2021年10月17日-20日，2021北京國際風能大會暨展覽會（CWP 2021）在北京新國展隆重召開。本屆大會以“碳中和——風電發(fā)展的新機遇”為主題，歷時四天，包括開幕式、主旨發(fā)言、高峰對話、創(chuàng)新劇場以及關(guān)于“國際成熟風電市場發(fā)展動態(tài)及投資機會”“國際新興風電市場發(fā)展動態(tài)及投資機會”“風電設備智能運維論壇”“碳達峰碳中和加速能源轉(zhuǎn)型”等不同主題的15個分論壇。
在20日上午召開的風電機組優(yōu)化升級專題論壇上，三一重能股份有限公司控制軟件工程師席偉川發(fā)表了《需求驅(qū)動的風機控制軟件正向設計》的主題發(fā)言。
以下為發(fā)言全文：
席偉川：各位領(lǐng)導、專家、同行，大家上午好，我是三一重能的席偉川，主要是從事風力發(fā)電機組主控軟件設計的，今天給大家匯報的主題是需求驅(qū)動的風機控制軟件正向設計，這也是三一重能根據(jù)這么多年來做風機設計的經(jīng)驗和總結(jié)。三個方面，第一個是背景和意義，第二個是需求驅(qū)動正向設計，第三個是案例分享。
大家知道物理系統(tǒng)復雜度一直在上升，從早期的機械到機電一體，到現(xiàn)在嵌入式系統(tǒng)，類比于風機都是純機械的，到后來的槳距，發(fā)電機不需要太多控制，到現(xiàn)在兆瓦級的機組，復雜度是越來越高。系統(tǒng)復雜度的提高帶來了對控制的挑戰(zhàn)。
嵌入式系統(tǒng)是專用的計算機系統(tǒng)，用來解決復雜系統(tǒng)的問題，現(xiàn)在風電行業(yè)用的控制器主要還是像西門子等大品牌成熟的硬件系統(tǒng)，所以我們這方面在硬件上沒有什么大的問題，關(guān)注點還是在應用軟件上面。當然以后這邊還有一個控制器的國產(chǎn)化，這方面還需要行業(yè)內(nèi)再進一步的去驗證，這個可能會引起一個可靠性的下降，也需要迭代。
嵌入式軟件的特點。嵌入式軟件70%以上的問題是來自于需求分析、架構(gòu)設計的階段，這個是相關(guān)的一些研究得出來的結(jié)論，第二個特點這個問題如果暴露的越晚，需要去修改問題的代價就會更大。就像軟件或者硬件在車間里發(fā)現(xiàn)的問題和到現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的問題，和到上風機之后發(fā)現(xiàn)問題，付出的代價是不一樣的。最后軟件修改會帶來故障率的增加。
在軟件開發(fā)過程中面臨一些問題，一個是需求一直在變，風電行業(yè)相比于其他行業(yè)，近幾年的發(fā)展是飛速的，機型從1.5兆瓦到現(xiàn)在陸上6兆瓦，葉片基本上每年兩代三代在增長，10年前還是77米的葉片，現(xiàn)在已經(jīng)是100多米的葉片。我們的需求是變化很快的，對交付也帶來很大的壓迫。還有一個現(xiàn)場問題比較多，大家做運維的都知道，風機在運行過程中會遇到很多問題，當然有一些是之前知識局限沒有想到的，還有一些是想到了，但是在設計實現(xiàn)過程中帶來的錯誤?；谶@些根本原因，還是沒有滿足客戶的需求，一個是我們沒有認真的去分析客戶到底需要什么，就急忙的去進入到細節(jié)，開始編程序，開發(fā)進度也是不容易把握，質(zhì)量也是在開發(fā)過程中不好評價、難以掌控。相對于這些問題，應對措施其實也就是兩方面，一個是更好的方法和更好的工具，相對于之前大概都是一種單兵作戰(zhàn)的方式，到現(xiàn)在更需要一種良好的協(xié)同配合的方式。
很多時候需求不清楚就會反復返工，帶來很大的問題。三一重能在行業(yè)內(nèi)干了十多年，積累了一些經(jīng)驗，提出一個想法，需求驅(qū)動的正向設計，這是系統(tǒng)開發(fā)和控制軟件開發(fā)的兩個流程，核心都是在于是需求驅(qū)動的，從上到下，系統(tǒng)、子系統(tǒng)、組件，到左右每一個部件都有相應的等級驗證和測試。軟件也是這樣，也是需求驅(qū)動。需求分析也是非常重要的，首先在做系統(tǒng)需求分析的時候很容易犯兩個錯誤，一個是直接深入細節(jié)，相當于只能是管中窺豹可見一斑，不能全面把握總體，這個會帶來很大的問題。再一個要相信這個系統(tǒng)無論多么復雜都是可以被說明書來寫明的。再一個關(guān)注用戶，就是需求的相關(guān)方都有誰，這塊我們可以想象，做任何一款產(chǎn)品一定要考慮最大的需求一定是客戶，客戶的需求有很多，產(chǎn)品開發(fā)中肯定是以客戶需求作為主要的，在我們看來一方面客戶的需求，一個是安全，發(fā)電反倒是第二位，安全性在風電有很多慘痛的教訓，不光是風電，各行各業(yè)都會有，我們會遇到一些飛車、倒塔、著火等等問題。所以在系統(tǒng)設計之前我們要做充分的視效分析、可靠性保證。
再一個業(yè)主對發(fā)電的需求，這是直接和收入相關(guān)的，像做很多老舊機組的升級改造也是這個道理。由于需求的驅(qū)動，可以做很多的升級改造。再一個就是用戶對可靠性，發(fā)電量提升分兩方面，一方面是增功，一方面是可靠性的提高，換言之就是故障率的下降，這方面對設備的可靠性帶來了更多的要求。
另外就是我們在開發(fā)中有電網(wǎng)的需求，電網(wǎng)更多來說是要求。不光包括簡單常見的高低穿、電網(wǎng)適應性，還有電壓頻率、保護定值的要求等。相對應的除了電網(wǎng)的標準，還有一些國家一些設計標準，這些標準也都是在設計時必須要滿足的。除了客戶、電網(wǎng)等相關(guān)方的約束之外，對下游也是有責任的，SCADA、能管、疾控都會對控制去提出一些要求。
我們在做需求分析的時候，要想到各個方面，不光是內(nèi)部，也有外部，需求分析的要求第一個要完整，不僅要說明正常的時候做什么，還要說在其他情況下做什么。
研制流程比較簡單，都會有一個架構(gòu)，軟件架構(gòu)其實還是兩塊，一個分層的思想，如果你是一個公司的CEO或者是領(lǐng)導，肯定會考慮公司的組織架構(gòu)，你怎么去分配這些部門讓這些部門去協(xié)同工作，達到一個最好的效益，一定要加強模塊的內(nèi)距，加上他們之間的耦合。同理，你去做一個車間的制造也是這樣，每個工位怎么安排，工位之間怎么協(xié)同配合，軟件也是這樣，最重要達到最優(yōu)的配置。
另外軟件研制的流程，一定要突出需求的作用，我們要在需求、設計和測試之間有追蹤關(guān)系，你需求變了，一定要保證它到設計、測試階段要一致，不能領(lǐng)導這邊定了一個目標，到下邊又歪了，最終是實現(xiàn)不了這個目標的。
需求正向設計帶來的優(yōu)勢，首先是從被動設計到主動設計，把所有的點關(guān)注在需求階段，第二個從需求驅(qū)動它的目標是更清晰的，最后以前是基于文檔開發(fā)的，現(xiàn)在還是機遇客戶需求開發(fā)，然后建立一個標準化，標準化不管是說各個階段都要有標準動作。再一個通用化，保證和控制器平臺無關(guān)，最后就是時間成本，它可以工作在前邊，后面驗證會大大的減少。
最后一個案例分享，三一重能的重心通過從代碼轉(zhuǎn)到需求只求帶來的收益，一個是開發(fā)周期，這個其實就是需求的厘清，通過組件協(xié)同、通用性的平臺，我們可以實現(xiàn)工廠體制迭代的速度，這分析對于現(xiàn)場運維來說是非常有用的。舉個例子，風機規(guī)模不是很大，管理這么多的配置有很多的挑戰(zhàn)，把這個做成通用的，在一天兩天就可以把所有的程序都升級一遍，對于老舊機組的改造這也是有很大意義。然后是控制可靠，通過對比，之前的軟件和現(xiàn)有的軟件故障率真的是有數(shù)量級的變化，有三個點，沒有需求的錯誤，消除了后面手工編碼和測試錯誤，測試的錯誤率百分之百，因此時間關(guān)系就介紹到這兒，希望各位專家批評指正，謝謝大家。
（根據(jù)演講速記整理，未經(jīng)演講人審核）
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