陈小波重庆新广信房地产开发有限公司400037
摘要：随着科学技术的不断发展，三维动态仿真技术的使用越来越广泛。本文针对水电设备状态检修的需求，在三维动态仿真技术的基础上提出了设备数字化建模的方法。这种方法有机结合了对象设备的数字特性与可视化模型，让数字化模型能够自动识别设备状态，将设备的运行与健康状态全面反映出来，为设备故障的诊断打下了基础。
关键词：水电设备状态检修数字化建模
Studyofdigitizedmodelingofthehydraulicgeneratingdevice
ChenXiaoboChongqingnewCityRealEstateDevelopmentCompanyLimited400037
Abstract:withthedevelopmentofscienceandtechnology,the3Ddynamicsimulationtechnologyisusedmoreandmorewidely.Thispaperaimedattherequirementofcondition-basedmaintenanceofhydroelectricfacilities,the3Ddynamicsimulationtechnologyofdevicesisproposedbasedonthedigitizedmodelingmethod.Thismethodcombinestheobjectequipmentdigitalcharacteristicsandvisualizationmodel,letthedigitalmodelisabletoautomaticallyidentifythestateofequipment,theequipmentoperationandhealthfullyreflected,faultdiagnosisforequipmentfoundation.
Keywords:hydropowerequipmentstatemaintenanceofdigitalmodeling
在一个设备的整个生命周期里，它包括了三个方面：运行、维护、技术管理，而连接这三个方面的纽带是设备信息。设备信息的管理又恰恰是一个非常重要的环节，从目前来看设备信息的管理系统一般都能将设备信息分类与电子化，然后提供一些专用的软件对这些信息进行系统的管理、查询以及维护。但这种方式只能机械地进行设备信息的存储，而不能识别出信息本身所具有的物理含义，依然需要人的辅助作用，依靠人进行分析决策。
电子计算机的飞跃式发展，使得计算机模拟人的分析、学习以及决策成为了可能。在水电行业，自动化的运行与管理已经走上了正轨，但是设备信息依然存在非智能化的缺陷，导致了自动化的运行水平并不高，这就需要电子计算机时代下的数字化建模介入，以此提高设备的自动化运行水平。
一、设备数字化建模概述
设备数字化建模指的是通过对设备的分析，继而采用可视化的建模技术建立相关设备的可视化模型，然后利用信息关联技术将可视化的模型同设备的信息关联起来，以使电子计算机能够自动识别设备的物理结构、辨别设备的运行与健康状态、反应设备的故障机理的一种建模方式。它主要包括以下几个方面的内容：
（一）基础
不论是传统建模技术还是数字化建模技术，它们的基础都是对象分析技术。传统建模技术一般只对对象的运行规律与物理原理进行分析，得到了相应的物理运动限制条件与方程后，再进行抽象与简化，最终以状态方程等方式进行特征的描述。新兴的设备数字化建模对对象的物理构成的结构以及对象的功能与性能特性都有了一定的分析，而对象结构的分析恰好就是其与传统建模不同的典型特征。数字化建模方式对于特性的分析目的在于获取对象相应的物理运动方程，同时它也是进行定量分析的基础。
（二）步骤
设备的数字化建模包括了以下几个方面：1）对象的全面分析；2）对象的可视化建模；3）对象的数字特性建模；4）对象的可视化模型与数字化模型的融合，即数字化建模。这也相当于设备数字化建模的流程。
在数字化建模中，对于设备的可视化模型而言，它的装配是分层进行的。具体操作中，设备的层次分割是在物理分析过程中进行的，当层次分割完毕，继而进行相应的装配工作，要根据实际装备工艺进行分层组装，直到完成最后的总体装配。无独有偶，数字特性模型的组装方式与可视化模型组装方式一样，也是根据分层原理进行，其中包括了连接内部的数字特性模型，还有相应的抽象与简化，最后才能完成完整的数字特性模型。
在这些步骤中，数字化建模乃是整个设备数字化建模的关键，包括了两个非常重要的部分：一是可视化模型和数字特性模型之间的运行消息的映射；二是可视化模型和数字特性模型之间的设备状态的映射。此外，支持可视化模型同数字特性模型之间的融合的主要依据的是特定化的软件平台，而当前还没有这样特定化的通用软件平台。
（三）关键技术
设备数字化建模是一个比较复杂、技术含量较高的过程，其中需要运用各种各样的手段技术，比如可视化的建模技术、信息的统计与分类、信息的处理、专家系统以及数字特性的建模技术等。
可视化建模是一种基于虚拟现实技术与图形的建模方式。现实操作中，一般要根据不同设备采取不同的可视化建模方式。液压、机械以及部分电气设备，一般采用的是三位实体的建模方式，这样能够形象具体地描述这些设备真实的物理过程；某些电气设备与电子设备，主要采用的是图形、框图或图像来进行描述，这样能够有效解决这些设备的外形多样性与不确定性。信息的统计与分类的主要作用在于专家的知识与经验以及设备的资料分类与收集整理。信息处理技术一般用于模型信息的输入输出管理。专家系统的主要功能是为了定义相关设备的故障模式、调整故障等级与概率、编辑相应的故障辨识及维修方法等。设备的数字特性建模与传统特性建模方式有着明显的不同，主要表现在其能够实现故障的仿真，并且能考虑相应的失效模式，建立一种完整的特性仿真计算模型。
（四）目标
应用设备数字化模型的时候需要相关的信息系统支持，使用其开发的相关软件系统能够辨别设备的运行与健康状态、自动识别相关的物理结构、反应设备的故障机理与表现，在一定程度上提升系统的自动化水平，提高相关设备信息的可操作性与可理解性。
二、水电设备的数字化建模的具体方法分析
水电设备中有一个非常重要的设备是水轮发电机组，它是由机械、电气、液压等设备共同组成的一个比较复杂的大型设备，并且它还可以分成七个系统：水轮机、发电机、轴系、励磁系统、变压器、开关电气系统与辅助系统以及调速系统。为了形象具体地解释水电设备的数字化建模，本文将以主接力器（摇摆式）为例。
（一）主接力器的设备分析
本文中的摇摆式主接力器包括了密封组件、安装部件、活塞组件、前盖组件、后盖组件、缸体以及分油器七个部分，这些部分还可以继续分割，比如活塞组件设备，它的分析部分包括以下内容：1）主要组成：活塞、活塞环、推拉环、螺母；2）运动过程：活塞组件沿着缸体作直线式运动，运动范围从0到缸体的有效长度；3）连接关系：与缸体是一种滑动的连接，推拉杆的输出端口应该铰接在相应的控制环上；4）输入输出：输入的主要是从主配压阀来的液压油的压力与流量，输出的则是控制环的位移与力。
（二）主接力器的可视化建模
在前文中提到了何种设备中使用何种可视化建模的方式，这同样适用于主接力器的建模。对于主接力器的可视化建模而言，主要包括以下两个步骤：
1、零部件的建模
（1）对相关的主接力器进行蓝图的设计，或者测量并获取每一个零部件的形状与尺寸信息，并用相关的软件建立每个零部件的相关三维实体模型；
（2）三维实体建模完毕，便对模型中每个零部件的真实材质与颜色进行渲染，渲染的相似度与现实越接近，效果越好；
（3）对模型中的零部件进行相应物理性质的标注，比如粘度、密度以及表面的纹理等。
2、模型的装配
模型的装配应该基于真实的物理结构，应该对对象进行详细的分析与了解，在进行装配的时候应该按照以下几个步骤进行：1）基准零件的选择；2）进行约束关系的定义；3）运动范围的限制；4）动画过程的制作。
（三）主接力器的数字特性建模
由于传统仿真建模无法表达出非数据信息与非线性环节，因此这里采用的特性建模方式是分布式的物理图建模方法。这种方法的主要思想在于分析物理机理，依据分析结果，再以系统内的能量流与信号流为线索，建立一种分布式的物理网模型，以此描述实际的运动规律和系统状态。
（四）主接力器的数字化建模
在一定层面上，数字化的建模实际上就是可视化模型与数字特性模型之间的一种消息映射，需要相应的软件平台支持，而我国目前通用的软件平台很大程度上无法满足这种需求。因此，这就需要不断探索与创新，以适应新时代的数字化建模的需求。但目前我国还是有一些自行研制的设备数字化建模软件平台，能够有效实现两者之间的消息映射。主接力器在这两者之间的消息映射包括以下几个方面：运行消息、维修过程消息以及状态消息。在进行主接力器的数字化建模过程中，务必做好这几个方面的消息映射，因为这几个方面都是消息映射的重点。
三、结语
水电设备数字化模型在我国水电机组检修信息系统中已经得到了一定的应用，并且成功取得了效果。设备数字化模型在检修信息系统中的应用水平关系着相关产业部门各种设备的运行状态的查看，因此必须提高重视程度，才能将水电设备信息检修过程变得更加的方便快捷而且实用。
参考文献：
[1]陈燚涛,李朝晖.全状态数字化建模及其在水电机组维护中的应用[J].系统仿真学报,2008,20(2):499-505.
[2]陈森.浅谈制订《水电设备检修定额》的必要性[J].广东水利水电,2009,(9):71-72,75.
[3]何国权.水电设备状态检修与问题分析[J].中国科技信息,2012,(6):92.DOI:10.3969/j.issn.1001-8972.2012.06.047.
[4]刘双全,王达达,向泽江等.面向状态检修的水电设备在线检测及远程辅助诊断系统[C].//2010年全国发电企业设备检修技术大会论文集.2010:731-737.