基于LCC理論的變壓器采購評(píng)價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)
第 1 章 緒論
2013 年 9 月，國務(wù)院發(fā)布實(shí)施《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，提出加快調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，增加清潔能源供應(yīng)，控制煤炭消費(fèi)總量，全面淘汰和替代低效、重污染的傳統(tǒng)用能方式等戰(zhàn)略。“實(shí)施跨區(qū)送電項(xiàng)目”被視為這一戰(zhàn)略的重中之重，這無疑加大電網(wǎng)投資，推動(dòng)電網(wǎng)的創(chuàng)新發(fā)展。
電網(wǎng)企業(yè)在資產(chǎn)管理方面屬于密集型企業(yè)，企業(yè)效益主要來源于設(shè)備的穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。盡管近年來國家電網(wǎng)公司在設(shè)備裝備水平和效益方面取得雙豐收，但是主要輸變電設(shè)備的使用壽命與國外先進(jìn)水平存在很大差距。據(jù)統(tǒng)計(jì)我國電網(wǎng) 110kV 變壓器、斷路器平均運(yùn)行壽命分別是 18.1 年和 13.7 年，而根據(jù)國際大電網(wǎng)會(huì)議統(tǒng)計(jì)，國際變壓器平均使用壽命在 40 年以上，斷路器壽命也在40 年左右。電網(wǎng)公司的變壓器等重要設(shè)備提前結(jié)束壽命在一定程度上降低了投資項(xiàng)目的凈現(xiàn)值，影響了電網(wǎng)投資經(jīng)濟(jì)性的實(shí)現(xiàn)。為提高電網(wǎng)資產(chǎn)管理水平，2012 年國家電網(wǎng)公司提出了二次設(shè)備 20 年，一次設(shè)備 40 年，房屋建筑物60 年的使用壽命目標(biāo)。
造成電網(wǎng)企業(yè)資產(chǎn)管理困境的主要原因是設(shè)備源頭控制不足，目前的設(shè)備管理決策主要以經(jīng)驗(yàn)決策手段為主，而科學(xué)決策手段的應(yīng)用還需要進(jìn)一步探索研究。以設(shè)備采購為例：目前主要為集中采購，使用最低價(jià)格采購和經(jīng)驗(yàn)采購，這種采購政策很難對(duì)設(shè)備質(zhì)量進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，可能會(huì)出現(xiàn)供應(yīng)商先低價(jià)中標(biāo)，再通過犧牲質(zhì)量來達(dá)到控制成本的目的。由于缺乏長期利益的觀念，造成采購設(shè)備質(zhì)量不理想。以最低價(jià)采購變壓器為例，低廉的采購成本最終導(dǎo)致變壓器故障率高、開關(guān)鍍銀層減薄、外殼容易生銹、變壓器絕緣性不高等嚴(yán)重問題，，最終導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用高、可靠性降低、甚至危及社會(huì)安全，因此在電力設(shè)備采購時(shí)需要引進(jìn)科學(xué)的評(píng)價(jià)方案。本文正是在這樣的背景下提出設(shè)計(jì)一套采購評(píng)價(jià)系統(tǒng)來幫助電網(wǎng)企業(yè)提升資產(chǎn)管理水平。
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采購評(píng)價(jià)思想最初源自于英國的皇家文具公用局，它負(fù)責(zé)政府采購，經(jīng)過多年發(fā)展后應(yīng)用到貨物、服務(wù)和工程中來，多年的采購失敗與成功使得評(píng)價(jià)思想得以萌芽；1861 年,美國出臺(tái)了一項(xiàng)聯(lián)邦法案,規(guī)定超過一定金額的聯(lián)邦政府采購都必須公開公正,在采購前需要對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)估，這標(biāo)志著從法律角度對(duì)評(píng)價(jià)的認(rèn)可。
在最初最低價(jià)采購法中，采購價(jià)格為評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，忽略了其他因素的比重。但是這惹來眾多爭議：1976 年，英國建筑工業(yè)研究與信息協(xié)會(huì)明確地闡述了最低價(jià)采購原則的局限性，他們認(rèn)為考察工程項(xiàng)目需要從多種因素、多個(gè)角度進(jìn)行，而單純根據(jù)最低價(jià)原則，會(huì)導(dǎo)致工程合同無法執(zhí)行的可能性非常大，進(jìn)而導(dǎo)致業(yè)主經(jīng)濟(jì)遭受損失，并初步擬定將這種方法加以改進(jìn)，但是在后來的采購中依然沒有多大改變。而專家評(píng)議法，則需要投入較多的專家以及時(shí)間，但評(píng)價(jià)結(jié)果的產(chǎn)生僅僅依靠專家的邏輯判斷和定性分析，明顯缺乏定量分析，從而加重評(píng)價(jià)過程中的主觀因素的影響最終可能降低評(píng)價(jià)的公平性。近些年來，世界上逐漸推行多因素綜合評(píng)價(jià)方法，這類方法開始考慮影響設(shè)備、工程等多個(gè)因素，并且評(píng)價(jià)指標(biāo)也逐漸從定性評(píng)價(jià)向定量評(píng)價(jià)進(jìn)行轉(zhuǎn)變。
在國外評(píng)價(jià)系統(tǒng)研究的另外一個(gè)重要方面便是評(píng)價(jià)系統(tǒng)的信息化，20 世紀(jì)80 年代后，隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，評(píng)價(jià)系統(tǒng)也開始了信息化研究。相對(duì)而言，采購管理的信息化水平全面落后于其他行業(yè)。1993 年，美國在政府采購中應(yīng)用到信息系統(tǒng)；2000 年，日本也逐漸開始啟動(dòng)電子政務(wù)、網(wǎng)上招標(biāo)與采購計(jì)劃；尤其是 Abraham Nievadela Hidalga 等在《A Domain Engineering approachfor the Development oftendering E- marketplace applications》介紹了電子技術(shù)在政府采購領(lǐng)域的應(yīng)用，將采購過程推向了程序化和評(píng)價(jià)的科學(xué)化。
論文的整體研究結(jié)構(gòu)如圖 1-1：
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第 2 章 關(guān)鍵技術(shù)
全壽命周期成本計(jì)算公式為 LCC(全壽命周期成本)=CI(投資成本)+CO(運(yùn)行成本)+CM(檢修成本)+CF(故障成本)+CD(退役成本)
它的管理理論可以歸納為以下四點(diǎn)：
（1）從設(shè)備壽命范圍內(nèi)追求最低成本；
（2）從技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性兩方面對(duì)設(shè)備進(jìn)行綜合考慮；
（3）針對(duì)設(shè)備的可靠性，可維護(hù)性進(jìn)行深入研究；
（4）信息反饋對(duì) LCC 管理起支撐作用。
在 20 世紀(jì) 70 年代，美國總統(tǒng)頒布命令，要求國防部必須采用 LCC 技術(shù)來對(duì)待國防開支；1973 年，英國設(shè)備管理專家丹尼斯·帕克斯提出了設(shè)備綜合工程學(xué)，其目的就是追求設(shè)備壽命周期費(fèi)用最低；1978 年日本工程師協(xié)會(huì)成立了 LCC 委員會(huì)；我國 LCC 工作有海軍領(lǐng)頭，空軍、二炮都積極推廣運(yùn)用，1987 年組建了 LCC 委員會(huì)；1994 年國際電工委員會(huì)在委托其可靠性和維修性技術(shù)委員會(huì)擬制的草案基礎(chǔ)上頒布了《全壽命周期費(fèi)用評(píng)價(jià)—概念、程序及應(yīng)用》標(biāo)準(zhǔn)，并得到 ISO 認(rèn)證；1999 年美國總統(tǒng)克林頓簽署政府令，政府所需購置的設(shè)備和建設(shè)的工程必須有 LCC 報(bào)告；2006 年國際大電網(wǎng)會(huì)議提出用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法來優(yōu)化設(shè)備的檢修和更換策略。
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采用 Java 語言編寫的 Web 應(yīng)用程序我們稱為 Java Web 應(yīng)用，它是由一組Servlet、JSP、HTML 頁面、類以及其他資源綁定在一起構(gòu)成，它可以在滿足Servlet 或者 JSP 規(guī)范的 Web 容器中運(yùn)行。Web 容器安裝在服務(wù)器端，用于處理用戶通過客戶端發(fā)出的請(qǐng)求，為容器中的應(yīng)用程序組件（Servlet、JSP）提供一個(gè)環(huán)境，使 Servlet、JSP 直接跟容器中的環(huán)境變量交互[24]，本系統(tǒng)準(zhǔn)備應(yīng)用Tomcat 作為容器，它可以運(yùn)行 JavaWeb 的 Servlet 和 JSP，應(yīng)用的具體執(zhí)行過程如圖 2-1 所示：
Web 容器安裝在服務(wù)器端，用于處理用戶通過客戶端發(fā)出的請(qǐng)求，為容器中的應(yīng)用程序組件（Servlet、JSP）提供一個(gè)環(huán)境，使 Servlet、JSP 直接跟容器中的環(huán)境變量交互，本系統(tǒng)準(zhǔn)備應(yīng)用 Tomcat 作為容器，它可以運(yùn)行 JavaWeb的 Servlet 和 JSP。
Java 數(shù)據(jù)庫編程主要使用 JDBC 技術(shù)，JDBC 是一種用于執(zhí)行 SQL 語句的Java API，它由一組用 Java 編寫的類和接口組成。JDBC 為開發(fā)人員提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 API，使他們能夠用純 Java 來編寫數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序。
利用 JDBC 向各種關(guān)系型數(shù)據(jù)庫發(fā)送 SQL 語句變成了一件很容易的事，換言之，利用 JDBC 就不必專門為訪問 MySQL 數(shù)據(jù)庫編寫一個(gè)程序，又專門為訪問 Oracle 數(shù)據(jù)庫編寫一個(gè)程序，開發(fā)人員只需用 JDBC API 寫一個(gè)程序就夠了，它可以向相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫發(fā)送 SQL 語句，對(duì)于使用 Java 編寫的應(yīng)用程序，Java 和 JDBC 結(jié)合起來將程序只需寫一遍就可以讓它任何平臺(tái)上運(yùn)行。
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3.1 建立評(píng)價(jià)指標(biāo)的目的....................... 12
3.2 變壓器的特點(diǎn)............................12
3.3 變壓器評(píng)價(jià)指標(biāo)...........................13
3.3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)概述..........................13
3.3.2 變壓器可靠性指標(biāo)建模研究...............13
3.3.3 基于 LCC 的變壓器成本指標(biāo)建模......... 16
3.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)模型所需數(shù)據(jù).....................19
3.5 本章總結(jié)............................... 20
第 4 章 系統(tǒng)分析與系統(tǒng)設(shè)計(jì)...................21
4.1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)..........................21
4.2 系統(tǒng)模塊功能設(shè)計(jì)........................21
4.2.1 系統(tǒng)管理模塊.....................22
4.2.2 變壓器設(shè)置模塊.......................23
4.2.3 變壓器故障率預(yù)測模塊.................23
4.2.4 全壽命周期成本計(jì)算模塊.............23
4.2.5 分析對(duì)比模塊.......................24
4.3 主要業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)...................24
4.3.1 變壓器故障率預(yù)測訓(xùn)練流程.............25
4.4.2 變壓器故障率預(yù)測流程.................27
4.3.3 變壓器成本計(jì)算流程...................28
4.4 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)......................29
4.5 本章總結(jié)............................ 32
第 5 章 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用.....................33
5.1 用戶登錄模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).................33
5.2 系統(tǒng)管理員模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)............33
5.2.1 管理員首頁面設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).............33
5.2.2 管理員模塊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì).............34
5.2.3 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的存儲(chǔ)..............39
5.2.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的全過程...............40
5.3 普通用戶設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)................ 43
5.3.1 變壓器故障率預(yù)測................ 43
5.3.2 普通用戶變壓器 LCC 計(jì)算.........46
5.4 評(píng)價(jià)系統(tǒng)的應(yīng)用......................48
5.5 本章總結(jié).......................... 51
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第 5 章 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用
管理員模塊中最重要的便是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，根據(jù)第三章和第四章分析，我們已經(jīng)把變壓器故障率預(yù)測過程分為兩個(gè)步驟：第一個(gè)步驟是用變壓器故障樣本數(shù)據(jù)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；第二個(gè)步驟是用已訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)采購變壓器進(jìn)行故障率預(yù)測。在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練過程中，可能需要幾百次甚至上千次的迭代才能保證預(yù)測的準(zhǔn)確率，由于本文開發(fā)的是 B/S 結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，用戶通過瀏覽器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行訪問，因此對(duì)變壓器故障率進(jìn)行預(yù)測時(shí)會(huì)對(duì)實(shí)時(shí)性有較高的要求，為保證預(yù)測的準(zhǔn)確性和評(píng)價(jià)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，我們采用以下的解決方案：在管理員模塊中訓(xùn)練 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的連接權(quán)值和閾值），在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滿足要求后將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)以 XML 文檔的方式存儲(chǔ)在變壓器故障率預(yù)測模塊中，普通用戶預(yù)測變壓器故障率時(shí)，只需從 XML 文檔中讀取神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，將參數(shù)加載到 Java 預(yù)測類中便可實(shí)現(xiàn)變壓器故障率的快速預(yù)測。
構(gòu)造方法主要構(gòu)造 BPNet 類的實(shí)例，除此之外還需要完成以下工作：從管理員界面獲取神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本參數(shù)，并將這些參數(shù)的值賦值給 BPNet 類相應(yīng)的成員變量，這些參數(shù)包括：訓(xùn)練樣例個(gè)數(shù)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)各層節(jié)點(diǎn)數(shù)目，訓(xùn)練過程允許迭代次數(shù)，學(xué)習(xí)效率，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)允許誤差范圍，以及訓(xùn)練結(jié)束后存放神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的 XMLl 文檔的全路徑信息等。
……
結(jié)論
(1)深入研究及歸納總結(jié)國內(nèi)外評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)系統(tǒng)，研究和學(xué)習(xí)全壽命周期基本理論，開發(fā)和設(shè)計(jì)基于LCC理論的變壓器采購評(píng)價(jià)系統(tǒng)，提高設(shè)備采購前期評(píng)價(jià)的信息化程度；
(2)研究變壓器采購的評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法，采用故障率最低和周期成本最低指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，以此為依據(jù)建立基于LCC理論的變壓器評(píng)價(jià)模型；
(3)基于LCC理論的變壓器采購評(píng)價(jià)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在變壓器采購之前就能比較準(zhǔn)確預(yù)測出全壽命周期內(nèi)的總成本和可靠性；擬采購的變壓器進(jìn)行前期評(píng)價(jià)，有利于變壓器后期的經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)（略）
本文編號(hào)：44362
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