CC BY
29
Адаптивное обучение обладает рядом преимуществ по сравнению с классическими обучающими системами. В первую очередь сюда относятся:
- снижение нагрузки на обучаемого и уменьшение общего времени обучения за счет отображения только действительно необходимой информации;
- возможность расширения целевой аудитории за счет включения в обучающий курс информации, рассчитанной на студентов с различным начальным уровнем подготовки;
- возможность реализации более удобных средств контроля над действиями пользователя.
Таким образом, интеллектуальные системы адаптивного обучения позволяют повысить качество обучения и снизить затраты на организацию учебного процесса, что ведет к повышению доступности дистанционного обучения.
Мобильность системы. Во всем мире стремительно растет потребность в беспроводных соединениях, особенно в сфере бизнеса. Используя переносной компьютер, подключенный к беспроводной среде передачи данных, пользователь получает широкие возможности планирования учебного процесса.
Одной из наиболее сложных проблем беспроводных сетей является отсутствие стабильной, гарантированной связи с другим компьютером в сети. Таким образом, возникает две проблемы для разработчика программного обеспечения:
1) клиент-серверная система, основанная на постоянном соединении клиента с сервером не сможет нормально функционировать в условиях беспроводной сети;
2) программный модуль, работающий на стороне клиента, должен обеспечивать доступ к учебному материалу даже в условиях кратковременного отсутствия связи с сервером.
Для обеспечения полноценного доступа к учебному материалу в условиях отсутствия связи с сервером клиентское приложение должно пред-
сказать последовательность переходов студента к следующим урокам, а также возможные возвраты к предыдущим урокам. После того как прогноз сделан, программа должна загрузить с сервера материал по всем урокам и сохранить его в локальном хранилище. С этого момента часть учебного курса будет доступна локально, и пользователь сможет продолжить обучение при отсутствии связи с сервером.
Предсказание переходов студента от урока к уроку и кэширование необходимых данных осуществляется за счет реляционной модели обучающего курса.
Условно процесс обучения студента можно представить как циклическое чередование двух этапов: изучение теоретического материала и выполнение тестовых заданий. Отсюда следует выделение двух основных типов элементов в составе учебного курса - занятие и тест. Этапы обучения могут располагаться в учебном курсе в любом количестве и в любой последовательности.
Для того чтобы реализовать такие возможности, необходимо построить модель учебного курса, в которой отдельные элементы будут связаны в единую систему. Очевидно, что такими связями должны быть некоторые отношения между элементами электронного обучающего курса. Связи между элементами также могут быть разделены на две категории: связи между однотипными элементами и связи между элементами разного типа. Таким образом, электронный обучающий курс можно представить как сложную реляционную структуру данных, в которой элементы расположены линейно, но способ доступа к ним и последовательность переходов целиком определяются установленными отношениями.
Программное обеспечение системы дистанционного обучения E-Learning Suite зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ, номер свидетельства о регистрации 2006613389. Система эксплуатируется в Тверском государственном техническом университете с сентября 2007 г.
ПРОГРАММНАЯ СРЕДА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ВЕРОЯТНОСТНОЙ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ СЛОЖНЫХ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
А.Н. Макаров, д.т.н.; К.Б. Корнеев, к.т.н. (ТГТУ, г. Тверь)
Реформа рынка электроэнергии, проводящаяся в настоящее время, ведет к образованию хозяйствующих субъектов, владеющих отдельными компонентами электрических сетей, расположенных между производителем и потребителем электрической энергии. В этой связи обеспечение качественного бесперебойного электроснабжения явля-
ется ключевой задачей, выполнение которой обеспечит преимущество на конкурентном рынке предоставления услуг по электроснабжению.
Одним из элементов сетей электроснабжения являются электроконтактные соединения. Статистика выхода из строя энергетического оборудования в Тверской области за 2002-2007 гг. показы-
вает, что от 20 до 25 % аварий на силовом оборудовании электрических станций и подстанций обусловлено отказом в электроконтактных соединениях. Одной из мер по предотвращению отказов является прогнозирование аномальных режимов работы контактных соединений на ранних стадиях и оказание воздействия, направленного на предотвращение наступления аварийных ситуаций.
Применение компьютерной техники позволяет прогнозировать эксплуатационные характеристики электрокоммутирующих аппаратов, их отдельных систем и узлов, начиная уже с самых ранних стадий проектирования, а также в режиме их непосредственной эксплуатации. Это особенно актуально для многоамперных контактных соединений в составе электрических выключателей, эксплуатируемых на электрических станциях и подстанциях, выход эксплуатационных характеристик которых за лимитируемые рамки (ГОСТ 17441-84 и ГОСТ 8024-90) свидетельствует об их постепенной деградации. В результате таких аналитических расчетов можно построить вероятностную модель, отражающую гамма-процентный ресурс Тру% - наработку на отказ, в течение которой данное электроконтактное соединение не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью у, выраженной в процентах.
Этот подход позволяет учесть, что число отка-зовых состояний может быть больше двух. Применительно к энергетическим системам, каким является электроконтактное соединение, может быть применен метод, в котором влияние связей элементов и систем по характеристикам нагрузочной способности и нагрузочным спектрам на взаимозависимость ресурсов учитывается с помощью поправочных коэффициентов. Наиболее целесообразным в этом случае для анализа параметрической надежности элементов энергетических систем выглядит использование метода Бокса-Джен-кинса (применяемого для анализа и прогнозирования нестационарных случайных процессов и временных рядов различной природы), основываясь на том факте, что случайный процесс деградации параметров элементов энергосистем нестационарен и может быть представлен в виде композиции необратимой случайно-детерминированной (полуслучайной) величины Хсд(0 и обратимой случайно-варьирующей составляющей Хсв(0. Случайно-детерминированная составляющая Хед(0 обусловлена временным износом проводника под действием электрического тока. Дрейф параметра при наличии необратимого детерминированного процесса имеет постоянное монотонное направление. Нарушение плавного хода функции означает значительное накопление изменений, ведущее к качественному скачку в состоянии объекта, что может быть зафиксировано как отказ.
В математической модели контактного соединения наличие случайно-варьирующейся состав-
ляющей обусловлено воздействием большого количества внешних факторов, к которым относят температуру окружающей среды, влажность, обледенение, наличие смазки и т.п. В роли наблюдаемого индикатора процесса деградации может выступать температура элементов электроконтактного соединения, линейно зависящая от величины переходного сопротивления электроконтактного соединения. Превышение температуры над заданным пороговым значением может быть классифицировано как отказ. Построение временного ряда значений превышения температуры, а также моделирование изменения этого значения в перспективе позволяет прогнозировать наступление отказа.
Существующие программные комплексы и системы, например «Transient heat transfer analysis» фирмы ALGOR Inc., оперируют одномерным распределением температуры, то есть расчетные модели строятся на предположении, что происходит изменение температуры только вдоль условно выбранной продольной оси контактного соединения, в то же время температура по плоскости сечения, перпендикулярной продольной оси контакт-детали, остается неизменной. Однако натурные испытания на объектах энергосистемы Тверской области с использованием теп-ловизионной съемки позволяют говорить о том, что такой способ моделирования является слишком грубым и не дает реальной картины энергетических процессов в контактных соединениях.
Для моделирования процессов в объеме контакт-деталей было предложено создать систему, реализующую решение комплекса дифференциальных уравнений, описывающих процесс протекания тока в электрических контактах при нестационарных внешних условиях [1]. Работа по созданию системы расчета деградационных процессов в электроконтактных соединениях выполнялась в рамках программы «Энергосбережение» в Тверской области в 1999-2004 гг. Часть исследований выполнена при финансовой поддержке Министерства образования Российской Федерации (грант Т02-01.5-248).
Расчет температурного поля внутри контакт-деталей ведется поблочно, где элементарным блоком выступает элемент трехмерного массива. Размер блока определяется исходя из габаритных размеров контакт-деталей, требований качества, точности и быстроты расчетов. Для более ответственных контактов шаг ячейки может быть уменьшен, что приведет к увеличению элементарных блоков расчета. Так как ГОСТ 8024-90 нормирует не абсолютное значение температуры в проводнике, а ее превышение, то использование матрицы температуры перегрева всех расчетных точек позволяет вести дальнейший процесс расчета надежности не по всем элементам, а по самому перегретому элементу контакт-детали. Это дает воз-
можность строить кривую вероятности перегрева по одному элементу расчетной матрицы, что ускоряет расчет, а также позволяет наглядно определить место потенциального отказа электроконтактного соединения по причинам выхода определяемых параметров за регламентируемые рамки.
Уже на начальных этапах создания расчетной системы остро встал вопрос ее технической реализации. Создание ее в форме монолитного приложения позволяет эффективно внедрить элементы визуализации процессов, а также создать наглядный и удобный пользовательский интерфейс. Одновременно такой способ реализации накладывает ограничения на количество одновременных расчетов и формат входных данных. Поэтому был предложен, а впоследствии и реализован модульный подход, при котором расчетный блок выполнен в виде самостоятельного приложения без графического интерфейса. С этим блоком непосредственно связаны блок-интерпретатор исходных данных и блок вывода. Взаимодействие этих блоков с расчетным ядром построено на потоках, что позволяет абстрагироваться от особенностей файловой системы, а также избежать коллизий при передаче данных через буферную память. Вынос блока-интерпретатора исходных данных за пределы расчетного ядра позволяет реализовать различные схемы ввода. Это может быть как система интерактивного ввода посредством графического пользовательского интерфейса [1], так и сбор данных с системы диспетчеризации энергообъекта. Доступны и промежуточные варианты. Отдельный блок вывода также позволяет гибко варьировать представление выходной информации от сообщения о вероятности отказа до двух- или трехмерной графической визуализации температурного поля в объеме контакт-деталей.
Результаты расчетов, выполненные на основе входных данных о параметрах контакт-деталей, а также данных о замерах тока на модели с интервалом 5 минут, показали сходимость расчетных результатов с периодическими замерами температуры поверхности с точностью порядка 3-8 % в зависимости от правильности ввода начальных характеристик контакт-деталей, а также равномерности графика тока. Анализ выполненных вычислений показывает, что если постоянная теплового равновесия для медных и алюминиевых кон-
тактов, используемых в энергосистемах, составляет от 7 до 20 минут, а реальная скорость изменения тока составляла 3-4 минуты, то достигнутая точность является высокой. Так как постоянная фиксация значений температуры экономически неэффективна, было предложено использовать случайные интервалы времени между замерами температуры. Такой подход можно считать более действенным, так как он позволяет уменьшить вероятность создания эффекта обратной связи, при котором коррекция модели посредством соотнесения расчетных характеристик с измеренными значениями приведет к огрублению математического аппарата [2].
Выполненная таким образом расчетная среда позволяет эффективно масштабировать процесс вычислений: один пользовательский интерфейс может управлять одновременно несколькими расчетными блоками, выполняемыми на одном или нескольких компьютерах. Независимый запуск каждого расчетного блока обеспечивает автономность расчетов в плане выбора расчетного шага математической модели и способа представления результатов расчетов.
Таким образом, снижение вероятности наступления состояния отказа, вызванного естественным износом контактов, приведет к снижению ущерба для энергосистемы, обусловленного аварийными ситуациями в коммутационном оборудовании. Это позволяет рекомендовать внедрение этой системы как обеспечивающей высокую эффективность прогнозирования аварийных ситуаций в энергетическом оборудовании. Наряду с использованием профилактических мер по недопущению отказа электроконтактных соединений можно говорить об общем увеличении надежности функционирования элементов энергосистемы, что в конечном итоге положительно сказывается на эффективности работы систем энергоснабжения в целом.
Список литературы
1. Корнеев К.Б. Система контроля и прогнозирования состояния контактных соединений электрических сетей. /Дис... канд. техн. наук: (защищ. 14.05.2004; утв. 09.07.2004) - Тверь, 2004.
2. Bergmann Ralf, Model to assess the reliability of electrical joints / Ralf Bergmann, Helmut Löbl, Helmut Böhme, Steffen Großmann // IEEE Transaction on CHMT, 5/1996, pp.180-188.
ПРОГРАММНАЯ СИСТЕМА ПРЕДПРОЕКТНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ФОРМОВАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ВОЛОКОН
A.A. Калабин, д.ф.-ж.н.; А.В. Керницкий (ТГТУ, г. Тверь); Э.А. Пакшвер, к.т.н. (ОАО Тенакс, г. Москва)
Ежегодно в мире производится около 40 миллионов тонн химических волокон из расплавов и
растворов полимеров. Основная задача производства - создание волокон с заданными свойствами
