态, 系统继续执行DA4 (ERPS1/Dbpf1∈done:DA3∈done∧→Mwf2) 。第二步, 在标准ERP体系中添加售后服务时, 需要先判断产品是否制造完毕, 即检查MA3的状态 (设MA3为产品装配业务处理过程) , 如果且则表示产品已制造完成并且产品已经销售出去则有必要添加销售工作流单元Sbpf1, 并重新启动暂停的主工作流 (ERPS1/Add_flows:MA3∈done→Mwf3) ;如果制造过程和销售业务处理过程没有完成, 只需重新启动暂停的基本工作流即可 (ERPS1/Add_flows: (MA3∈done) →Mwf4) , 待产品生产完毕时, 系统执行Mwf3来添加售后业务处理流程。
由于特殊业务流程不在标准的ERP体系中反映, 所以当对于某些反映制造企业核心能力的运营和管理方式特殊业务发生时, 就需要先把这些特殊功能模块添加到系统中, 然后按照类似的方法添加到标准ERP体系。如果要删除标准系统中的某个业务处理过程, 则可以使用Cancel () 命令直接取消相应工作流单元的执行。
实际系统设计过程中, 可能会出现相同的事件和状态对应多个元工作流的情况, 所以需要考虑ESP规则调用的优先级问题。对于这个问题, 系统可以通过人机对话从相关的ESP规则候选集中选择合适的规则。此外, 当两个或多个事件同时发生时, ESP规则的基本形式需要变为:ERP标准体系ID/复合事件 (Composition Event) :状态 (State) →元工作流ID, 复合事件由多个事件的与 (∧) 、或 (∨) 和非 (┑) 组成。
四、结论
目前的ERP系统只按照所有的定单反映的正常需求来安排生产, 没有对非正常需求分析的模块, 势必会造成没有足够的物料满足需求等问题出现。所以要求ERP的系统的主要模块可对供应链上的所有环节进行有效的管理, 如采购、库存、计划、生产制造、质量控制、运输、分销、服务与维护、财务管理、投资管理、经营风险管理、决策管理、获利分析、人事管理、实验室管理、项目管理等。这些都是一个完整ERP系统应该考虑的方向。本文主要分析了供应链管理模块, 财务管理、生产控制管理、人力资源管理、客户关系管理模块等应该具备的各种功能, 并对这些功能间的业务联系作了分析, 以期为开发这些模块提供一类标准的方案。事实上这些模块的设计并不是非常困难的事, 而重要的问题是运营环境的不确定性使企业的产品开发方式、生产制造流程以及合作成员的构成都可能发生变化, 这就要求ERP系统的集成方法具有相当的柔性。也就是说很有必要对ERP系统的集成结构进行深入的研究。本文基于ESP规则的基本框架, 设计了一种新的ERP系统的集成方法。该方法在静态模块结构表示的基础上, 理顺每个功能的逻辑处理过程, 随业务要求的变化, 通过修改ESP规则来实现处理功能的动态集成。并给出了应用实例, 证明了该方法优良的模块性和灵活性。
参考文献
[1]W.A.Muhanna.SYMMS:A Model Management System that Supports Model Reuse, Sharing, and Integration.Decision Support System10, No.2 (2010) :214-242.
[2]Akhil Kumar, Jacques Wainer.Meta workflows as a control and coordination mechanism for exception handling in workflow systems.Decision Support Systems, 2009, (40) :89-105.
柔性系统集成 篇2
由于供应链管理概念的提出，商业社会意识到柔性的概念应该从单个制造系统拓展到供应链系统。
文章讨论了柔性的概念及类型，探讨了供应链柔性的定义及其作用，指出供应链柔性的概念及定量研究还处于初始阶段。
另外，文章给出了提高供应链柔性的一些途径。
关键词：柔性，供应链，制造，系统一、柔性的概念及其类型
现代生产企业都处在竞争十分激烈、需求多样化以及多变的市场环境之中，企业能不能对市场环境变化作出相应灵敏的反应，将决定企业的发展前途和命运。
同时，企业也应能够适应企业内部的一些变化因素的影响。
因此，企业需要不断增强自己的技术水平、管理水平以及人员素质等，才能在市场竞争中生存下来，并不断成长壮大。
所以，柔性技术就成为许多企业的战略目标之一，许多文献把柔性同成本、质量、技术等同时并列为企业的战略核心领域。
在过去，市场需求比较平稳，企业生产的产品品种也比较单一，产品的生产周期和生产提前期都比较长，对柔性的要求也就不高。
然而，对许多制造企业来说，这一切都发生了巨大的变化。
为了有效地消化市场需求的波动，并利用现有设备和技术更快地生产和开发新的产品，是一个关系到企业在市场竞争中立于不败之地的重大课题，正是这种情况使人们对柔性技术的研究产生了极大的兴趣。
关于柔性的一般定义，现在还在不断的探索之中，现有的有关柔性的定义，往往只适合于某一特定的方面或领域，目前还没有明确的共识。
在较早前的研究中，有人将其定义为“制造系统适应因环境变化或由于环境变化引起的一系列变化的能力”，或将制造柔性称为，企业轻便快捷地应对市场条件变化的能力。
从企业内部作业层面出发，可以定义柔性为，企业系统适应相关因素（如产品、制程、负荷、机床故障等）变化的能力。
但是，一个更加综合性的柔性定义可能是，企业以在时间、精力、成本或企业运行性能等方面较小的代价，而作出快速反应或改变的能力。
本文倾向认为，企业柔性定义为企业对外部变化和内部变化的适应能力，它能使企业保持较高的竞争力和较好的经济效益。
企业对外界环境和内部因素等变化的适应能力，是受企业自身的生产条件决定的。
要提高企业的整体柔性水平，企业需要提高譬如人员、生产组织、机器设备、加工工艺、组织结构、产品开发等方面的柔性水平，也就是说，这些因素能使企业适应多样化、多变的生产要求，易于调整和转换。
例如，在企业内部采用高效率的数控机床、培养企业人员掌握多种技术、采用团队工作方式等。
度量柔性的数量方法很多，例如路径分析模型、信息模型、决策理论、财务分析等等，不一而足。
本文认为，企业柔性水平的衡量，应该建立在提高企业现在及将来的经济效益上，不能给企业带来经济效益的柔性，没有多大意义。
事实上，相关的研究也支持这一观点，表明柔性越强，并不一定始终意味着更多的经济效益，特别是当产品经济规模较大时更是如此。
因此，如果企业没有一个关于生产方面的清晰战略指引，那么新的制造技术可能成为因解决柔性问题而付出的昂贵代价。
度量柔性一般可以用时间或成本来作为度量指标。
由于成本较难估计，并且在市场竞争条件下，产品价格由市场竞争决定，所以最小的成本也就意味着最大的利润。
因此，以经济效益作为评判柔性的重要指标，是必须且可行的。
有关企业柔性的种类，有许多划分方法，一般包括机器柔性、工序柔性、产品柔性、市场柔性、组织柔性、人员柔性等等。
关于工序柔性的定义，本文认为工序柔性是企业生产单元处理机器故障而继续完成给定加工任务的能力。
设机床可靠性是指机床在给定的一个时间点正常运行的概率，为了定量工序柔性，可以将机床可靠性引入到了工序柔性模型当中。
机床柔性的一种定义是机床柔性是指机床在一系列给定的加工部件之间作出加工类型变换的容易程度。
产品柔性是企业快速高效率地生产、开发多品种、不同数量产品的能力。
市场柔性则是企业适应市场环境变化，保持企业正常平稳运行的能力。
组织柔性是企业为适应环境变化，克服组织结构可能发生变化的能力，而人员柔性则是人员能够适应多种工作的能力。
信息技术对系统柔性的有着重要的影响，本文着重加以讨论。
信息技术对企业组织的柔性贡献主要体现在三个方面，即信息技术改变或模糊了企业组织的边界，改变了工作时间和组织间的联系时间；改变了工作的性质和节奏；帮助企业对变化的市场环境作出快速反应。
各类不同的信息技术能够使作业因可以采用灵活的方法而增强企业的柔性。
例如，个人计算机系统、第四代语言（4GL）、电子商务技术等可以建立比以往更加灵活的工作、计划、决策模型，而面向对象技术也提供了一种有效手段处理企业柔性需求和不确定的未来。
信息技术对企业的影响并不完全局限在企业内部，它可以使企业与外界的联系更加快捷，提高了企业的竞争能力。
信息系统的采用能够提高企业柔性以适应新的竞争环境，信息系统使企业与商业伙伴的联系更加灵活多样，使企业间的信息交换更加快捷，从而增强企业的整体柔性。
二、供应链系统的柔性
在过去几十年的中，有关柔性的研究都是站在单个制造企业的角度来研究的。
随着供应链管理概念的提出，人们意识到只研究单个制造系统的柔性是不够的，必须扩展到供应链系统。
柔性的提高需要供应链中各组织间数据信息的共享和协作，尽管供应链系统柔性的研究很重要，到目前为止，这方面的研究文献还非常有限。
为了研究供应链柔性模型，关于供应链系统内部柔性的划分，Ducos等人考虑了六个方面的柔性，即生产系统、市场、配送、采购、组织和信息系统。
Swafford等人则认为，供应链系统柔性由四个方面的柔性决定：产品开发、采购、制造和配送。
他们给出了供应链整体柔性的定义，即供应链系统能够以最小的时间和最小的成本适应市场的变化，并提供市场所需的产品和服务的能力。
供应链系统柔性可以从四个方面加以考察：采购柔性、产品开发柔性、制造柔性和配送柔性。
采购柔性是指供应链系统根据顾客需求，改变产品供应而重构供应链的能力。
产品开发柔性是指供应链系统能够低成本、快速地开发各种新产品设计，并灵活配置相关资源的能力。
制造柔性指低成本、快速地生产不同类型、不同数量的产品的能力。
配送柔性指低成本、快速地配送不同类型、不同数量的产品的能力。
在现有非常有限的供应链系统的柔性研究中，定性讨论讨论较多。
对于供应链系统柔性的定量研究，定量研究方法多为模拟、加权评价法等，完整而系统地采用数学模型对供应链系统整体柔性作出定量和说明，这方面的研究基本上还是空白。
供应链系统的整体柔性定量模型的建立，可以对供应链系统整体柔性作出定量化解释，以及帮助供应链系统作出柔性方面的决策，使系统而准确地评价供应链系统的总体性能成为可能，同时经济性模型的建立，为供应链系统总体柔性决策及柔性改造提供决策评判的基础。
三、供应链柔性的作用及管理措施
供应链柔性的作用体现在如下几个方面：
（1）产品生命周期。
供应链系统的柔性越强，那么供应链系统就能够在短时间内以低成本的方式实现新产品的开发，保证新产品开发所需物料的供应及其它保障，从而使系统能够适应市场较短的产品生命周期的要求。
（2）产品种类。
如果供应链系统能够实现多种产品和多种产品组合的生产，无疑使供应链系统更能适应市场需求的变化，提高系统的竞争力。
（3）顾客需求不匹配。
顾客需求在数量、品种、质量、时间等要求方面往往不一致，柔性较强的供应链系统，就能较好地处理这些问题。
（4）零部件多样性。
柔性较强的供应链系统，能在较短时间内、低成本地实现不同零部件之间的加工转换。
（5）工艺复杂性。
柔性较强的供应链系统能够处理复杂多样的工艺处理要求，能够高效率地实现加工过程的优化。
（6）采购不确定性。
消除和适应原材料采购的不确定性是供应链系统稳定运行的关键因素之一，供应链系统的柔性越强，就能够很好地保证原材料的供应。
（7）其它方面。
例如，配送过程的复杂性、人员的变动及调配、机床加工的可靠性等等，较高的柔性就可以快速低成本地克服供应链系统内部、外部各种因素的变化带来的不确定性。
提高供应链柔性应采取如下措施：（1）提高供应链系统的管理水平，应用现代化的管理手段和方法。
例如，可以建立反映供应链柔性的系统优化模型，据此分析供应链系统的柔性水平，同时还可以分析供应链内外各不确定性的因素对系统整体柔性性能的影响，从而作出柔性改造决策。
（2）提高供应链系统的信息交换和处理水平，构建高效的电子商务信息处理系统。
建立柔性良好的供应链系统，高效率、运行良好的ERP系统是必要的。
（3）提高人员的技术水平，培养多技能人才。
对单个人员来说，应加强人员的技能训练和培训，做到精通多种专业技能。
在具体生产业务活动中，努力采用团队的组织方式。
（4）提高设备技术水平，采用高效率的数控机床。
高效率的数控机床能够方便快捷地实现不同加工产品之间的转换。
（5）其它措施，如采用多供应商供应物料、设计良好的配送中心等等。
探析柔性臂结构和控制系统设计 篇3
关键词：柔性臂；结构和控制；系统设计
由于柔性机械臂系统建模的复杂性，要精确地建立其数学模型是非常困难的，因此，柔性臂系统建模中将不可避免地同时存在模型和参数的不确定性，通过比较不同控制策略的效率，或者通过减小如顶端负载等系统参数的不确定性，来寻求合适的控制器。同时，如何在主动控制系统中辅以被动控制也仍将是今后柔性机械手控制的研究内容之一。
一、结构和控制系统综合最优设计的研究现状
柔性臂结构和控制系统综合最优设计，是涉及结构动力学、最优化方法、控制理论、计算机与测试技术等多门学科的非常复杂的研究课题。当前，研究热点集中于柔性机器人系统，其典型结构为柔性机械臂。绝大多数的研究集中于建模和对柔性机械臂控制规律上，主要是将其作为均匀梁进行研究，希望建立更准确或更适合的数学模型，在此基础上采用更好的控制策略，以达到理想的控制性能，在这方面的研究的确取得了不少成果。但多数的研究还是或多或少地忽略了系统结构设计和控制器设计在学科领域的交叉和融合，很少涉及到对柔性机械臂本身结构的研究以及结构对控制效果的影响。柔性结构的振动控制技术已成为机械工程、土木工程和航天技术等领域的研究热点。在机械工程领域，采用主动控制技术消除机器人臂在末端位置处的振动。随着机器人臂从刚性向柔性的发展，带来了更为突出的、不容忽视的振动问题。在土木工程领域，由于高层建筑和大跨度桥梁的出现，为保证结构的完整性与其它要求如建筑中人的舒适性等，都要对由随机性外载荷如风等引起的振动响应进行控制。在航天工程领域，也存在大量的柔性结构，如空间站、大型天线、太阳能电池板、光学系统等，其模态频率密集、阻尼小，这类结构在太空运行时，一旦受到外界干扰，其大幅度的自由振动要延续很长时间，由于柔性的影响可能导致控制系统性能变差甚至引起失效。
二、柔性机械臂研究存在的难点与不足
1.实时控制和建模效率之间的矛盾
对于实时控制应用，复杂的动态模型难以执行，但从控制器效率方面来考虑，则模型必须足够精确，因此柔性机械臂的建模效率和控制精度存在着矛盾。计算扭矩模型所获得的曲线中当模型没有不确定因素时无误差，但是当不确定因素增加时系统的误差增加，最后使系统变得不稳定。采用基于简化模型的控制器时所获得的曲线中系统随不确定因素的增加而性能逐渐变差。
2.子系统相互依赖性导致的控制器设计和建模的祸合效果难以体现
目前对柔性机械臂的研究主要集中在对柔性机械臂的结构包括形状、机械性能等进行优化，或者集中在寻求各种不同的控制策略，从而使系统中相关组件之间的祸合效果在系统设计过程中难以得到体现。柔性机械臂系统是复杂非线性无穷维系统。传统的柔性机械臂设计一般忽略了系统结构设计和控制器设计在学科领域的交叉和融合，即一个机械臂被设计成串行的驱动系统，测量系统，再到控制系统的结构，设计方案达成了一定的最佳解决方案，但柔性机械臂的潜在性能很少被充分认识到，不能从根本上克服结构系统和控制系统独立设计带来的内部矛盾。
三、结构和控制系统设计的建模方法
1.柔性臂结构动力学建模方法
向量力学和分析力学的理论及方法在柔性机械臂动力建模中得到充分利用。柔性机械臂动力学方程的建立主要是利用方程和一方程这两个最具代表性的方程。另外比较常用的还有变分原理、虚位移原理以及方程的方法。而柔性体变形的描述，是柔性机械臂系统建模与控制的基础，因此，首先选择一定的方式描述柔性体的变形，同时变形的描述与系统动力学方程的求解关系密切。1）Lagrange方程或Hamilton原理。由Lagrange方程或Hamilton原理出发，求出能量函数或函数，以能量的方式建模，可以避免方程中出现内力项，适用于比较简单的柔性体动力学方程。2）Newton-Euler公式。应用质心动量矩定理写出隔离体的动力学方程，在动力学方程中出现相临体间的内力项，其物理意义明确，并且表达了系统完整的受力关系但是这种方也存在着方程数量大、计算效率的低等缺点。不过许多模型的规范化形式最终都是以该种模型出现，并且该方法也是目前动力学分析用于实时控制的主要手段。
2.柔性机械臂控制系统的建模方法
对柔性机械臂的控制一般有如下方式：1）特征结构配置法，特征结构配置法根据线性系统的动态响应由其闭环特征解决定的性质，使相应的控制律的设计直接满足闭环特征值和特征向量的预定要求，进而改善系统的动态特性。特征结构配置包括特征值配置和特征向量配置两部分。2）最优、次优控制法，最优控制是满足一定条件的反馈控制，其兼顾响应与控制两方面的要求使性能指标达到最优。因为控制器的设计一般建立在降阶模型的基础上，所以应用最优控制理论设计的控制器作用于实际结构时，系统性能都是次优的。3）模态控制法，根据振动理论，系统或结构的振动可以在模态空间来考察，无限自由度系统在时间域内的振动通常可以用有限自由度系统在模态空间内足够近似来描述。这样，无限自由度系统的振动控制可转化为模态空间内少量几个模态的振动控制，这种方法称为模态控制法，其具体分为模态耦合控制法和独立模态空间控制法。
四、结语
综上，柔性机械臂的建模和控制近年来有了很大的发展，各种控制理论方法都被应用到柔性机械臂的控制中，计算机的发展也为各种理论的实现提供了先决条件。智能控制策略在柔性机械臂控制中的应用将是今后柔性机械臂控制方法研究的重点。其中，长手臂、大负载和多自由度空间柔性机械臂智能控制算法的研究更应受到重视。当前，柔性机械臂理论和应用应着重考虑在对更复杂和更一般形式的机械臂进行研究的同时，柔性机械臂的动力学研究必须对控制的实现提供更有效的帮助
参考文献：
[1] 崔玲丽，张建宇，高立新，肖志权柔性机械臂系统动力学建模的研究[J].系统仿真学报， 2007，19（6）：1205-1208.
电力系统柔性潮流 篇4
现代电力系统潮流计算的本质是求取大规模多元非线性代数方程组符合工程实际的数值解。为提高潮流计算的收敛性和计算速度, 并使其结果更加接近电力系统实际状况, 研究者们进行了长期研究, 取得了丰富的成果, 但仍然面临一些问题有待解决。
常规潮流及其衍生算法[1,2,3,4]将电力系统节点划分为 PQ、PV 和平衡节点, 在分别给这些节点的2个运行变量赋于常数值的前提下求解潮流方程, 由于所给求解条件过于刚性和理想化, 常规潮流收敛性较差, 计算结果也常与工程实际不尽相符。实际上, 无论是负荷还是发电机组都具有频率和电压调节特性, 在稳态工况下, 系统频率和各节点电压不一定等于额定频率和给定的电压值, 负荷和发电机组都是按照各自的静特性实现功率分配。国内外一些研究者在潮流计算中探索引入这些因素, 以期改进常规潮流。文献[5,6,7,8,9,10,11]对动态潮流算法和稳态控制潮流算法进行研究。这些文献在潮流计算中以不同形式考虑发电机或负荷的静特性, 改进节点分类方法, 将负荷扰动或不平衡功率以不同方式分配给发电机组, 使潮流结果更贴近工程实际。其中, 文献[5,6,7]侧重研究计及发电机静特性作用的稳态控制潮流算法;文献[9]的算法则可同时考虑无功功率的区域平衡及负荷变化所产生的净加速功率, 通过有功和无功的联合调整获得了更合理的潮流计算结果。
现提出柔性潮流的概念, 以体现电力系统运行特点的思路和简洁清晰的方式, 在潮流计算中全面计入发电机和负荷的静特性, 推导建立了考虑发电机和负荷静特性的直角坐标牛顿-拉夫逊潮流模型。这一模型物理概念清晰, 在形式上与常规潮流模型相似, 但不再需要设定 PQ 节点、PV 节点和平衡节点, 只要在给出发电机和负荷基点功率的基础上, 即可进行一次潮流和二次潮流计算, 所得结果不仅包括节点电压, 还具有系统频率以及负荷和发电机的实际功率, 无论求解过程还是结果都更加符合电力系统运行实际。
1 柔性潮流模型
1.1 计及发电机和负荷静特性的潮流方程
连接节点i的支路一般包括发电机支路、负荷支路和网络支路3种, 如图1所示。
故 n 节点电力系统的潮流方程可表示为
其中, 当表示系统频率为f、节点 i 的电压为
且以 Un 为参考相量时, 有
式 (1) 中的功率项分别为发电机支路功率、负荷支路功率和网络支路功率。发电机支路功率可由发电机的有功功率-频率静特性和无功功率-电压静特性关系表示, 即:
式中 fi0 为机组 i 的空载频率;Kf i 为机组 i 的有功功率-频率调节系数;Ui0 为机组i的空载电压;KU i 为机组i的无功功率-电压调节系数。
负荷支路功率也由其静特性表示, 即
式中 PLi0 和 QLi0 分别为额定电压和额定频率下的负荷有功功率和无功功率, 称为负荷基点功率;KP Ui、KPfi和 KQ U i、KQ f i 分别为负荷有功功率、无功功率的电压调节系数和频率调节系数。
设系统节点导纳矩阵为
则网络支路功率为
式 (1) 由2 n个独立方程联立而成, 包括系统频率 f 在内的待求量也为2 n个, 方程可解。
1.2 直角坐标形式 N - R 法雅可比修正方程
与式 (1) 对应的直角坐标形式N - R法的修正方程为
其中, 2 n×2 n 阶雅可比矩阵的分块矩阵为
各雅可比分块矩阵的元素为
2 柔性潮流的求解
2.1 基点功率
与常规潮流不同, 柔性潮流无需人为设定 PQ 节点、PV 节点和平衡节点。求解柔性潮流方程前, 只需要给定负荷支路功率和发电机支路功率的初值, 在此分别称它们为负荷基点功率和发电机基点功率。如前所述, 负荷基点功率指额定频率和额定电压下的负荷功率, 来自负荷分析、统计或负荷预测。发电机基点功率指额定频率和额定电压 (或指定电压) 下的发电功率, 来自发电计划。由于发电机和负荷静特性的作用, 与常规潮流 PQ 节点的注入功率恒等于给定值不同, 柔性潮流的负荷实际功率和发电机实际功率与节点电压和系统频率大小有关, 一般不等于基点功率, 这更符合电力系统运行实际情况。确定基点功率及发电机、负荷静特性的方法如下:
a. 根据负荷分析、统计或负荷预测, 确定各负荷支路的基点功率 PLi0和 QLi0;
b. 估算系统发电总功率 P∑=kL∑PLi0, 式中 kL 为网损系数;
c. 按调度原则 (如节能调度原则) 将 P∑ 分配给各发电机, 确定发电机 i 的基点有功功率 PGi0, 进而按有功功率-频率静特性确定其空载频率 fi0;
d. 按发电机额定功率因数或系统负荷平均功率因数分配各机组的基点无功功率 QGi0, 进而按无功功率-电压静特性确定其空载电压 Ui0。
2.2 一次潮流和二次潮流
参照电力系统潮流的实际调控方式, 将柔性潮流求解分为一次潮流和二次潮流2个阶段。一次潮流指按基点功率确定的发电机静特性保持不变情况下的潮流, 也就是发电机和负荷按照其静特性进行自调节后的潮流。一般情况下一次潮流解即可满足要求。若出现系统频差较大或某些节点电压偏差较大的情况, 则可模拟电力系统的二次调控过程平移发电机的静特性曲线, 尔后再次进行柔性潮流计算以使系统频率和电压满足运行要求, 这种柔性潮流称为二次潮流。
3 算例及柔性潮流结果分析
以中国电科院6机22节点系统为算例。节点1～5接有发电机, 6接有调相机, 8～9、16、18～22接有负荷, 其余为中间节点。算例原运行参数针对常规潮流要求给出, 根据柔性潮流的计算要求需要调整。所作调整包括以下内容:原负荷功率直接作为负荷基点功率;取消平衡节点和PV节点, 各发电机基点功率按机组容量比确定, 其中1号机作为二次调频机组和参考机组。负荷静特性各系数均取为1, 发电机静特性各系数均取为20。为体现二次潮流的作用, 在确定发电总功率时特意忽略系统网损, 这样虽然一次潮流所得各节点电压值合理, 但此时1号机功率为6.244 1+j 2.292 2 p.u., 系统频率略低, 为0.995 0 p.u.。进行二次潮流计算后, 1号机功率增大为6.801 9+j 2.485 2 p.u., 系统频率提高到0.999 9 p.u.。二次潮流计算结果见表1。
由表1可得3点认识。
a. 由于二次潮流所得系统频率虽然低于额定频率, 但二者几乎相等, 故除了1号机由于参与二次调频其实际有功功率明显高于其基点值外, 其余发电机的实际有功功率均略微高于其基点值, 这正是发电机具有正的有功调差系数的体现。
b. 由于1、4和6号机的端电压高于额定值, 故其实际无功功率低于基点值, 而其余3台机则相反, 这正是发电机和调相机具有正的无功调差系数的体现。
c. 对负荷功率而言, 由于二次潮流所得系统频差极小, 难以观察其频率调节效应。但凡节点电压低于额定值的, 负荷的实际有功功率和无功功率均低于其基点值, 而节点电压高于额定值的则相反, 这正是负荷电压自调节效应的体现。
在常规潮流计算实践中, 对给出的系统注入功率方案, 往往会遇到不收敛或得不到合理解的问题。虽然设置 PV 节点在一定程度上可缓解这一问题, 但不同的 PV 节点设置方案又会导致不同的潮流结果。此外, 平衡节点的不同选择, 也会导致不同的潮流结果, 而且所得平衡节点的注入功率也可能不合理。由于引入了发电机和负荷的静特性, 柔性潮流不再需要特别设置平衡节点、PV 节点和 PQ 节点, 只需要根据负荷功率和对应的发电计划所给出的基点功率即可得到合理的潮流解。就本算例而言, 在所给基点功率下, 柔性潮流可得到表1所示的合理解, 而常规潮流若以同样的基点功率作为注入功率却不能得到合理解;当将一次潮流或二次潮流所得功率作为系统的注入功率, 则常规潮流可收敛于合理解。其他算例也是如此。这表明, 柔性潮流的收敛性和对于计算给定条件的鲁棒性明显高于常规潮流。
4 结论
提出了电力系统柔性潮流的概念、模型和算法。柔性潮流紧密结合工程实际, 考虑了发电机和负荷的静特性, 潮流方程数量恒等于系统节点数的2倍, 待求变量除了节点电压相量之外, 还包括系统频率。柔性潮流只需利用基点功率即可进行一次潮流和二次潮流计算。与常规潮流相比较, 柔性潮流不再需要设置平衡节点、PV 节点和 PQ 节点, 收敛性更好, 且求解过程及结果更加符合电力系统运行实际和分析思路。
摘要：为解决常规潮流求解条件刚硬, 可能导致迭代不收敛或计算结果不合理的问题, 提出了电力系统柔性潮流的概念、模型和算法, 推导了包含发电机静特性及负荷静特性描述的直角坐标牛顿-拉夫逊法柔性潮流雅可比方程, 给出了基于负荷和发电机基点功率的一次潮流和二次潮流计算流程。柔性潮流雅可比方程的个数恒等于系统阶数的2倍且结构保持不变。柔性潮流不仅可得到节点电压幅值和相角, 还可给出系统频率以及负荷和发电机的实际功率。与常规潮流相比, 柔性潮流不再需要设置平衡节点、PV节点和PQ节点, 其收敛性好且求解过程和结果更加符合电力系统工程实际。算例系统验证了柔性潮流模型和算法的正确性。
关键词：电力系统,柔性,潮流,发电机静特性,负荷静特性
参考文献
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柔性系统集成 篇5
高速公路边坡SNS柔性防护系统的应用
系统的`阐述了SNS柔性防护的概念、类型及原理,以及柔性防护系统在高速公路边坡防护中的应用.
作 者：尹艳纯 YIN Yan-chun 作者单位：衡水公路工程总公司刊 名：黑龙江交通科技英文刊名：COMMUNICATIONS SCIENCE AND TECHNOLOGY HEILONGJIANG年，卷(期)：32(3)分类号：U418.9关键词：SNS柔性防护系统 设计与施工 应用
柔性系统集成 篇6
关键词：金融IT系统；金融安全；柔性化
中图分类号：F832.2 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 15-0000-01
Talking about Flexible Defuse Financial IT System Risks
Ma Xiaoyu
(Vance Chuangxin Software Technology Co.,Ltd.,Shanghai200120,China)
Abstract:The flexible approach to the financial risks inherent in IT systems,and can quickly adapt to environmental change or a means of dealing with risk measures.In this paper,the concept of flexible processing and handling methods from the start,in-depth analysis and discussion of the concepts and methods in resolving the financial risk of the advantages of IT systems.
Keywords:Financial IT system;Financial security;Flexible
一、维护金融IT系统稳定的重要性
金融IT系统稳的有效性、稳定性特别是安全性对金融机构来讲是极为重要的，在信息技术已经融入人们生活方方面面的今天，如果金融IT系统稳是去了有效性、稳定性，没有了安全性，则不仅影响金融机构及其客户的金融资产安全，还会威胁到整个国家金融机构的安全稳定。因此，维护金融IT系统稳定的具有非常重要的现实意义。
第一，金融IT系统失稳的破坏性极大。如上所述，如果金融IT系统失稳，则造成的破坏会非常大。例如，刘明康（中国银行业监督管理委员会主席、党委书记）在“信息科技风险管理与评价审计工作会议”上明确指出，分析最近国外发生的信息系统故障事件之后我们便会发现，假若银行信息系统因为故障、攻击或者其他原因而中断一个小时，那么该金融机构的基本支付业务则会受到严重影响；假如因此中断一天，则会严重损害该金融机构的声誉；如果因此中断三天或者更久仍然不能够恢复系统运转，则会威胁该金融机构甚至是整个金融系统的稳定性。
第二，是落实全面风险管理的重要组成部分。不论对于何种金融机构，落实全面风险管理均是必然的趋势。金融机构进行风险管理的时候，不仅仅要重视传统领域下的市场风险、流动性风险以及信用风险，更要将重视金融IT系统的操作风险。在信息技术不断发展、金融机构逐渐实现信息化的今天，如何有效控制操作风险，进而维护金融IT系统稳定，已经成为了落实全面风险管理的重要组成部分。
第三，提高IT管理水平的重要需求。在今天，所有的金融机构均已经实现了信息化，并深入了对信息科技风险的认识。因此，提高IT管理水平，直接体现了金融机构的信息化程度以及金融机构的风险管理能力。
二、加强金融IT系统柔化的若干举措
（一）投产的柔性化。投产的柔性可以有效处理投产风险。通过引入柔性理念，系统实现了可分批投产各种类型的交易。比如通过对业务调度配置文件的修改，先投产柜台存取款的交易，其他的交易仍采用原来的方式处理。待修改的功能运行稳定后，再继续投产代收代付等其他交易。这样就可以循序渐进，平滑升级。即使新的处理程序、处理路由出现异常情况、无法正常工作，也仅仅影响新投产的这些交易，不会影响其他原有的交易。
（二）资源调配的柔性化。资源调配的柔性可以有效避免资源的耗尽风险。常规系统采用一体化模式，利用主机的交互式资源来处理日间的全部交易，而不是非交互式资源。但是金融机构的业务量必然会随着时间的发展则大量增加，而且主机也面临着服役时间过长的问题，主机的交互式资源会被大量消耗并造成资源枯竭；但是，主机的非交互式资源一般情况的使用率均比较低，只是在网点业务终止后的日终批次等业务空闲的状态下具有较高的使用率。因此，笔者建议在日间柜台营业时，我们完全可以利用非交互式资源，不仅可以使其分担部分工作，提高工作效率，还可以缓解交互式资源的压力。
依据以上思路，我们可以实行分段模式。即，将全部的柜台交易划分为前后两个部门，前一部分主机的交互式资源来处理交互式画面，后一部分使用主机的非交互式资源处理不需要和柜员（或客户）交互的部分。
（三）路由的柔性化。路由的柔性化能够在最大程度上消除交易超时风险。路由的柔性化是指系统能通过多种路由完成交易处理的能力。当处理路由甲达到处理能力饱和时，后来的交易自动转向处理路由乙来处理，直到路由甲空闲再自动切换回来。这样就实现了交易负载的平衡，使得系统在业务量剧增、交易排队等异常情况下，稳定性和可靠性大大提高，化解了处理超时导致交易失败的风险。如果说原有的处理路由是华山一条路的话，那么现在就是海陆空立体交叉全面覆盖的网络。即使“陆路”中断，仍可以通过“海路”、“空路”到达目的地。
（四）系统扩展的柔性化解业务暂停风险。系统扩展的柔性化可以有效解决金融机构业务暂停的风险。根据柔性化的相关思想，我们可金融IT系统的处理流程重新划分为三个层次，即交易调度层、业务调度层以及账务处理层。每一个层次均能够利用配置文件实施参数化调用。因而让金融IT系统具有了非常好的扩展柔性。
业务调度配置文件可以根据不同的操作码实现与之对应的业务调度处理程序。因为不同的操作码对应着不同的操作程序，它们之间是相互对应的关系，并且这种关系均为可维护的。如此的划分，能够使各类交易仅依照它本身的交易特征进行特定的业务数据检查和账务模块的调度，并不要进行与之不相关的逻辑判断与业务检查，不仅程序处理流程简化，而且系统的可扩展性增强。
参考文献：
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（1）系统由资源管理和系统管理2个模块组成，其中登陆用户身份分为三种：管理员、教师和学生。不同身份用户对系统授予具有不同的使用权限。系统管理员负责系统权限设置、分配，系统日志管理等功能。教师可以发布、管理、审核教学资源。学生可以检索和发布教学资源。资源管理模块负责管理各类资源，其中包括媒体素材库的管理、题库管理、案例库的管理、课件库管理、文献库管理、常见问题解答库管理、资源目录索引库管理和网络课程的管理等。主要功能是让有权限的用户可以方便的根据资源分类实现网络教学资源的上传、维护、利用等管理。
（2）学科课程资源管理建设：教学资源库建设的主要目的是达到资源共享，提高教学效率。因此，学校应组织同一学科所有的专任教师，根据教学大纲的要求和实际教学需要，统一思想和工作方式，分成几个资源库建设小组，对教材中的所有内容分割成几块，相应地落实到各个小组，然后借助小组的集体力量，去搜集相应的所有资源，来完成包括课件的制作、作业和试题的命题等任务，待所有组均完成任务后，把所有的资源都集中起来，提出修改意见和方案，待所有的教师对修改后的结果均无异议时，然后交给专业管理员，由他上传到相关的模块中去。
（3）系統采用B/S架构，用户工作界面是通过WWW浏览器来实现，主要事务逻辑在服务器端（Server）实现。与传统的C／S方式相比，B/S结构的系统不需要安装客户端软件，它运行在客户端的浏览器之上，系统升级或维护时只需更新服务器端软件即可，这样就大大简化了客户端电脑载荷，减轻了系统维护与升级的成本和工作量，降低了用户的总体成本。
（4）数据库服务器是信息系统的核心，可以使用oRACLE或SQL Sever进行数据的管理，包括试题库、案例库、文献资源库等的管理，还可以管理用户信息、访问记录等。
六、搞好高校网络教学资源建设的建议
（1）学科资源建设应以学科一线学科教师为主体，以学生对于学科学习的难点为出发点，由教师和学生的沟通交流为建设依据，并由教师团队对以上工作的讨论分析、汇总整理结果为主干进行教学资源建设，网络中心的任务只是为教师提供合适的建设平台与技术服务，而不是代替教师去建设各学科的教学资源。只有广大师生的广泛参与，资源建设才能取得快速的进展。只有教师自己建设的资源才能保证质量，适应教学工作的需要。能否真正调动广大教师积极参与网络教学资源的建设，是资源建设成败的关键。
（2）高校应制定相应奖励措施鼓励广大教师的资源建设热情，对教师自主创作的个人教学资源库与精品课程提供一定的经费给教师进行建设与维护，并能和学校的教学资源库联接起来逐步形成一个大型网上资源，进而逐步形成一个大家建、大家管、大家用、大家评的良好局面。
教学资源库建设要树立服务于教学的建设理念。把资源库建设与改变传统的教学模式、教学方法有机地结合起来。教育资源库的建设和应用问题，一直是教育信息化建设的核心内容，是提高教育教学水平的重要保障。搞好教学资源库的建设、应用和服务，必将推动学校的整体改革，使学校的校园网能真正发挥其应有的作用，为学校教育教学服务。
参考文献：
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循环经济柔性发展的系统分析 篇7
为缓解资源环境容量的有限性与发展无限性的矛盾, 解决日益严重的资源短缺、环境污染、生态破坏等问题, 发展循环经济已成为经济—生态—社会系统实现永续发展的必由之路。然而, 我国在发展循环经济的过程中仍然存在很多问题。
(一) 缺乏总体战略, 过于重视技术
发展循环经济不是权宜之计, 而是涉及经济—生态—社会复合系统发展的重大战略决策。诚然, 发展循环经济, 必须掌握下游各节点产品的生产加工技术。然而, 技术问题属于战术层面, 战术固然重要, 但失去总体战略约束的战术, 其作用就会大打折扣, 甚至产生负作用。发展循环经济, 首先需要解决“做什么”、“如何做”、“做到什么程度”的战略问题, 所有技术都应符合发展循环经济的总体战略需求, 才能发挥积极作用[1]。
(二) 误认为产业链越长效益越好
从战略管理的角度看, 发展循环经济实质上是相关多元化和纵向一体化的过程。产业生态链不是越长越好, 产业生态网也不是越复杂越好, 一定程度的多样性和复杂性可能导致稳定性, 但过多的多样性和复杂性也可能导致不稳定性。R. May (1978) 曾从数学上证明了生态网链的稳定性取决于系统组分的优势度和多样性的平衡、开放度与自组织能力的平衡、结构的刚性和柔性的平衡[2]。并且人类社会的生产和消费, 不可能是封闭式的零排放的资源利用方式, 最终还是有一些废物排放到人类社会之外, 通过长链将废弃物“吃干榨尽”和零排放, 即使在技术上可行, 在经济上或生态上往往也是不合理的。因此, 在循环经济产业链的设计上, 煤炭企业应该依托自身优势做到“有所为, 有所不为”。
(三) 片面理解循环经济内涵
目前, 多数企业将发展循环经济的重点定位在能够产生效益的废物利用和产业链延伸上, 忽略了循环经济发展的其它内容, 即要求从生产到消费的各个领域都遵循“减量化、再利用、资源化”的3R原则, 其中“减量化”原则应放在首位。企业在发展循环经济时, 似乎显得有些避重就轻, 而且, 只在生产环节实施循环经济, 没有建立相应的循环型消费模式。同时, 忽视了绿色物流技术的应用, 造成因物质流动带来的二次污染。
(四) 产业结构雷同, 致使竞争无序
目前众多企业发展循环经济的一个明显特点就是主导产业结构严重趋同, 特色产业少。此外, 一些延伸项目盲目上马, 大有跟风之势。模式雷同, 一方面说明自主创新能力的不足, 发展思路仍然过于狭窄;另一方面, 直接导致产品的趋同, 进而导致产业无序发展、产能过剩的局面。因此, 在发展循环经济的过程中, 企业不能只局限于产业链的简单延展上, 还要根据自身实际, 整合资源, 积极探索别具特色的发展路径和方向, 重点提升有限个节点的工艺和技术创新水平, 不断提升市场竞争力。
二、循环经济柔性发展的思想
“柔性”是指事物为适应动态变化的环境而对自身不断进行调节的能力。企业柔性是指在动态环境条件下企业通过对各子系统的协调优化与有效集成, 在包括生产、销售、研发等在内的各个环节上响应环境变化、获取生存与发展机会的能力[2]。而循环经济基于主业的相关多元化和纵向一体化程度就体现了所谓“柔性”。因此, 为解决上述问题, 将“柔性发展”引入循环经济领域, 提出循环经济柔性发展的思想。
发展循环经济对社会、对生态环境都有莫大的好处, 但发展循环经济也要在市场经济条件下进行, 同样要遵守竞争原则、效率原则和效益原则。在市场经济条件下实现循环经济的前提是产品的资源和市场的承载能力和供求平衡。企业作为发展循环经济的主体和构成循环经济系统的主要元素, 如果对循环经济产品的资源和市场没有清醒的估算, 对市场供求没有精明地预测分析, 将注定难逃失败的命运。另外, 由于循环经济系统中存在许多不确定的因素, 柔性问题更显得尤为突出。
循环经济柔性发展是传统循环经济发展观和现代竞争经济相融合的产物, 既要求资源利用的效率, 又要求经济和生态发展的效益, 使经济系统在自身资源、能力的限制以及生态承载力的允许范围内实现发展。具体而言, 循环经济柔性发展要求循环经济的主体 (企业等经济系统) 应具有高度的灵活性, 多样性和应变创新、开拓适应、协同进化的生命活力。从系统论的角度讲, 要求通过提高循环经济系统的节点柔性和结构柔性, 并对整个系统的发展进行柔性控制和优化, 以实现循环经济系统的进化发展, 即整个循环经济系统能够根据资源、市场、生态环境的随时波动及时做出有效反应。
简言之, 循环经济柔性发展就是指从经济—生态—社会复合系统的角度, 以边际收益大于边际成本的原则, 灵活地拓展或收缩产业链的长度。
三、循环经济系统的节点柔性与结构柔性
(一) 节点柔性与动态稳定
从系统论的角度讲, 循环经济系统是一个类似生态系统中具有“食物链网”特征的复合大系统, 系统中的各元素称为节点。循环经济链网结构使系统中的各节点紧密相连, 形成遍布整个系统的物质流、能量流和信息流。这些节点相互作用的规律, 可用贝塔朗菲微分方程组来描述:
undefined
其中, Qi是循环经济系统∑ (K1, K2, …, Kn) 的第i个节点Ki的一种量度。上式表明, 系统中任何一个节点性状的变化 (dQi/dt) 是所有节点性状的函数或结果, 而任何一个节点性状Qi的改变又引起所有节点性状的变化。
令QFi表示节点Ki的柔性量度, G=G (K1, K2, …, Kn) 为系统的稳定状态函数。
undefined
为节点Ki的柔性 (QFi) 对系统稳定性 (G) 的弹性。则系统的动态稳定是一个随时间变化的函数, 即dG/dt, 简单变形为:
undefined
显然, 系统的动态稳定不仅与系统的柔性弹性 (EF) 有关, 还受到节点自身柔性性状 (QFi) 的刚性约束, 因此循环经济系统内的节点柔性特征就显得十分重要。当系统内、外环境出现变动时, 节点的柔性能够使系统维持稳定的状态, 避免在运行上出现大的波动和失效。
(二) 结构柔性与功能实现
循环经济系统的结构和功能是相互匹配的。结构是系统元素相互联系的关系总和, 也是系统存在的组织形式。功能是系统与环境相互关系中所表现的属性、所具有的能力和所起的作用, 可以用函数表示为:
F=f (E, C, S)
其中, E——系统的环境;C——系统的元素集合;S——系统的结构。
在特定的环境和系统中, 系统功能则表示为:
F=fE, C (S)
循环经济系统的功能完全取决于系统内元素的组织形式和协同稳定状态, 即系统结构的柔性。
耗散结构理论表明, 一个演化的系统, 其结构、功能、涨落之间是相互作用的关系。一定的结构必然具有一定的功能, 并制约着随机涨落的范围 (即结构适应变化的程度) , 而随机涨落总是可以引起局部功能的改变。当涨落突破了系统结构柔性所能调控的范围, 就会引起整体结构的改变, 从而系统得以演化。在演化的过程中, 在不超过生态环境阈值和生产可能性边界的前提下, 且在系统结构柔性所能控制的涨落范围内, 整个循环经济系统在空间、时间、物质、能量和信息等方面的效率达到最高, 即系统功能达到最大。
系统的演变会促使结构不断地做出改变, 新的结构会规定出新的涨落范围, 并建立起相应的维护系统稳定的柔性调节机制。也就是说, 循环经济系统的链网关系在环境发生变化时断裂, 结构的柔性能力会促使其重建更趋于合理的链接关系并以此形成更富多样性的联网结构, 从而使系统又回到稳定状态。这一稳定状态的不断发展、进化, 使得结构得以优化, 进而使循环经济系统处于动态稳定之中, 形成循环经济的柔性发展。
四、循环经济系统的柔性控制
(一) 有序发展
通常无序性和有序性可以用“熵”和“负熵”来度量, 用熵函数S (t) 来表征循环经济系统的状态:
dS (t) =dSi (t) +dSe (t)
式中, S (t) ——循环经济系统在t时刻的熵值;dSi (t) ——系统内部有不可逆过程引起的熵增, dSi≥0;dSe (t) ——系统与外部环境进行物质与能量交换引起的熵流, 可正可负。
在封闭系统中, dSe (t) =0, 故dS (t) =dSi (t) ≥0, 随着熵值不断地增大, 系统发生退化;而在开放系统中, 可以从外界引入足够的负熵, 当dSe (t) >dSi (t) , 则有dS (t) <0, 系统总熵值降低, 也就意味着系统的有序程度提高, 系统能够不断地进化、发展。
循环经济系统是一个具有多个子系统的开放性系统, 经过高科技的不断挖掘和循环链的精心设计, 越来越多的产业、行业、生产单位和职能部门被纳入到这个系统中来, 使整个循环经济系统趋于稳定有序地发展。然而系统内能量的耗散和熵增的方向是不可控制的, 因此, 必须通过增强系统内各元素、各子系统的相互耦合关系, 积极研发和应用高新技术以提高系统内物料和废弃物的利用效率, 适时增加产品的种类, 延伸和丰富产业链的设计等柔性控制手段来减缓能量的耗散和熵增的速度, 从而促进循环经济系统的有序发展。
(二) 控制优化模型
循环经济柔性发展追求的是经济——生态——社会复合大系统的持续稳定和协调发展。循环经济柔性发展的最理想目标是在人类社会和经济发展过程中, 进入人类社会系统的新资源量趋近于零, 生态环境的退化速度趋近于零。因此, 生态持续稳定是基础, 经济持续发展是条件, 社会持续进步是目的。循环经济柔性发展是一个多目标的动态控制优化问题, 其目标函数可以用以下模型表示。
循环经济柔性发展目标函数:
undefined
约束条件为:
undefined
式中:undefined——循环经济柔性发展目标矢量;undefined——经济、社会、生态子系统发展水平矢量;undefined——时间、空间矢量, 表示循环经济柔性发展的不同阶段、区域。
循环经济柔性发展目标undefined是生态、经济、社会子系统发展水平矢量undefined的函数, 同时又与发展的阶段undefined和区域undefined有关。生态、经济、社会子系统发展水平矢量又是该系统诸因子的函数。循环经济柔性发展就是要在资源和环境发挥其最大承载能力, 即生态子系统具有可恢复性的最低发育状态undefined下, 实现资源的最优配置和整体的最大效益undefined。
实际上, 循环经济柔性发展目标函数隐含着下述不等式:
undefined
此式意为边际经济 (生态、社会) 效益必须大于或等于边际经济 (生态、社会) 成本 (投入) , 并且在等号成立时获取最大的综合效益。
循环经济柔性系统在演化过程中, 不断要受到内外部涨落力的影响和作用, 系统演化则可能发生相变、分岔等现象, 偏离既定的发展目标。要使循环经济发展不断从无序演化到有序, 由简单有序模式到复杂有序模式, 必须加强对循环经济发展的柔性控制。人作为系统的重要组成和系统的控制者, 是系统内最重要的柔性因素。人的智慧、知识和创新能力可以源源不断地向系统引入负熵流, 并对系统发展做出预测、判断和修正, 通过对经济、社会、生态各种要素的质与量的改变和影响, 对系统外部环境控制参量的改变和影响, 来调控和优化循环经济发展, 使其朝着可持续发展的目标演化 (如图1所示) 。
五、结论
针对目前许多地方政府和企业存在跟风搞循环经济、不顾经济生态和社会效益, 盲目延伸和拓展产业链的现象, 笔者提出了循环经济柔性发展的思想。其基本内核就是要根据本经济—生态—社会系统特性, 设计出符合边际收益大于边际成本的产业链, 在循环经济系统的节点上有所取舍, 结构上注重综合效益, 从而做到“有所为有所不为, 有所先为有所后为”, 即有序发展和合理控制, 追求系统效益的最大化。
参考文献
[1]翁翼飞, 张驎, 杜俊敏.我国煤炭企业可持续发展的战略因素分析[J].中国矿业, 2005 (7) :16-19.
柔性直流输电系统控制保护方案 篇8
柔性直流输电是一种新型直流输电技术,可以快速独立地控制与交流系统交换的有功和无功功率,控制公共连接点的交流电压,潮流反转方便灵活,可以自换相,具有提高交流系统电压稳定性、功角稳定性、降低损耗、事故后快速恢复等功能。直流控制保护系统是柔性直流输电工程的核心,对保证其性能和安全至关重要。
ABB公司最早将柔性直流输电技术应用到商业工程[1]。2010年底,Siemens公司的首个柔性直流输电工程在美国投入运行[2]。中国首个柔性直流输电工程———上海南汇柔性直流输电示范工程(简称南汇工程)于2011年5月在上海南汇风电厂挂网运行[3,4]。目前,柔性直流输电系统控制保护的工程经验比较少,对控制保护的系统方案进行研究对工程应用具有指导意义。
国内外对传统直流输电系统控制保护的研究较为深入[5,6,7,8]。柔性直流输电系统控制保护与传统直流输电系统控制保护存在较大的不同,在性能和快速性上具有更高的要求。传统直流输电系统的控制速度要求在毫秒级,柔性直流输电系统的要求要高一个数量级,且控制保护功能更复杂。国内外对柔性直流输电系统控制保护策略的研究非常活跃,已有文献在柔性直流输电系统的控制器算法、参数设计、电容电压平衡控制、调制策略、环流抑制策略等方面都进行了研究[9,10,11,12,13,14,15,16]。文献[4]描述了南汇工程控制及保护系统的组成、软件配置和运行方式的实现,但是对于柔性直流输电系统的控制保护功能未进行系统描述,也未对功能划分等进行分析。相关文献对柔性直流输电系统控制保护的系统性论述较少。
本文在论述柔性直流输电系统的基本控制策略、上层控制功能和保护策略的基础上,进一步提出了适合于柔性直流输电系统的控制保护功能配置方案和控制保护与换流阀设备的接口方案,可以很好地满足柔性直流输电系统控制保护快速性、高性能的要求。本文方案结构清晰、功能划分合理,已在南汇工程中得到了成功应用,取得了很好的效果。
1 柔性直流输电系统基本控制策略
无论是基于两电平、三电平拓扑结构还是基于模块化多电平拓扑结构的柔性直流输电系统,其基本控制策略都可采用基于直接电流控制的矢量控制方法。关键是适应柔性直流输电系统控制保护快速性、高性能的要求,具有快速的电流响应特性和良好的内在限流能力。本文所设计的矢量控制方法由外环控制策略和内环电流控制策略组成。外环控制产生参考电流指令,内环电流控制产生期望的参考电压。两者的功能要求如下。
1.1 内环电流控制
内环电流控制产生换流器输出的三相电压参考值,并以此作为调制信号控制换流器的输出交流电压和交流电流。考虑到交流电流依赖于换相电抗器上的电压降,内环电流控制本质上是调节换相电抗器上的电压降。
内环电流控制可采取适合工程实现的无差拍控制方式,其控制原理如图1所示,包括交流母线电压的前馈、决定换相电抗器上压降的电流指令的前馈和交流电流的反馈控制。使用交流电流反馈控制的必要性在于电抗器的值不一定准确,并且交流侧母
线电压测量也不可能100%精确。
对于基于模块化多电平技术的换流器,需要对换流阀同一相各个子模块电容电压的均衡和换流阀环流进行控制[17]。子模块电容电压的平衡控制根据桥臂电流的方向来选择子模块导通或者关断的状态。当需要减小子模块电容电压时,子模块的导通状态应当选择在桥臂电流放电期间使电容放电;当需要增大直流电容电压时,子模块的导通状态应当选择在桥臂电流充电期间使电容充电;从而实现子模块的电压平衡。换流阀环流控制是用来抑制多电平换流器相间流动的具有负序二倍频特性的环流。环流产生的主要机理为各相子模块电压和不平衡,因此换流阀环流控制的关键是要实现各相子模块电压和平衡。
1.2 外环控制
外环控制计算换流器内环电流控制需要的交流电流指令值,主要包括直流电压参考值调节、有功功率参考值调节、有功功率控制、直流电压控制、交流电压控制、无功功率控制、电流指令计算及限幅等功能模块。
直流电压参考值调节的目的是优化直流输电系统运行工况,使换流器的损耗最小,该控制功能需与变压器分接头调节相配合。
有功功率参考值通常由运行人员手动设置,以维持直流输电系统传输的有功功率恒定。当频率控制功能投入时,有功功率参考值将根据系统频率的偏差控制进行调节,在这种情况下,频率控制将可以保持风电场的频率恒定。在交流系统发生故障时有功功率参考调节应自动进行调节来保持直流侧的电压在可控范围内,避免出现危及设备安全的情况。
有功功率控制是直流输电系统的主要控制模式,在这种运行模式下,控制系统通常根据有功功率参考值控制换流器与交流系统交换的有功功率。在有功功率控制下,为了保持直流输电系统输送功率恒定,控制系统通过对电流的相应调整来补偿电压的波动。
直流电压控制产生的电流指令控制流过换流器的有功功率的大小,保持直流侧电压为设定值,在柔性直流输电系统中,通常选取一个换流站进行直流电压控制。
交流电压控制产生换流器的无功功率指令,并由两个换流站独立进行控制,该参考值可以由运行人员输入。利用交流电压控制可以实现换流变压器网侧交流电压的控制。恒定交流电压控制可以有效抑制网侧交流电压的波动。如果由于换流器容量的限制,而不能维持系统节点电压不变,通常可采用斜率控制。
无功功率控制可以使直流输电系统产生的无功功率维持在期望的参考值,该参考值可以由运行人员输入。无功功率控制作为稳态运行调节功能。无功功率控制速度设计得比交流电压控制速度要慢,交流电压控制比无功功率控制具有更高的优先级,在交流系统电压扰动时,交流电压控制将暂时取代无功功率控制以保证交流电压恒定。
电流指令由功率指令根据如下公式计算得到:
式中:P和Q分别为换流器输出的有功和无功功率。
电流指令限幅是对换流器输出电流的基波幅值进行限制。如果电流指令的幅值比限制值低,经限幅后的输出将和相应的输入相等,即在电流控制中执行的电流指令等于交流电压控制、直流电压控制和有功功率控制所产生结果。如果电流指令的幅值比限制值高,经限幅后的输出将被限制。如图2所示,对于输入电流指令idqref,如果换流器控制有功功率,则输出矢量B;如果换流器控制直流侧电压,则输出矢量A[4]。图中:Imax为电流指令限幅值。
柔性直流输电系统作为一个完整的功率传输系统,换流站间有功功率的控制必须协调,以保障有功功率的平衡。这个协调功能可以不依赖于站间通信。换流站间有功功率的平衡是通过选择一端换流站控制直流侧电压,其他换流器控制有功功率来实现的。定直流电压控制可以使各换流站间有功功率传输自动平衡。当换流站与直流线路断开作为静止同步补偿装置(STATCOM)运行时,该换流站必须采用直流电压控制。
换流站无功功率的控制由各个换流站完全独立地完成,无功功率指令的期望值可以由交流侧电压产生,也可以手动设置。由于换流器额定容量的限制,每个换流站有功和无功功率的独立控制输出必须被限制在一个确定运行范围内。
柔性直流输电系统的连接变压器分接头控制用于维持换流器的调制度在允许最小调制度限值和最大调制度限值之间,以保证换流器合适的运行工况。
2 柔性直流输电系统上层控制功能
针对不同的应用场合,如无源网络、风电场接入、孤岛供电等,除了保证柔性直流输电系统稳定运行的基本控制策略外,还应设计多种为满足交直流输电系统动态性能要求的上层控制功能,充分体现柔性直流输电系统高速性和灵活性的控制特点。
2.1 频率控制
当柔性直流输电系统的换流站单独与风电场相连时,由于风速变化的随机性,换流器不能采用定有功功率控制,否则在风速变化时会引起频率的波动,影响系统的稳定性,此时需要采用定频率控制。
柔性直流输电系统的换流站处于频率控制方式时,可以单独连接风电场作为功率控制站,采用无源频率控制。南汇工程中的无源频率控制框图见附录A图A1,实现了快速跟踪风电功率变化和维持风电侧系统频率恒定。
当风电场侧换流站运行在频率控制方式时,电网侧换流站应运行在直流电压控制方式,使柔性直流输电系统可根据风电场输送功率的大小快速调节有功功率。
2.2 交直流线路并联控制策略
交直流线路并列运行方式下,柔性直流输电系统可以采用定有功功率控制,有功功率指令值可以由运行人员设置,其余功率由交流线路输送。
有功功率控制也可以控制两个站之间并联交流线路传输的功率。例如,当风电场产生的有功功率变化时,通过改变直流功率可以维持交流线路传输的功率为恒定值(或在指定范围内),以达到优化潮流的目的。
通过交直流线路并联控制策略可以充分利用交流线路的传输容量,并且不用担心因风电场功率的瞬时上升造成过负荷的问题。
2.3 交流故障情况下的控制策略
交流故障情况下,因故障电流较大,交流电压畸变,从而导致风电机组脱网。为了保证风电穿越,必须限制故障电流。
柔性直流输电系统在交流故障情况下抑制故障电流的控制方法主要有如下两种。
1)通过对外环控制产生的指令值进行100 Hz滤波处理,消除2次谐波后,作为内环电流控制的参考值与交流电流通过正序变换得到的id和iq进行比较,通过内环电流控制即可消除输出交流电流的负序分量。
2)采用负序电压控制抑制故障电流,针对交流系统故障电压不平衡的情况,采用对称分量法建立正序与负序控制分量,基于故障时负序电压叠加的方法,消除网侧发生故障时阀侧电流中的负序成分,从而抑制故障电流。
在交流系统出现对称或者非对称故障下,通过采用合适的控制策略,利用换流器快速响应能力,可提高柔性直流输电系统的故障穿越能力。
南汇工程中采用了上述第2种方法,工程试验结果说明,该方法对于抑制故障电流和维持柔性直流输电系统持续运行具有较好的作用[18]。
2.4 多端柔性直流输电系统协调控制策略
目前,世界上还没有多端柔性直流输电的实际工程投入运行,对于其协调控制策略的研究还处于理论研究和试验阶段。
多端柔性直流输电系统可以通过协调控制策略实现系统的平衡运行,且可在实现故障端退出运行后,维持健全换流站继续运行,充分发挥多端柔性直流输电系统的优势。
多端柔性直流输电系统协调控制的关键是对直流侧电压的控制[19],目前的控制策略主要有以下几种:单点直流电压协调控制策略;基于直流电压偏差控制的多点直流电压协调控制策略;基于直流电压斜率特性的多点直流电压控制策略。
为了避免单点直流电压控制下,定直流电压换流站故障闭锁造成整个多端柔性直流输电系统停运,多端柔性直流输电系统可采用多点直流电压控制,即至少两个换流站具备控制直流电压的功能,从而提高系统的稳定性与可靠性。
多端柔性直流输电系统的协调控制策略应根据具体工程的特点进行选择,应保证有通信和无通信情况下多端柔性直流输电系统都能正常运行。
3 直流保护策略
柔性直流输电系统的保护需要考虑到一次系统的运行方式及其可能出现的故障,划分的区域如图3所示。
1)连接变压器保护区(1):主要对连接变压器进行保护。
2)站内交流连接母线区(2):主要对连接变压器与换流器之间的交流母线进行保护。
3)换流器区(3):包括阀和子模块保护区(4)(包括阀、子模块保护和直流保护)。换流器区(3)主要对换流器、换流器与交流母线的部分连接线路以及桥臂电抗器进行保护。
4)直流线路区(5):对于汇流站包括直流母线区(6)。直流线路区(5)主要对直流输电线路以及直流输电线路上串联的直流电抗器等设备进行保护。
其中,区(1)由换流变压器保护实现,区(2)(3)(5)(6)在直流保护中实现,区(4)在阀保护中实现。
阀、子模块保护主要为单个子模块和单个阀臂的故障提供保护,通常由换流阀厂家配套。直流保护包括站内交流连接母线保护、换流阀保护、直流线路保护和直流母线保护,通常为直流控制保护厂家配套。直流保护清除故障的操作主要包括报警、暂时性闭锁、永久性闭锁、交流断路器跳闸、极隔离。
采用全控型器件———绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的柔性直流输电系统,对于直流控制和保护的响应速度的要求比传统直流输电系统至少提高一个数量级,特别是暂时性闭锁的引入使得控制和保护的联系更加紧密,从而让控制和保护之间的通信要求变得非常高。为了满足控制和保护之间的通信要求,降低其实现的复杂度和可靠性,柔性直流输电系统宜采用控制和保护整体设计的方式,将直流保护和直流控制集成在同一个平台上实现。
某两端柔性直流输电工程直流双极短路故障时,阀电流的仿真波形见附录A图A2。可知:阀电流在2~3kA范围内的上升速率约为2A/μs,数百微秒延时造成的电流上升将可能造成IGBT换流阀设备的永久性损害,是不可接受的。
4 控制保护系统分层及功能配置方案
柔性直流输电系统控制保护是一个复杂的多输入、多输出系统,为了满足柔性直流输电系统控制保护快速性、高性能的要求,提高其运行的可靠性,限制任一控制环节故障造成的影响,目前世界上已投运的柔性直流输电工程均按照分层设计原则将控制保护系统划分为3层:运行人员控制层、控制保护层、输入/输出(I/O)层。控制保护系统分层拓扑图如图4所示。
1)运行人员控制层
运行人员控制层是指换流站运行人员进行操作和系统监视的数据采集与监控(SCADA)系统,其主要功能是接收运行人员或远方调度/集控中心对运行监视和操作的指令,完成全站事件记录、报警和对时,以及直流控制系统参数(有功指令、无功指令等)的调整。
2)控制保护层
控制保护层是整个直流控制保护系统的核心,包括交流站控系统(包括站用电控制和辅助系统接口)、直流控制保护系统、连接变压器保护等。其中,直流控制保护系统的主要功能是根据运行人员下发的功率和电压等指令,以及从I/O层采集的电流、电压等实时数据,通过高速运算,产生电压源换流器(VSC)换流阀控制所需的调制信号,并实现直流输电系统的保护功能。直流控制和直流保护宜采用整体设计,其优点是可以保证保护的快速性和性能。
直流控制保护层从功能实现上可以分成系统级控制保护和换流器级控制保护两部分。
系统级控制保护主要实现运行方式、控制模式转换,从运行人员控制层接收功率(频率)、电压等运行指令并产生电流指令,进行直流输电系统启停等顺序控制操作以及换流站间协调控制,类似于传统直流输电极控制系统中的功率控制、顺序控制。
换流器级控制保护是直流控制保护层的核心,主要实现有功功率控制、无功功率控制、交流电压控制、直流电压控制、电流闭环控制、锁相以及调制波的生成,同时实现换流阀快速保护功能,类似于传统直流输电极控制系统中的换流器控制保护。
3)I/O层
I/O层与交直流一次系统、换流站辅助系统、站用电设备、阀冷控制保护的接口,主要由分布式I/O单元以及有关测控装置构成,包括直流场接口、交流场接口、直流测量及阀控设备等。柔性直流输电系统控制保护功能配置如图5所示。
柔性直流输电系统中,阀控设备由于和换流阀联系较紧密,一般应由换流阀设备厂商随换流阀设备一并设计供货。
系统级控制保护和换流器级控制保护应采用整体设计,共用平台,以减小控制延时,提高控制精度,且更好地满足系统暂态性能要求。这不仅有利于保持系统控制保护行为的一致性,且有利于运行维护和技术管理。
南汇工程中,按照此接口方案划分不同供货商界面,其可行性得到工程实践证明。
5 控制保护层间的接口方案
换流器级控制保护功能复杂,接口及信号交换繁多,主要包括如下信号。
1)与SCADA系统交互的信号:换流器级控制保护需要向SCADA系统传送主机状态、设备故障信息、操作控制命令、运行状态和运行参数等。
2)I/O层采集的交互信号:换流器级控制保护需要通过分布式I/O系统,实现与交直流场、测量单元等设备的接口,接收交流电压、直流电压、交流电流、桥臂电流、直流电流等测量信号和现场开关量信号。
3)与系统级控制保护交互的信号(内部交换):换流器级控制保护与系统级控制保护耦合紧密、交互信号繁多,包括各种运行模式、运行指令值、电压和电流切换信号、解闭锁指令及状态、交直流站控信号、交直流模拟量以及各种保护动作信号等。多端柔性直流输电系统的系统级控制保护与换流器级控制保护还增加了站间协调信号。
4)与保护系统交互的信号(内部交换):换流器级控制保护需要向保护系统传送状态及保护跳闸信号和事件。
5)与阀控设备交互的信号:换流器级控制保护与阀控设备交互信号较少,主要包括电压参考信号或电压调制波、系统切换、跳闸信号。
阀控设备与控制保护层交互数据较少,通常也是各直流输电工程控制保护与换流阀的接口点。南汇工程中的控制保护系统和阀控设备之间的信号示意图(以单系统为例)如图6所示。图中:Uref为参考电压信号;Deblock为解锁信号;Thy_on为晶闸管动作信号;Active为系统值班信号;VBC_TRIP为紧急跳闸信号;VBC_CHANGE为切换请求信号;VBC_OK为VBC自检正常;∑Uc为桥臂电容电压和。
南汇工程中,控制保护系统与阀控设备通过IEC 60044-8协议接口,由于通信信号量小,通信延时能够得到有效控制,系统性能得到保障,而且接口符合标准,经验成熟,调试便捷。
南汇工程的应用实践表明,本文接口方案可以很好地体现柔性直流输电系统控制保护快速、灵活的优点,现场试验功率阶跃波形(见附录A图A3)表明,其实现了有功和无功功率的快速解耦控制,具有较好的响应特性。
系统级控制保护与换流器级控制保护联系密切,同一主机内的系统级控制保护与换流器级控制保护间的协调配合以及数据交互快速便利;控制保护系统与阀控设备的接口可采用标准协议接口,由于通信信号量小,通信延时能够得到有效控制,系统性能得到保障,应作为控制保护系统和不同阀厂家之间的接口点。
6 结语
本文提出了适合于柔性直流输电系统的控制保护功能配置方案及控制保护与换流阀设备的接口方案,很好地满足了柔性直流输电系统控制保护快速性、高性能的要求,已在南汇工程中得到成功应用。
控制保护系统和阀控设备之间的接口信号较少,因此,是适用于控制保护和不同阀厂家之间的接口点。
系统级控制保护与换流器级控制保护紧密关联,无论从保证系统性能的技术角度考虑,还是从借鉴成熟的工程经验的应用角度考虑,应将换流器级控制保护与系统级控制保护系统整体设计,以减小控制延时,提高控制精度,且更好地满足系统暂态性能要求。
采用IGBT的柔性直流输电系统,对于直流控制和保护的响应速度的要求比常规直流输电系统至少提高一个数量级,为了满足控制保护快速性和高性能的要求,降低实现的复杂度和可靠性,在柔性直流输电系统中宜采用控制和保护整体设计的方式,将直流保护和直流控制集成在同一个平台上实现。
柔性直流输电控制及保护系统 篇9
柔性直流输电是一种新型的直流输电技术,其特点是采用基于可控关断型器件的电压源型换流器(VSC)和脉宽调制(PWM)技术进行直流输电[1]。ABB公司首先实现了柔性直流输电技术的商业化运行,并成功将其应用于多个领域[1,2]。
基于可控关断电力电子器件以及PWM技术的柔性直流输电技术相对于传统直流输电技术具有以下优点:①可以实现有功和无功功率的独立控制;②能向无源网络系统供电;③能四象限运行;④无需站间通信,便于构成并联的多端直流输电系统;⑤开关频率较高,低次谐波少,不需要或者只需很少容量的高次滤波器;⑥可以实现静止同步补偿器(STATCOM)功能[3,4,5],对接入电网中的无功功率进行动态补偿。基于以上技术特点,柔性直流输电很适合应用于可再生能源并网、分布式电源并网、孤岛供电、城市电网供电、异步交流电网互联等领域[1,6,7]。
柔性直流输电技术是当今世界电力电子技术应用领域的制高点,也是智能电网关键技术之一。国内首个柔性直流输电示范工程——上海南汇柔性直流输电工程已于2011年5月3日成功实现试运行。
本文结合上海南汇柔性直流输电示范工程,介绍了具有中国自主知识产权的柔性直流输电系统运行原理和控制及保护系统的组成与软件配置,并通过实时数字仿真器(RTDS)对控制及保护系统各项功能进行了验证。
1 运行原理
文献[2]对柔性直流输电一次系统的结构及运行原理进行了描述。当忽略换流电抗器损耗和谐波分量时,VSC与交流电网之间传输的有功功率P和无功功率Q分别为[2]:
式中:US为公共连接点(PCC)处交流母线电压基波分量;V为VSC输出电压基波分量;δ为V与US之间的相角差;Xeq为等效电抗[2]。
由式(1)和式(2)可以看出,VSC有功功率的传输主要取决于δ,无功功率的传输主要取决于V。因此,可以通过控制δ来控制VSC传输的有功功率,通过控制V来控制VSC发出或吸收的无功功率[2]。如图1相量图所示,只要改变参考电压V的幅值和相位,即可瞬时实现有功和无功功率的独立调节,实现四象限运行。
2 系统组成
柔性直流输电控制及保护系统主要由运行人员工作站(operator work station,OWS)、控制保护屏、现场终端屏和阀基控制屏组成。图2为控制及保护系统结构示意图。
现场终端屏是控制及保护系统的测控单元,完成对一次系统模拟量的采集和数字量的收发控制。现场终端屏采集的模拟量包括PCC处的交流电压、换流变压器阀侧电压、交流电流、直流电压、直流电流等。除了采集模拟量之外,现场终端屏还完成对交流场和直流场所有开关、刀闸的分合状态以及水冷却等系统状态的接收,同时完成对这些开关、刀闸的分合操作命令及水冷却等其他系统的操作命令。
现场终端屏采集的模拟量通过时分多路复用(TDM)总线发送至控制保护屏的模拟量接口。控制保护屏内的工控机对这些模拟量进行高速处理并产生VSC输出的理想参考电压基波波形。参考波形被调制成PWM脉冲序列后被送至阀基控制屏,实现对6个阀臂的开通及关断控制。
工控机通过控制器局域网络(CAN)总线接收现场终端屏上送的数字量信号,实现对交流场和直流场开关、刀闸状态以及水冷却等系统的监视,并根据这些状态量实现程序联锁及顺序控制功能,同时也能通过CAN总线实现对这些开关、刀闸以及水冷却等系统的控制。
OWS通过站局域网(LAN)与控制及保护系统主机相连,通过数据采集与监控(SCADA)系统显示交流和直流模拟量的实时值以及开关、刀闸的当前状态,从而实现实时监控功能;同时也能够实现运行人员对开关、刀闸等设备的操作以及顺序控制流程的控制。
另外,当系统有报警或其他需要运行人员注意的事件发生时,相应事件报文通过LAN上送至服务器的数据库中,并通过OWS的事件列表进行显示,方便运行人员对系统运行状况的监视。
整个控制及保护系统为完全冗余的双重化配置,双重化的控制及保护系统可以在故障状态下进行自动切换,从而提高系统的运行可靠性。同时,冗余配置的控制及保护系统通过状态量的实时跟随,确保故障时系统能够平稳切换且不产生大的扰动。
3 软件配置
柔性直流输电控制及保护系统的核心单元是工控机。每台工控机都安装了Windows XP实时操作系统,配置了酷睿双核CPU、3块高性能数字信号处理(DSP)板和1块通信管理板。因此,根据不同的硬件配置,控制及保护程序可以分为CPU主程序和板卡程序。
3.1 主程序设计
主程序运行于CPU中,包括控制功能模块、保护功能模块和监测功能模块,主要实现VSC外环控制器、保护系统的上层应用以及系统监测功能等。
主程序架构如图3所示。
3.2 板卡程序设计
DSP板的程序设计主要实现数据的高速运算处理,同时实现控制及保护功能的底层应用以及与CPU主程序的接口。
DSP板控制部分的程序设计主要实现锁相环(PLL)功能、VSC的内环控制器功能以及PWM功能。
PLL功能如图4所示。图中:kl为反馈比例系数;KP和KI分别为比例和积分系数。DSP板将采集到的三相交流同步电压实时值经Clark变换为uα和uβ,通过计算得到uq。uq经比例—积分(PI)调节环节得到角频率误差Δω,Δω与中心角频率ω0相加后得到角频率,最后再经过积分环节得到相位值[6]。
内环控制器功能如图5所示,虚线框内为CPU主程序中的外环控制器。图中:Pref和Qref分别为有功和无功功率参考值;idref_lim和iqref_lim为限制后的电流参考值;iv为三相交流电流。
内环控制器根据外环控制器产生的有功和无功功率参考值以及三相电流实时值,通过矢量控制得到电流参考值idref和iqref;电流参考值经过限制器限幅后,经过参考波生成环节得到电压参考值udref和uqref。
电流限制器的功能如图6所示。换流器的输出电流应限制到额定值的1.1倍以内,当参考电流矢量超出该范围时,应对其进行限幅。如果外环控制策略为直流电压控制,则尽量确保有功电流的输出,因此选择A;如果外环控制策略为有功功率控制,则dq轴电流按比例进行限幅,因此选择B。
参考电压udref和uqref经过变换得到三相基波参考电压,利用三角载波对其进行调制,即可产生PWM波形。
DSP板保护部分的程序设计可以实现对保护系统需要的模拟量进行高速采集和实时运算,并将计算结果发送至主程序中的保护功能模块。DSP板保护部分的程序设计是冗余配置的,可以实现保护系统的启动功能。
通信管理板的程序设计可以实现冗余配置的工控机之间的实时通信功能。当前备用的工控机实时跟随值班工控机的运行状态和控制参数。当值班系统出现故障时,备用工控机可以快速切换为值班状态。
3.3 运行方式
程序设计可以实现柔性直流输电系统的3种运行方式。
1)运行方式1
只有直流线路的运行方式。送端换流站有功类控制器选择频率控制,无功类控制器选择交流电压控制;受端换流站有功类控制器选择直流电压控制,无功类控制器选择交流电压控制或无功功率控制,并且交流电压控制和无功功率控制可以手动切换。
2)运行方式2
交直流并联的运行方式。送端换流站有功类控制器选择有功功率控制,无功类控制器选择交流电压控制或无功功率控制;受端换流站有功类控制器选择直流电压控制,无功类控制器选择交流电压控制或无功功率控制。2个站的交流电压控制和无功功率控制均可手动切换。
3)运行方式3
STATCOM运行方式。2个换流站的直流连接断开,可以分别作为2个独立的STATCOM运行。有功类控制器选择直流电压控制,无功类控制器选择交流电压控制或无功功率控制。交流电压控制和无功功率控制可以手动切换。
4 仿真验证
柔性直流输电控制及保护系统开发完成后,在RTDS模型上进行了各项测试,以检验其控制及保护功能。RTDS模型以上海南汇柔性直流输电示范工程为依据,具体参数见附录A表A1。
运行方式为方式1时,RTDS模拟风机风速由12m/s降低到6m/s时的系统响应波形见附录A图A1。当风速降低后,系统频率降至49.7 Hz。控制器通过减少风电场输出的有功功率,以调节交流系统频率重新回到50Hz。
运行方式为方式2时,系统满功率运行的波形图见附录A图A2。控制器的参考电压输出稳定,交流侧电流平衡性良好,直流电压保持60kV,直流电流由于VSC的损耗,略低于300A。
运行方式为方式3且无功类控制器选择交流电压控制(指令值为35kV)时,在PCC处手动投入8.67 Mvar感性负载,模拟交流侧电压扰动时的系统响应波形见附录A图A3。负载投入瞬间,PCC处交流电压快速跌落,引起直流侧电压扰动。控制器快速调节注入VSC有功功率以维持直流电压的恒定,同时增大无功功率输出,以调节PCC处交流电压重新回到指令值。
5 结语
本文介绍了柔性直流输电控制及保护系统的组成、软件配置和运行方式的实现。依据上海南汇柔性直流输电示范工程进行了RTDS建模,仿真试验结果表明,该系统能实现柔性直流输电的各项控制功能,控制器在稳态和暂态过程中都具有优良的调节特性,适合实际工程的应用。
参考文献
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飞机柔性装配集成控制技术研究 篇10
飞机装配是飞机制造过程的主要环节。飞机装配过程就是将大量的飞机零件按图纸、技术要求等进行组合、连接的过程,分为部装和总装。飞机的设计制造难度大、周期长,不仅表现在它的零件加工量大而且表现在它的装配复杂性和难度。飞机的装配工作量约占整个飞机制造劳动量的40%～50%。柔性装配技术是目前飞机装配技术发展的新方向,以波音和空客为代表的国外先进航空企业已经广泛地应用到生产现场,形成了许多典型的柔性装配单元,大大提高了装配效率及质量。国内柔性装配技术的研究[1,2]才刚刚起步,因此,在先进的柔性装配技术研究上加大力度,十分必要。飞机部件柔性装配单元的控制是一种典型的以位置控制为目的的数字化网络控制系统,涉及到多个系统的软硬件集成。在控制方式上,随着现场总线、分布式控制等网络技术的飞速发展,其在工业自动化控制领域的应用也日臻完善,现场总线成为越来越多的分布式控制系统选择的体系结构。与传统的集中式控制方式相比,现场总线是应用在现场的、在分散化的测量控制设备及控制室之间实现智能、双向、串行、多点控制的数字通信系统。它具有数字化、网络化、系统开放性、设备智能化等特点;又具有接线少、可靠性高、抗干扰能力强、通信速率快和安装简单造价低等优点。它解决了一个企业购买了不同厂家生产的设备之间互联的问题,是控制技术、仪表技术、计算机技术、数字通信技术、网络技术等多种技术发展至今走向结合的产物。在过程自动化、制造自动化、楼宇自动化、交通电力等领域都有广泛的应用前景,被誉为21世纪最有希望的自动化技术[3,8]。
本文结合国防基础科研项目,对飞机部件柔性装配技术系统中的集成控制技术进行研究,并基于以太网和CAN现场总线技术开发了集成控制系统。
2 飞机部件柔性装配单元组成和原理
柔性装配单元主要由柔性装配工装、自动制孔连接系统、数字化测量系统、集成控制系统四部分组成。以激光跟踪仪为主的数字化测量系统测量装夹后的装配部件的基准点,获得的测量数据经过处理单元处理后,直接反馈到装配系统的集成控制系统。控制系统对实际装配位置与精确数学模型的装配位置进行比较后,获得部件装配位置的修正值,自主地对柔性装配工装的空间位置进行快速调整,实现数字化定位的闭环控制,从而完成快速准确定位、安装与调整。在定位准确可靠的基础上,测量系统测量装配部件待铆接点位置,经处理单元处理反馈到控制系统。控制系统协调控制机器人的各个机械臂,使得钻孔轴线与待铆接点法线重合,完成精确制孔连接。工作原理如图1所示[4]。
3 集成控制系统体系结构
柔性装配系统包括柔性装配工装系统、测量系统、柔性制孔系统等多个分散的系统。对各个系统集成控制是实现柔性装配的关键,目的是实现对不同控制原理、离散的多个控制系统之间的协调管理。CAN总线是现场总线的一种,是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信局域网络。由于其高性能、高可靠性、实时性好及其独特的设计,已广泛应用于控制系统中的各检测和执行机构之间的数据通信;已在工控领域兴起应用热潮,通过与以太网相连即可构成典型的分布式网络化控制系统。基于CAN总线和以太网的飞机部件柔性控制单元集成控制系统体系结构如图2所示。
控制系统分为三个层面:现场总线层、中间控制层和系统管理与监控层。现场总线层由伺服驱动器、伺服电机、机械臂及其配套电路以及传感器等组成。每台设备均以CAN总线节点的形式接入CAN总线,每个节点都被分配唯一的节点地址。现场总线层主要完成现场数据的采集、传输和完成对伺服驱动器和机械臂的控制等。中间控制层主要由多轴控制器组成,它既是上层以太网络的从站,又是下层CAN总线网络的主站,主要完成两层网络之间的通信。系统管理与监控层负责对整个系统的运行和工作状态进行监督和管理,主要是完成任务规划和数据处理,通过激光跟踪测量系统和多轴控制器获得现场装配过程的数据并对其进行处理。通过多轴控制器将控制指令传递到各个CAN总线节点,实现对现场的监控和决策。同时显示实时数据、报警画面、生成数据库、生成各种表格并打印输出等任务,为管理人员了解总体生产状况,调整生产计划提供帮助。
4 系统的硬件设计
系统的硬件主要由工控机、多轴控制器、带有CAN总线接口的交流伺服驱动器和伺服电机等组成。其核心是多轴控制器和带有CAN总线接口的交流伺服驱动器。集成控制系统通过多轴控制器分别实现以太网和CAN总线控制。多轴控制器通过以太网接口模块实现与上位工控机的通讯,同时它也可以作为网关通过TCP/IP与网络上的电脑相互访问,实现远程网络控制。另外,多轴控制器通过CAN总线与现场总线层构成主从式结构,完成现场总线层各轴、传感器、其他I/O接口的通信与控制。
4.1 多轴控制器设计
本设计采用ELMO Maestro独立型运动控制器构建了基于以太网和CAN总线的集成控制系统。运动控制器通过以太网与上位工控机通讯,通过CAN总线与柔性工装系统、柔性制孔系统各轴伺服驱动器以及传感器等相连。
Maestro[5]是一种基于网络的嵌入式多轴运动控制器,采用分布式运动控制系统中最常用的CANopen协议,具有同步运动控制、顺序运动控制多轴控制管理功能;作为CANopen主站,可以很好地进行网络管理和时间同步;同时可以作为以太网与CAN总线网络转换的透明式网关,具有两个CANopen接口;Maestro通过直接访问来完成各轴的调整,监控和通常的分析,具有多轴运动分析及开发、多轴运动记录和分析工具。其体系结构图如图3所示。
Maestro分为网络通信模块和运动控制模块两个主要部分。其中,网络通信模块直接与现场网络通信接口连接,并按照预先确定的通信协议从工控机取得控制命令,然后将命令交给运动控制模块;运动控制模块直接与电机驱动器相连,在对命令进行分析和判断之后,产生相应的电机控制信号传送给电机,命令执行的结构也会反馈给网络通信模块,由它再通过网络返回给控制台。
4.2 下层CAN总线节点设计
下层CAN总线节点设计主要分为两类:柔性工装系统CAN节点设计和柔性制孔系统CAN节点设计。
柔性工装系统CAN节点设计较为简单,选用带有CAN总线接口的伺服驱动器,就可以方便地将各个驱动轴连接到CAN总线上。系统采用菊花链型拓扑结构,用CAN总线电缆将驱动器依次连接,直到最后一个为止,如图4所示。
柔性制孔系统机械臂共有六个自由度,通过协调控制完成复杂的制孔连接动作。对柔性制孔系统的集成控制的实现是将其作为一个CAN节点连接到总线上,通过CAN收发器和CAN控制器将机械臂控制器连接到CAN总线上。其控制流程是:轴系传感器对机械臂各轴的位置信息进行采样,经过光电隔离后将其位置信息通过脉冲形式送入脉冲计数器件,脉冲计数器对输入脉冲进行计数并把计数结果转换成轴系的位置信号后送给机械臂控制器;机械臂控制器对收到的信息进行处理,并通过CAN总线接受上位计算机传来的命令信号,通过特定的控制算法计算出机械臂各轴运动信息的脉冲信号,经过光电隔离和功率放大器后传送到机械臂各轴控制其运行;同时,机械臂控制器也可以将机械臂各轴的实时信息通过CAN总线传递到上层计算机,配合激光跟踪仪实现更高一层的闭环控制。图5为机械臂闭环控制原理图。
该CAN节点硬件主要由机械臂控制器、CAN总线控制器和CAN总线驱动器组成。其中CAN总线控制器和总线驱动器选用最常见的SJA1000和PCA82C250。SJA1000[7]是一种独立的、并行总线接口的CAN总线控制器,支持CAN2.0A和CAN2.0B协议,可与多种处理器接口,最高通信速率可达1Mbps,适合作为移动机器人的通信总线。82C250作为CAN控制器和物理总线间的接口,可提供对总线的差动发送能力和对控制器的差动接收能力,它与IS011898标准完全兼容,具有高速、抗瞬间干扰和保护总线能力,并可通过管脚的接地电阻控制脉冲斜率,降低射频干扰。
5 系统软件设计
集成控制系统的软件设计主要分为:网络通信模块、运动控制模块、人机界面设计等部分,这里主要介绍网络通信模块。网络通信模块主要包括初始化模块、网络协议转换模块、CAN现场节点模块和中断处理模块。初始化模块主要是初始化各个硬件的寄存器,设置中断向量、通信波特率和滤波接收码以及中断屏蔽字等必要的参数,为正常通信做准备;网络协议转换模块主要是实现以太网和CAN总线两种网络的数据协议转换;CAN现场节点模块主要是实现现场设备与上位机的双向数据传送;中断处理模块主要是对系统通讯过程中出现的错误发出警告并做出相应的处理。
5.1 网络协议转换模块
网络协议转换模块的工作原理是:当以太网应用层有数据要发送到CAN节点时,数据发送到多轴控制器Maestro上的Ethernet模块,通过协议转换模块Gateway从传输层数据报文中解析出完整的CAN数据包,存放在数据缓冲区,并通知CAN网络模块,由它将CAN协议数据包发送到CAN总线上。反之,当CAN设备有数据要发送到以太网时,数据首先发送到Maestro上的CAN网络模块,由Gateway模块将完整的CAN协议数据包解析出来,存放在数据缓冲区,然后通过调用Ethernet模块将完整的协议数据包作为应用层数据封装起来,发送到以太网上。其原理如图6所示。
5.2 CAN现场节点模块
CAN现场节点模块主要实现现场设备与上位机的双向数据传送,具体包括:接收上位机控制命令、向现场节点传送上位机控制命令以及接收现场节点的反馈输入并进行处理。报文的发送和接收都是由CAN控制器根据CAN协议规范在中断服务程序中自动完成的[7]。
在CAN总线报文发送阶段,系统首先检查CAN控制器的发送缓冲区是否被锁定。如果发送缓冲区被锁定,CPU将报文临时保存到数据存储器中,并置位软件标志“还有报文”用于指示有新的报文等待发送。下一个发送报文的起始将在中断服务程序中处理。CPU在接收来自CAN控制器的中断时,对中断类型进行检查,当发送中断和“还有报文”标志置1时,等待发送的报文必须从数据存储器复制到发送缓冲区并将“还有报文”标志清零。命令寄存器的发送请求置1,这将是CAN控制器启动报文的发送。
在CAN总线报文接收阶段,收到的报文在接收缓冲器内,同时将状态寄存器的接收缓冲器状态标志和接收中断标志置位。如果报文接收被使能,可以将接收缓冲器内的新报文读出,并存储到自身的报文存储器中,然后释放接收缓冲器,用于接收下一报文。
6 结语
柔性装配技术是现代飞机制造装配技术发展的方向,深入研究柔性装配技术系统及其关键技术,对突破我国飞机制造过程中的薄弱环节,彻底改变以模拟量传递为主的传统落后的飞机制造协调方法有重要意义。
本文对柔性装配体系中的集成控制技术进行了研究,提出了基于以太网和CAN总线相结合的飞机柔性装配集成控制系统的设计方案。较为详细地介绍了集成控制系统的工作原理及软硬件设计,为飞机柔性装配集成控制技术的研究和应用做了一次有益的尝试。
飞机柔性装配集成控制技术的研究和应用可以提高飞机装配效率和装配质量,降低出错率,缩短研制周期,将推动飞机装配向自动化、集成化、智能化的方向发展。
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柔性系统集成 篇11
【关键词】: SNS边坡柔性防护系统 拉西瓦施工 应用
中图分类号:TM507 文献标识码:A 文章编号:1003-8809(2010)08-0200-02
一.概述
SNS (Safety Netting System)系统是瑞士布鲁克集团所独家拥有的,以高强度柔性网(菱形钢丝绳网、环形网、高强度钢丝隔栅)作为主要构成部分,并以覆盖(主动防护)和拦截(被动防护)两大基本类型来防止各类斜坡坡面地质灾害和雪崩、岸坡冲刷、爆破飞石、坠物等危害的柔性安全防护系统技术和产品,它是一种集构件设计与加工,系统配置设计与定型,现场设计选型、布置与施工设计的系统化技术。该防护系统,避免或尽可能降低了因开挖所造成的环境破坏和对边坡稳定性的危害,同时能够充分利用系统的柔性和施工布置的灵活性来最大限度的适应各种复杂的地形地貌环境,在边坡安全防护中得到了推广应用。
二.施工实例
(1)拉西瓦水电站左岸混凝土拌和系统布置在坝址下游约1km黄河左岸的夜宿沟,高程为EL2440m,由开挖左岸高线交通洞和左缆平台时的石渣在夜宿沟填筑而成,占地面积1.8万m2,整个平台近似一个三角形。在拌和平台支护工程中为保证锚固端开挖安全,采用主动防护网将开挖区EL2492.88高程以上松散岩体进行防护,施工前先对该部位浮石进行清理,再进行主动防护网施工,防护范围共计1644.1㎡。
(2)在Ⅱ号变形体处理工程中由于坝址处高边坡达600多米,地势陡峭、施工高差大,且在Ⅱ号变形体处理与左岸消能区的开挖与支护时不可避免的进行交叉作业,存在上下层同时施工的局面,安全问题比较突出,因此在支护过程中为防止坡面危石塌滑及拦截坡面上的滚落岩块、孤石,特布置了主动防护网和被动防护网两种防护网。其中SNS主动防护网(GPS2型)30000㎡,被动防护网(RX-025高4m)2360㎡。
三.防护系统功能特点
从防护原理和防护目的上,SNS系统分为主动防护和被动防护系统两大类。主动防护系统是用以钢丝绳网或TECCO高强度钢丝格栅为主的各类柔性网覆盖或包裹在需防护的斜坡或危石上,以限制坡面岩土体的风化、剥落或破坏,以及危岩崩塌(加固作用)或者将落石控制在一定范围内运动的防护系统(维护作用)。被动防护系统是将以菱形钢丝绳网或环形网为主的柔性栅栏设置与斜坡上一定位置,用于拦截斜坡上的滚落石(或落物)以避免其破坏保护对象,因此也称为拦石网。
(一)SNS主动防护系统
该系统按主要构成分为钢丝绳网、普通钢丝格栅(常称铁丝格栅)和TECCO高强度钢丝格栅三类,在拉西瓦水电站边坡支护施工中主要采用了GPS2型铁丝格栅—钢丝绳网,它通过钢丝绳锚杆和支撑绳固定方式将柔性网覆盖在有潜在地质灾害的坡面上,从而实现其防护目的。(图1)为标准主动防护系统,常用于坡面崩塌、风化剥落、溜坍、溜滑或塌落类地质灾害的加固防护,其明显特征是采用系统锚杆固定,并根据柔性网的不同,分别通过支撑绳和缝合绳张拉或预应力锚杆来对柔性网部分实现预张拉,从而对整个边坡形成连续支撑,其预张拉作业使系统尽可能紧贴坡面并形成了抑制局部岩土体移动或在发生局部移位或破坏后将其裹缚(滞留)于原位附近的预应力,从而实现其主动防护功能。该系统在施工工艺上为确保其尽可能贴紧坡面,锚杆孔口应开凿孔口凹坑(由于系统布置得灵活性,常可在允许范围内利用天然低凹位置设置锚杆,从而适当减少孔口凹坑的开凿)。
该系统在作用原理上类似与锚喷,但因其柔性特征能使系统将局部集中荷载向四周均匀传递以充分发挥整个系统的防护能力,即局部受载,整体作用,从而使系统能承受极大的荷载并降低单根锚杆的锚固力要求。此外,由于系统得开放性,地下水可以自由排泄,避免了由于地下水压力的升高而引起的边坡失稳问题。该系统除对稳定边坡有一定贡献外,同时还能抑制边坡遭受近一步的风化剥蚀,且对坡面形态特征无特殊要求,不破坏和改变坡面原有地貌形态和植被生長条件,其开放特征给随后或今后有条件并需要时实施人工坡面绿化保留了必要的条件,绿色植物能够在其开放的空间上自由的生长,植物根系的固土作用与坡面防护系统结为一体,从而抑制坡面破坏和水土流失,反过来又保护了地貌和坡面植被,实现最佳的边坡防护和环境保护目的。
(二)SNS被动防护系统
该系统是一种能拦截和堆存落石的柔性拦石网,在拉西瓦水电站边坡支护过程中多采用RX-025型被动防护系统,如(图2)所示,其主要技术基础和功能特点如下:
①与传统拦挡结构的主要差别在于系统的柔性和强度足以吸收和分散传递预计的落石冲击动能,即从观念上一改传统的刚性或低强度低柔性结构,是以高强度柔性结构来实现系统防护功能的结构;
②在设计上不仅考虑了易于安装,同时还考虑了在象悬崖这样的恶劣地形条件下能实现这种安装,即用最少量的锚杆和最少量的开挖来实现最快速简便的施工安装;
③系统部件全部实行标准化的工厂生产,现场施工除少量的以锚杆安装为主的基础施工外,主要为积木式的转配作业,施工安装和维修人员仅需要少量常规简单机具即可进行系统的安装、维修和部件更换;
④系统的结构和基础形式简单化,并以两根钢柱之间的一跨为单元连续布置,使其对各种复杂的地形具有极强的适应性。
整个系统由钢丝绳网、固定系统(锚杆、拉锚绳、基座和支撑绳)、减压环和钢柱四个主要部分构成,系统的柔性主要来自于钢丝绳网、支撑绳和减压环等结构,且钢柱与基座间亦采用可动铰联结以确保整个系统的柔性匹配。
钢丝绳网、支撑绳:钢丝绳网是系统的主要特征构成部分,且往往是遭受冲击的第一部分,它必须将来自于落石的冲击荷载传递到支撑绳、拉锚绳等部件上,并最终传给锚杆,并有支撑绳来实现能量消散、绳网下垂和维护需要间的最佳平衡。
减压环:减压环是对系统起过载保护作用,从而避免其他部件发生严重破坏的重要部件,它是一个在结点处按预先设定的力箍紧的环状金属管,使用的钢丝绳顺管内穿过,当与减压环相连的钢丝绳所受拉力达到一定程度时,减压环启动并通过变形位移来吸收能量,从而实现其过载保护作用功能,且当冲击能量在设计范围内时,能多次接受冲击发生位移。
钢柱和锚杆:钢柱的主要作用是作为系统的直立支撑,钢柱与基座间的可动铰联结确保了钢柱遭受直接冲击时基座的地脚螺栓免遭破坏。
拉锚绳:连接于钢丝绳锚杆与钢柱间的钢丝绳,根据其位置和作用功能的不同分为上拉锚绳、下拉锚绳、侧拉锚绳和中间加固拉锚绳,其主要作用是对整个系统起加固作用,以确保系统得整体稳定性,阻止系统遭受落石冲击时发生整体倾倒,并实现残余冲击荷载最终向地层的传递。
由于系统明显的柔性特征,根据简单的动量定理 F t= m△v即可知道,当落石与拦挡结构发生接触碰撞时,刚性拦挡结构允许的变形小,相互碰撞作用时间短,必然产生较大的冲击荷载。相反,SNS柔性系统在同等条件下允许变形大,作用时间长,所发生较大的冲击力必然较小,因此能拦截高能量的大块落石并实现结构的轻型化,充分体现了以柔克刚的思想。
四.系统的主要设计原则
SNS系统一般设计程序:选定主动还是被动系统→选定型号→现场布置或施工图设计,在设计选型时要注意以下原则:
边坡高度:由于按系统面积计算的主动和被动系统的单价差异较大,而主动防护系统的面积一般都较大,被动防护则较小,因此,低矮边坡一般优先考虑主动防护,高边坡一般优先考虑被动防护网甚至在一道网的拦截能力不够时考虑在不同高程处分段设置。
稳定性条件:SNS系统仅适合于整体稳定或仅有浅表层失稳可能的边坡防护,当存在深层失稳可能,特别是坡面局部破坏或崩塌后会持续诱发进一步的稳定性恶化时,应考虑采用具有加固功能的其他主动防护方式。
地形特征:当边坡高陡特别是近直立时,被动系统常难以实现安全防护,但若坡脚需防护区域狭窄,可考虑采用近水平设置的被动系统,对于上缓下陡的高边坡,可以在过渡处设置被动系统拦截上部落石,下部可根据条件采用主动或被动系统,条件允许时下部可采用与上部被动系统相连的维护网,并使上部被动系统的底部敞开以让拦截的落石能进入下部围护网并最终有约束地滚落至坡脚,从而免除拦石网内落石的清理工作。
坡面危石分布特征:当局部集中分布,特别是还有特大块危石时,宜采用主动防护系统局部处理,当随机分散分布时,宜采用被动防护系统。
施工难度:对于确认采用主动防护系统的陡峻边坡,由于坡面系统锚固作业难度大,宜考虑采用主被动防护系统,由此还可缩短工期、降低投资。
安全性要求:由于被动系统的高度是有限的(目前最大有效高度为7m),任何条件下都存在落石飞越系统顶部的风险,因此,当主要考虑安全性因素时,宜采用主动防护系统。
维护条件:当被动系统拦截堆存了大量落石(对系统已形成明显静载作用或系统有效高度已明显减小时),为确保系统原有的防护能力,必须对落石进行清理,因此当不具备这一条件时宜考虑采用主动防护系统或提高被动系统的防护能级与高度。
初期投资与维护需求的平衡:被动防护系统是按防护能级的,它能保证其能级范围内落石的安全拦截,但这并不意味着系统安全不发生变形或局部破坏,因此,应在增大初期投资来提高防护能级从而减小维护工作量与通过适度设防以降低初期投资但增大后期维护工作量做出选择。
落石速度:尽管被动防护系统具有明显的柔性,但它不是无限的,当落石速度超过25m/s时,即便落石动能没有达到系统得防护能级,在系统的其他构件不发生明显变形破坏时,也可能会因子弹效应而使柔性网发生穿透性破坏。因此,当预计落石速度过大时,应考虑改用主动防护系统或在不同高程分段设置拦石网。
五.系统的施工安装
⑴施工程序
①SNS主动防护网
施工準备→测量放点→人工清面→打安锚杆→安装支撑绳→检查验收→铺挂钢丝绳并合缝→铺挂格栅网
②SNS被动防护网
施工准备→测量放点→人工清面→打锚杆孔→锚杆及基座安装→钢柱及拉锚绳的安装调试→支撑绳安装→钢丝绳网的铺挂和缝合→铺挂格栅网→检查验收。
⑵施工方法
①SNS主动防护网的施工方法
首先和设计,监理工程师现场确定防护网的施工部位,防护网所需的材料、设备采用人工搬运到施工面,联系测量进行放线确定锚杆孔位,按设计深度采用手风钻钻锚杆孔并清孔,注浆并插入柔性双股钢丝绳锚杆,安装纵横支撑绳,张拉紧后两端用绳卡与锚杆外露环套固定连接,从上到下铺挂格栅网,格栅网铺设的同时,从上到下铺挂钢丝绳网并缝合,施工完毕后进行检查验收。在施工过程中对于起加固作用的标准主动防护体系统,在每一孔位处采用人工或手风钻凿一尺寸不小于外露环套的凹坑,口径为20cm,深20cm;将起加固作用的标准主动防护系统的锚杆外露环套安装在孔口凹坑内。
②SNS被动防护网的施工方法
将防护网所需的材料、设备采用人工搬运到施工面,测量放线确定锚杆孔位及基座位置,用人工或手风钻进行立柱基座开挖或钻锚杆孔,再进行立柱基座混凝土灌注或锚杆安装,待基座混凝土有一定强度之后进行钢柱及拉锚绳安装与调试、支撑绳安装与调试、钢丝绳网的铺挂与缝合、最后进行格栅网的铺挂。
六.结语
SNS系统作为一种标准化、定型化的防护系统,在拉西瓦水电站各部位边坡支护施工中根据现场地形地貌条件、坡面潜在灾害特征、施工条件、工期要求、后期维护条件及投资控制等综合因素,进行了合理的选型和现场布置设计,充分的发挥了其施工方便、经济合理及支护效果优良的优点,值得在施工中广泛推广与应用。
柔性系统集成 篇12
关键词：通信指挥管理信息系统,SOA,柔性,工作流管理
0 引言
多样化军事任务需要多样化的通信保障。由于军事行动的复杂性和多变性, 通信指挥控制系统集成在支持数据柔性集成的同时, 也必须支持依据指挥控制流程的任务重组和系统重构。传统的通信指挥管理信息系统集成, 提供给用户的是一种固定结构的刚性系统, 无法满足不同通信保障任务编组对通信指挥管理信息系统的个性化需要。另外, 刚性结构的信息系统也不能适应多样化军事任务及战场环境常常变化的特点, 缺乏灵活性, 因此, 构建柔性通信指挥管理信息系统是实施多样化军事任务通信保障的迫切要求。
1 系统概述
通信指挥管理信息系统包括上、中、下3级, 每级由指挥所通信指挥系统、通信部队指挥系统和通信指挥管理支撑系统3部分构成, 共同形成上下贯通、指挥顺畅的网络化、一体化的通信指挥管理体系, 其系统总体构成如图1所示。其中, 中级通信指挥管理系统包括各军种作战集团 (群) 指挥部通信指挥系统, 下级通信指挥管理系统包括各类作战部队通信指挥管理系统。通信部队指挥系统是各级指挥所所属通信部/分队实施指挥控制的信息系统。通信指挥管理支撑系统是支撑各级通信指挥机构掌握通信保障情况, 实施通信指挥调度的业务支撑系统。
通信指挥管理信息系统主要由信息收集、通信资源管理、信息处理、综合计划、信息显示、指挥控制、模拟训练等功能子系统组成。
① 信息收集子系统:自动采集各种网络管理监测设备的网络运行状态信息、自动及手工上报的通信保障情况, 为指挥员提供实时准确的通信保障情况;② 通信资源管理子系统:维护通信资源数据。通信资源包括动态数据和静态数据, 是通信指挥决策的基础数据;③ 信息处理子系统:主要完成信息登录、格式检查、通信计算、战损估计、情况综合等;④ 综合计划子系统:通信指挥人员结合自己的经验和判断, 在通信保障信息的支持下, 完成通信保障计划的编制;⑤ 信息显示子系统:以文字、图形图像等多种形式, 为通信指挥人员近实时提供形象、直观、清晰的通信保障综合情况;⑥ 指挥控制子系统:对所属通信部队下达通信保障指示, 实施通信指挥控制。
2柔性需求分析
为保障多样化军事任务的需要, 通信指挥管理信息系统在系统体系结构、运行、数据等方面应具有柔性特征, 这种柔性主要体现在下述方面:
(1) 结构柔性
多样化军事任务的规模、作战样式、作战地域等要求通信指挥管理信息系统的结构具有伸缩性。首先, 系统规模随通信保障任务规模的变化而变化, 参与各通信保障任务的通信指挥信息系统、通信部队指挥系统及通信指挥管理支撑保障系统以及各系统内部功能子系统不尽相同, 其次, 系统可以集成新的系统以及原有系统, 动态地替换功能构件, 或迁移到其他平台。
(2) 运行柔性
支持组织结构、信息流向、通信指挥作业流程等通信指挥要素的动态调整。首先, 系统要支持多种指挥决策方式, 包括问题求解方法、知识处理方法、数学建模方法、数据挖掘方法等等;其次, 系统要能够灵活地组织这些求解方法;另外, 求解过程中允许用户进行适当的干预;最后, 系统的运行逻辑应具有某种程度的动态可修改性。
(3) 数据柔性
数据柔性的具体形式:① 软件可以挂接不同形式的数据源:数据源可以是文本、XML文本、EXCEL 表、数据库等多种数据源, 这些数据可能存放在本地或网络上不同的位置;② 能够采用多种数据形式进行数据的交换;③ 允许数据结构、数据范围和数据类型的变化。
柔性数据集成可屏蔽不同数据源数据在存储格式、语义和结构等方面的差异, 使用户以一致的方式方便快捷地进行数据交换和数据共享。
(4) 系统开放性
系统必须具备系统开放性以保证上述3种柔性的实现, 这种开放性同时为系统与其他信息系统的链接提供方便。
3技术实现
3.1总体技术体系结构
采用面向服务 (SOA) 的体系架构, 通过企业服务总线技术和工作流管理技术来实现系统柔性。如图2所示, 在面向服务的通信指挥管理体系结构中, 系统中的基础共用、通信通用和各分系统的通信专用软件被包装成各种通信指挥业务服务, 通信指挥工作流管理服务依据通信保障任务要求对服务组件进行流程编排, 实现通信指挥流程的动态整合。
面向服务的体系架构中共有3 种角色, 它们分别是服务提供者、服务请求者和服务注册中心 (UDDI) 。其中服务提供者负责通信指挥服务功能的具体实现, 并通过注册服务操作将其所提供的服务发布到UDDI, 当接收到服务请求者的服务请求时, 执行所请求的服务。服务请求者则是服务执行的发起者, 首先需要到UDDI中查找符合条件的服务, 然后根据服务描述信息进行服务绑定和调用, 以获得需要的通信指挥功能。而UDDI则用来为服务提供者提供注册服务, 提供对服务的分类和查找功能, 以便服务请求者发现服务。
通信指挥管理门户是一个将系统的所有应用和数据集成到一个信息管理平台之上, 并以统一的用户界面提供给用户的信息门户。它基于Web系统, 向分布各处的通信指挥管理用户提供通信保障信息, 帮助用户管理、组织和查询与通信保障相关的信息。
通信指挥人员使用计算机终端通过浏览器登录WEB门户站点, 完成用户登录及查询浏览数据、分析报表及指挥决策支持信息, 并进行相关通信指挥管理操作。根据通信指挥业务的需要, 用户也可以从浏览器上下载客户端软件进行安装, 通过web服务, 完成通信保障信息的处理和通信指挥控制。
3.2服务封装与发布
系统中的服务包括适用于各级各系统的基础服务、通信通用服务和专用通信服务。各种服务均封装为WebServices 服务软件包, 使用WSDL向UDDI注册。当通信指挥作业流程需要服务时, 服务消费者首先向UDDI发送查找请求、收集并选择合适的服务, 获得需要服务的位置以及服务接口的WSDL 描述信息, 然后通过SOAP协议从中获得相应的服务。
为便于各通信指挥管理系统独立执行通信保障任务, 各系统既相互关联, 又自成体系。各系统设置应用服务器, 管理维护所需的各种服务。其中, 总部级系统中的应用服务器为主服务器, 负责各基础服务软件、通信通用服务软件的版本管理及发布。
系统中的UDDI具有自主性、自治性、协同性和智能性特征, 并呈树状级联结构。总部级通信指挥系统中的UDDI为根节点。每一UDDI负责本系统服务的注册与查找, 同时, 也负责所辖下级各系统的服务的注册与查找。各级的UDDI级联工作, 下级的UDDI向上级UDDI复制所拥有的服务注册信息。当执行通信保障任务时, 依据通信保障任务对部队编成编组的需要, 对参加本次保障任务的系统/子系统进行组织结构、功能子系统等进行整合与编排, 实施系统重构。重构系统时, 一般可指定原高级别系统中的UDDI为重构系统的UDDI, 该UDDI可动态搜集获取所需的服务注册信息并为重构系统提供注册与查找服务, 从而实现全系统内的通信服务动态更新与使用。
3.3工作流管理
工作流管理系统完成通信指挥工作流的定义和管理, 并按照在计算机中预先定义好的工作流逻辑推进工作流实例的执行。其主要目标是对通信指挥过程中的活动、环节发生的先后次序以及各步骤相关的人力或信息资源等进行管理, 从而实现通信指挥流程的自动化。
工作流管理包括工作流过程定义, 工作流部署, 工作流引擎。针对特定通信保障任务, 先要进行工作流过程定义, 对业务流程进行描述, 然后进行部署;当任务执行时, 工作流引擎读取工作流过程定义, 依据现有的通信服务资源进行作业单元的自动组装, 实现通信保障任务流程自动化流转, 保证任务在正确的时间传递到正确的人进行处理。
考虑到战场环境的复杂多变, 在工作流管理系统中引入智能agent, 针对通信指挥流程执行过程中出现信息不足或者请求资源不可用等情况, 由agent捕捉工作流运行时环境、资源和用户三者的语义关系, 通过策略匹配为用户提供更多的备选方案, 保证通信指挥流程的柔性运行。
3.4数据柔性
为实现系统的柔性集成, 各种数据源均被封装成粒度不一的数据服务, 根据元数据结构, 不同粒度的数据服务可以按照需要随意组合, 以满足更为复杂的信息访问请求。数据不再以点对点的方式而是以数据服务的方式获取。这种集成是动态的, 可以随时根据需要组织数据的集成方式, 得到不同的集成视图, 实现按需集成, 方便地获取最新的数据。
另外, 数据服务也可以与由其他应用、系统封装而成的非数据服务协同运作, 通过流程编排与管理, 一起完成更为复杂的功能。
柔性数据集成体系结构由数据源适配层、服务包装层、服务层、数据访问层组成。其中, 数据源适配层由包装数据源的各类适配器组成。它们遵从标准接口方式编写, 能动态加载, 可独立地为新数据源编写适配器, 并方便地接入系统。数据源的类型不限, 可以是数据库、文本文件、XML文档等。
服务包装层将数据源适配器包装成标准WebServices, 这样就将对数据源的API访问模式转变为服务的提供模式。该层的服务包装器可同时包装多个数据源适配器, 从而能对来自1个或多个数据源的数据进行逻辑处理, 以将其转变为更有意义的信息。服务包装层隔离对数据的访问细节和对数据的逻辑处理细节, 又可以解决并发访问问题。
服务层调度服务的执行, 驱动数据集成的处理。它将数据集成请求转变为对服务的调用请求, 查找适当的服务、绑定服务并调用服务。数据访问层提供相应数据源的内容及格式、与该数据源有关的应用系统、使用此数据源的安全性需求、非功能特征等。它主要负责元数据管理和目录服务, 也以Web服务的形式提供, 用户可以很方便地以一种标准的方式访问它。
为了解决不同系统的数据语义异构性的问题, 集成框架提供语义服务。语义服务根据数据获取服务提供的数据语义信息, 通过本体推理在不同数据源间实现不同模式间的语义匹配和映射。
4 结束语
本文从多样化军事任务对通信保障的需求出发, 分析了通信指挥管理信息系统的柔性需求, 说明了系统结构柔性、运行柔性及数据柔性的技术实现。通信指挥管理信息系统是一个复杂的巨系统, 其技术实现方法还依赖网络基础设施的完善与管理, 同时, 网格服务技术、智能协同技术和智能移动代理技术的应用将有助于系统柔性的提升, 相关技术在柔性系统中的应用还有待进一步研究。
参考文献
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[2]王恒, 刘振宇.基于SOA的动态数据集成框架[J].计算机与现代化, 2008.15 (3) :35-37.
[3]姚志林.基于本体的工作流为中心协同工作关键技术的研究[D].吉林大学, 2007.
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