САПР тепловых инженерных сетей с использованием дополнительных возможностей регулируемых интеллектуальными компонентами

Сорокин Олег Леонидович аспирант, Поволжский государственный технологический университет 424500, Россия, г. Йошкар-Ола, ул. Медведево, 52 Sorokin Oleg Leonidovich student of the Department of Information and Computing Systems at the Volga State University of Technology 424500, Russia, g. Ioshkar-Ola, ul. Medvedevo, 52 oleg-ussr2@yandex.ru Другие публикации этого автора

В интеллектуальной среде используется мультимедийный интерфейс (МИ), в результате использования которого происходит исключение ошибок в расчетах тепловых потоков и устранение ситуации с двумя возможными вариантами. Эффективность МИ может быть гарантирована реализацией алгоритмов классификации и идентификации ситуаций, прогнозирования их развития в реальном времени, а также своевременного синтеза актуальных описаний о поведении системы в различных случаях. МИ реализуется на основе алгоритмов для визуализации тепловых потоков, прогнозирования промерзания конструкции здания, компоновки нагревателей, детектирования проблемных зон в ИС, а также алгоритмов выявления закономерностей исходных данных о температурных показателях.^[1]

Основное назначение автоматизированной системы – увеличения срока эксплуатации контура. Решение данной задачи стало возможным с применением возможности ситуационного моделирования ^[3] в САПР ИС. Несмотря на точную компоновку и трассировку в МИ, без реализации и формирования советов по продолжительности срока службы ИС, данные о правильном расположении и прокладке трубопровода являются лишь промежуточным результатом и нуждаются в применении методов моделировании для получения информации о сроке службы конструкции. Применение моделирования позволит избежать дополнительных трудоемких расчетов, а также позволит наиболее точно и быстро принять решение в случае так называемых «размытых» решений, когда множество вариантов компоновки позволяют достичь оптимума по критериям, в ходе достижения благоприятных климатических условий.

В большинстве случаев оптимальный вариант всегда один, а детектирование его без средств моделирования становится трудоемкой задачей для оператора САПР ИС. Визуализация советов на основе ситуационного моделирования представлены на Рис.1. Основными особенностями визуализации является, прежде всего, понятная и простая для восприятия цветовая градация тепловых потоков, представленная на Рис.2. В случае наложения тепловых потоков от нагревателя и инженерных сетей они накладываются друг на друга, причем результатом визуализации такого наложения будет результирующий тепловой поток, температура которого соответствует реальной температуре в здании.

Рис.1. Реализация советов на основе ситуационного моделирования в мультимедийном интерфейсе САПР ИС.

В случае наложения тепловых потоков от нагревателя и инженерных сетей они накладываются друг на друга, причем результатом визуализации такого наложения будет результирующий тепловой поток, температура которого соответствует реальной температуре в здании.

Рис.2. Примеры цветовой визуализации

Расчет срока службы ИС на основе ситуационного моделирования ведется следующим образом – состояние ИС принимается за идеальное для данного материала стены, а затем происходит анализ проблемных зон, в которых, к примеру, наблюдается выпадение конденсата из за нерациональной компоновки и как следствие сдвига точки росы ^[1]. Площадь контура ограждающей конструкции прилегающей ко всем проблемным зонам, как доля от общей площади контура будет принята за понижающий коэффициент. Результирующая формула, используемая в САПР ИС, выглядит следующим образом:

В данной формуле: Trez - результирующее значение времени срока службы ИС,k_material-коэффициент материала ИС, Tmax - константа максимального срока службы ИС,k_popr- поправочный коэффициент, для случаев, когда затруднительно обнаружение проблемных зон,Sprobl,Smax- площади проблемных зон и всего контура соответственно. Реализация автоматизации расчета параметра Trez особенно важна, так как она является одним из дополнительных способов, для отслеживания нерациональной компоновки, на раннем этапе, даже без детального анализа и рассмотрения характера контура, что позволит снизить время на проектирование контура в САПР ИС, даже без знаний пользователя об особенностях тепловых сетей и характере распределения тепловых потоков.

Задача интеллектуального компонента САПР тепловых инженерных сетей, обеспечить наиболее оптимальный вариант компоновки, выполнить трассировку связи с тепловым пунктом. Конечным этапом алгоритма является визуализация характера теплового потока для определенной ситуации с учетом алгоритма идентификации ситуаций и принятия решений. Практическое использование программного модуля с использованием алгоритма позволяет применять его, как при проектировании новых зданий и сооружений, так и при реконструкции старых.

Идентификация ситуаций теплового контура в конечном итоге имеет только два варианта: отсутствие проблемных зон (зон промерзания) или их наличие.

Определим основные шаги алгоритма идентификации ситуаций и принятия решений:

Шаг1. На основе сформированной априорной матрицы ограничений с использованием методики линейного программирования формируем доверительные интервалы.

Шаг2. Формируем матрицу ограничений для контура, определяющую границы воздействия теплового потока.

Шаг3. Проверяется матрица «код-решение» на существование адекватного решения

Шаг4. Если решение найдено, то по коду операции принимаем решение о визуализации теплового потока определенным образом.

Шаг5.Если решение не найдено или существует несколько решений (нечеткая ситуация), то с использованием матрицы вероятностей находится решение с максимальной вероятностью.

Шаг6. Если при опросе матрицы «код-решение» однозначная ситуация отсутствует, по бинарному коду отношений из памяти значений выбирается наиболее подходящий сектор фреймов, где затем по критерию уверенности идентифицируется наиболее подходящая ситуация.

Таким образом, функция выбора новой ситуации реализована путем выбора (по коду бинарных операций) наиболее подходящего сектора фреймов в базе знаний. ^[3]

Примеры правил в Базе знаний:^[2]

Правило1. ЕСЛИ координата распределения теплового потока нагревателя И координата теплового потока контура инженерной сети равны ТО высчитываем результирующий тепловой поток.

Правило2. ЕСЛИ результирующий тепловой поток имеет температуру меньше оптимальной, ТО найдена область проблемной зоны.

Правило 3. ЕСЛИ найдена область проблемной зоны, ТО построить минимальный вектор к контуру инженерных сетей для нахождения проблемной области.

Правило 4. ЕСЛИ найдена проблемная область ИЛИ проблемная зона ТО выдать справку о неоптимальной компоновке И выполнить компоновку заново.

Набор дополнительных задач, реализованных при компоновке направлен, прежде всего, на расширение функционала и повышения применимости автоматизированной системы для ряда второстепенных задач связанных с дополнительными расчетами, советами, построением всевозможных графиков зависимости, которые могут быть использованы как для визуализации теплофизических зависимостей, для применения их в учебном процессе в высших учебных заведениях, а также для применения в проектно-монтажных конторах с целью снижения времени на расчеты и снижения сроков на проектирование различных ИС.

Пример визуализации компонента компоновки представлен на Рис.3.

Рис.3. Устранение проблемных зон при помощи компонента компоновки

Примером реализованной визуализации зависимостей могут являться зависимости степень промерзания ИС от температуры внешней среды, влияние резких скачков температуры окружающей среды на визуализируемый тепловой поток и ряд других. На Рис.4. представлен пример визуализации зависимости времени полного промерзания контура от скачков температуры окружающей среды. Использование такого дополнительного функционала позволит моделировать различные процессы, например неисправность нагревателей и необходимое время реакции пользователя на возможные неисправности в системе отопления. Другой важной функцией является реализация автоматического выключения отопления при определенных условиях внешней среды. К примеру, раннее потепление и сдвиг периода работы нагревательных элементов.

Рис.4. Характер изменения зависимости времени промерзания контура при выключенных обогревателях от сильных скачков температуры окружающей среды.

Данные дополнительные возможности позволяют повысить экономическую эффективность работы системы отопления в целом, а также сформулировать нормы и время реакции в случае ЧС, которые для каждого контура ИС подбираются индивидуально и требуют дополнительных временных затрат для определения.

Реализованные дополнительные возможности на основе интеллектуальных компонентов, направленные на выдачу советов, реализацию прогнозов на основе ситуационного моделирования, а также возможность отслеживания температурных зависимостей позволяют расширить функционал САПР и повысить эффективность работы системы. Использование методов ситуационного моделирования позволит выявить нерациональную компоновку нагревателей уже на раннем этапе моделирования контура, а реализация советов позволит избежать ошибок при компоновке и трассировке. Визуализация  графиков дополнительных зависимостей параметров контура позволит наиболее полно проанализировать реализованный контур, повысить экономическую и функциональную эффективность системы, позволит проанализировать проблемные ситуации.

Применение при проектировании интеллектуальных компонентов, позволяет избежать ряда проблем, связанных с  визуализацией данных в расчетах модуля САПР позволяет снизить ошибку в вычислениях и повысить наглядность результатов, а также обеспечить поддержку принятия решений в области использования строительных автоматизированных систем. Комплекс предлагаемых интеллектуальных компонентов при интеграции в строительные САПР позволит наиболее точно визуализировать тепловые потоки с помощью МИ. Это повысит точность всех расчетов и повлияет в дальнейшем на качество компоновки нагревательных элементов в контуре инженерных сетей.