авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Автоматизация проектирования процессов электрошлакового литья

-- [ Страница 1 ] --

ЯНИШЕВСКАЯ АННА ГЕНРИХОВНА

автоматизАЦИЯ проектирования

ПРОЦЕССОВ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ЛИТЬЯ

Специальность 05.13.06 – «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Омск – 2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Омский государственный технический университет.

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки Российской Федерации, доктор технических наук, профессор Коростелев Владимир Федорович
доктор технических наук Луконин Вадим Павлович
доктор технических наук, доцент Рауба Александр Александрович
Ведущая организация: ФГУП ОмПО "Иртыш", г.Омск

Защита диссертации состоится 14 октября 2009 года в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 212.025.01 при Владимирском государственном университете по адресу: 600000, г.Владимир, ул. Горького, 87, ауд. 211-1

Автореферат размещен на сайте www.vak.ed.gov.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Владимирского государственного университета.

Автореферат разослан 3 сентября 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

профессор, д.т.н. Р.И.Макаров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В диссертации изложены опубликованные, апробированные и внедренные в практику автоматизации проектирования процессов электрошлакового литья за период 1986-2009 гг. основные научные положения и результаты решения важной для условий современной России научной проблемы создания методов автоматизации проектирования специфического производства. Исследование выполнено в круге научных идей автора и базируется на трудах по разработке и использованию информационных систем, металлургии, автоматизации проектирования. Этим вопросам уделяли внимание М.В. Бурлаков, А.П.Костров, В.А. Веников, Б.В. Гнеденко, И.Н. Коваленко, А.В. Гордеев, П.П. Арсентьев, Л.А. Коледов, Г.Ф. Баландин, В.И. Баптизманский, В.Н. Карножицкий, В.Н. Бороненков, С.М.Шанчуров, С.И. Попель, Ю.П. Никитин, Л.Н. Бармин, Б.Е.Патон, Б.И. Медовар, Ю.В. Орловский, Ю.В. Латаш, В.Л.Артамонов, Ю.А.Шульте, М.П. Собакин, Я.Л. Вербицкий, А.Е. Гончаров, В.А. Ефимов, Г.И. Жмойдин, М.М. Клюев, А.Ф. Каблуковский, С.Е. Волков, Б.И. Кубрак, Б.М. Лепинских, В.И. Махненко, Г.С. Маринский, В.Л. Шевцов, А.К.Цыкуленко, В.С. Моисеев, В.И. Данков, И.И. Багаев, О.Д. Молдавский, И.П. Норенков, А.П. Огурцов, И.А. Миленький, С.Е. Самохвалов, В.А. Олейник, О.А.Есин, А.Л. Тихоновский, В.А.Судник, Б.Я. Советов, С.А. Яковлев, Б.С. Чуркин и др. Вместе с тем, не все теоретические результаты этих работ могут быть непосредственно использованы в практике автоматизации проектирования, что обусловило необходимость дальнейших исследований.





Актуальность проблемы. Интенсивное развитие различных областей новой техники авиационной, ракетно-космической, атомной, поставило перед металлургами задачу получения сталей и сплавов с заданным сочетанием служебных свойств, например, очень высокой прочности при одновременно высоких пластичности и вязкости. Большие возможности в этом отношении открывает использование электрошлаковой технологии. Основные пути повышения качества электрошлакового металла и эффективности электрошлаковой технологии - использование особо чистого исходного металла, максимальная интенсификация процесса электрошлакового рафинирования, всемерное улучшение экономических показателей.

В конце 70 - 80-х годов XX века для оборонной промышленности остро стала проблема о дефиците таких металлов, как W, Mo, Pt, Ni, Ti, Cr, V и их сплавов. Эта проблема оказалась неразрешимой для большой металлургии. Получение таких сталей и сплавов стало возможным благодаря развивающему новому направлению в металлургии, возникшему в это время в ИЭС им. Е.О.Патона - электрошлаковому литью.

В настоящее время все большее распространение получает концепция управления предприятием на основе понятия жизненного цикла изделия, под которым понимают интервал времени от момента осознания потребности в изделии до момента окончания его обслуживания у пользователя.

Развитие промышленного производства характеризуется широким внедрением новейших достижений науки и техники, обеспечивающих повышение технико-экономической эффективности производства для получения конкурентноспособной продукции. Сокращение сроков выполнения заказов на электрошлаковое литье (ЭШЛ) во многом зависит от длительности и трудоемкости стадии проектирования процесса.

Разработка методов прогнозирования химического состава металла отливки дает возможность оптимизации процесса электрошлакового литья еще на стадии проектирования путем подбора таких составов металла и шлака и режимов процесса, которые обеспечивают заданный состав литого металла. Прогнозирование процессов кристаллизации металла и шлака и вероятность возникновения деформаций и напряжений в форме позволяют подбирать конфигурации кристаллизаторов, удовлетворяющих всем технологическим и экономическим требованиям.

Создание подобных методов важно и в теоретическом отношении, поскольку близость расчетных и опытных данных является подтверждением адекватности принятой расчетной схемы физической картине взаимодействия фаз при электрошлаковом литье.

Автоматизация проектирования является весьма сложной проблемой, которая включает в себя достижения в рассматриваемой предметной области, связанные с математическим описанием процессов, математическим моделированием, использованием информационных технологий.

Автоматизация проектирования процесса в данной диссертации рассматривается как интегрирующее звено, связывающее все этапы подготовки и реализации ЭШЛ в единую систему.

Развитие вычислительной техники, ее доступность позволяют в настоящее время решать сложные задачи анализа физико - химических процессов в металлургических системах, в частности, анализа равновесия и кинетики процессов при большом числе одновременно протекающих реакций, оптимизации процесса кристаллизации металла отливки в форме. В диссертации развитие программных средств автоматизации проектирования представлено несколькими направлениями: создание программ для моделирования физико-химических процессов при электрошлаковом литье и прогнозирования химического состава металла отливок; разработка универсальных средств создания чертежных средств, предназначенных для изготовления чертежей; создание программных средств автоматизации расчетных работ; а также создание интегрированных систем автоматизации проектирования.

Данная работа направлена на разработку автоматизации проектирования процесса электрошлакового литья на основе анализа и математического моделирования.

В диссертации исследуются процессы автоматизации проектирования процессов электрошлакового литья.

Таким образом, решая эту проблему можно утверждать, что она в настоящее время является весьма важной и актуальной.

Цель работы и предмет исследования. Целью работы является повышение качества отливок, полученных электрошлаковым литьем на основе автоматизации проектирования процессов электрошлакового литья, исследования и математического моделирования расплавления, химических реакций, кристаллизации при электрошлаковом литье легированных сталей и сплавов.

Предметом исследования являются автоматизация проектирования процессов ЭШЛ, системы автоматизированного проектирования.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Создать концепцию производственных систем нового поколения, охватывающую вопросы автоматизации проектирования, технологии и управления.

2. Разработать метод математического описания кинетики химических процессов при электрошлаковом литье с учётом одновременного протекания произвольного числа реакций и их взаимного влияния. Изучить влияние технологических параметров центробежного электрошлакового литья (ЦЭШЛ) на массоперенос между металлом и шлаком на различных стадиях процесса ЦЭШЛ методом «холодного» моделирования и в реальном процессе.

3. Разработать алгоритм и программы для автоматизированного проектирования процессов электрошлакового литья.

4. Осуществить проверку адекватности разработанных моделей, а также эффективность алгоритмов и программ при производстве ЭШЛ.

Методы исследований. В работе использованы методы математического моделирования, конечных элементов, теории массового обслуживания и экспертных оценок, дифференциальные системы уравнений, понятия математической логики, современные компьютерные технологии и объектно-ориентированное программирование.

Научная положения, выносимые на защиту, их новизна:

  1. Концепция производственных систем нового поколения для электрошлакового литья в отличие от аналогов, охватывающая вопросы автоматизации проектирования, технологии и управления;
  2. Математический метод кинетики химических процессов при ЭШЛ, позволяющий прогнозировать химический состав металла и шлака и учитывающий одновременное протекание произвольного числа реакций и их взаимное влияние, изменение масс реагирующих элементов во времени и зависимость их от технологических параметров;
  3. Разработаны для электрошлакового литья новые математические и информационные модели управления:

- математическая модель химических процессов при ЭШЛ, позволяющая прогнозировать химический состав металла изделия;

- модель лимитирующих этапов химических реакций при электрошлаковом литье, влияния технологических параметров процесса на химический состав изделия;

- модель теплофизических процессов при электрошлаковом литье в плавильной емкости и кристаллизаторе.

4. На основании результатов диссертации внедрено несколько информационных программ и учебных комплексов, на них получено 8 свидетельств о государственной регистрации программ.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается методологической базой исследований, основанной на фундаментальных теоретических положениях, корректным использованием математического моделирования, достаточным объемом экспериментальных исследований, полученных применением современных приборов и оборудования, обеспечивающих требуемую точность и надежность результатов, соответствием результатов расчетов и экспериментальных данных, положительным опытом внедрения на ряде промышленных предприятий.

Практическая значимость результатов работы состоит в совершенствовании автоматизации проектирования за счет внедрения системного анализа решению ряда проблем концептуального проектирования интегрированных производственных систем, который может быть использован при создании автоматизации проектирования автоматизированного производства электрошлакового литья – от общей концепции производственной системы до разработки программно-аппаратного обеспечения, а также системы моделирования технологии электрошлакового литья с использованием программы расчета химического состава отливок, а также использованием предложенной технологии в производстве в НПФ «ЭШЛ», институте физико-технических проблем экологии, ООО "Специальные технологии", "Фланцевый завод", ООО "Ресурсо-сберегающие технологии", ООО ПКФ "МираМет" г. Омска.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на научных конференциях и семинарах (1986-2009 гг.) различных уровней. Основные результаты и положения диссертации доложены и обсуждены на: международной научно-технической и практической конференции «Проблемы и перспективы автоматизации производства и управления, "Автоматизация-97"» (Ташкент, 1997); XVII международной конференции «Математическое моделирование в механике сплошных сред на основе методов граничных и конечных элементов» (Санкт-Петербург, 1999); международной конференции «Информационные технологии в инновационных проектах» (Ижевск, 1999); IV Минском международном форуме «ТЕПЛОМАССООБМЕН “ММФ-2000”» (Минск, 2000); международной конференции «Fundamental and applied technological problems of machine bilding – Technology-2000» (Орел, 2000); международной научно-технической конференции «Современные материалы и технологии - 2002» (Пенза, 2002); международной научно-технической конференции «Современные проблемы металлургического производства» (Волгоград, 2002); IX международной научно-технической конференции «Машиностроение и техносфера XXI века» (Донецк, 2002); II Международном технологическом конгрессе «Развитие оборонно-промышленного комплекса на современном этапе» (Омск, 2003); III Международном технологическом конгрессе «Военная техника, вооружение и технологии двойного применения» (Омск, 2005); на заседаниях кафедры «Системы автоматизированного проектирования машин и технологических процессов» Омского государственного технического университета и др.

Публикации. Основные результаты проведенных исследований опубликованы в 133 научных работах, среди которых в том числе: без соавторов 22 работы, в изданиях из перечня ВАК 13 статей, одна монография, два авторских свидетельства, восемь свидетельств об отраслевой регистрации разработок, одно свидетельство IV международной выставки военной техники, технологий и вооружения сухопутных войск.

Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, шести глав и заключения, изложенных на 299 страницах, и включает в себя 31 таблицу, 51 рисунок. Библиографический список содержит 266 наименований. Приложение представлено на 18 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность, сформулирована цель исследований, научная новизна, основные защищаемые положения, практическая значимость работы.

В первой главе на основании научных источников дается анализ автоматизированных систем проектирования и процессов электрошлаковых технологий.

Отмечено, что развитие новой техники в современных условиях замедляется не столько отсутствием научных достижений и инженерных идей, сколько сроками и не всегда удовлетворительным качеством их реализации при конструкторско-технологической разработке. Одним из направлений решения этой проблемы является создание и развитие автоматизации проектирования.

Концептуальное проектирование, конструирование, инженерный анализ и технологическая подготовка производства неразрывно связаны, поэтому их процессы иногда выполняют параллельно.

Представлен, разработанный автором, подход к созданию системы автоматизированного проектирования процессов электрошлакового литья, отражающий идею структурно-функциональной декомпозиции – основного метода анализа сложных организационно-технических систем. В его основе лежит понятие открытой системы.

Создание компьютеризированного интегрированного производства является важнейшей задачей во всех отраслях промышленности. Одним из основных результатов исследований в этом направлении явилась разработка модели расширенной производственной системы (рис. 1).

В реальных условиях схема удовлетворения потребностей сложнее и может включать в себя жизненный цикл изделия CALS (Continuos Acquisition and Life Cycle Support – поддержка Жизненного Цикла Изделия), кроме производственного цикла, циклы распределения, потребления и утилизации изделий. Совокупность всех этих производств и образует расширенную производственную сеть для удовлетворения рассматриваемой потребности рынка.

 Модель расширенной-0

Рис. 1. Модель расширенной производственной системы

Понятия изделия и его жизненного цикла являются центральными в рассматриваемой концепции производственной системы, они лежат в основе анализа ее организационной структуры. Более того, рассматривая само сложное изделие, как систему, можно в рамках общего подхода рассматривать задачу построения методологии проектирования, внедрения и сопровождения производственных процессов.

Жизненный цикл изделия имеет определенную структуру. Для каждого вида изделий могут существовать свои варианты структуры жизненного цикла.

Детальная разработка открытой производственной системы для электрошлакового литья, является задачей исследований. Здесь рассмотрим один из таких вариантов. Жизненный цикл разбивается на ряд фаз. В каждой фазе решаются свои специфические задачи в общем процессе создания изделий. Фазы могут частично перекрываться, что позволяет сократить сроки создания изделия и приводит к следующей декомпозиции процесса жизненного цикла:

  1. Анализ и предпроектное исследование потребности в изделии.
  2. Проектирование процесса.
  3. Автоматизация проектирования.
  4. Техническая подготовка производства изделия.
  5. Производство изделия.
  6. Продвижение изделия к потребителю.
  7. Использование и утилизация изделия.

Однако этого недостаточно для определения функциональной структуры предприятия, постоянно создающего новые изделия. Необходима дополнительная декомпозиция по функциям управления жизненным циклом (рис. 2).

В число этих функций входят элементы, представленные на рисунке 2. Каждая функция имеет свою интерпретацию для каждой фазы. Так, например, функция изготовления в фазе технической подготовки может включать в себя изготовление опытного образца, а в фазе производства - выпуск деталей, сборочных единиц и серийных машин. Соответственно, в этих двух фазах существенно различаются требования к уровню автоматизации, методы планирования и др. В результате получается матрица задач «функция-фаза», которая фактически определяет матричную структуру предприятия.

На втором уровне декомпозиции можно рассматривать разбиение фаз на более мелкие этапы и/или уточнить список функций. В результате получается новый набор матриц. Подобная процедура декомпозиции, следующая методологии структурного анализа, носит регулярный характер, что позволяет упорядочить процесс построения организационной структуры предприятия и структурировать сам процесс управления жизненным циклом.

Автоматизированное проектирование технологических процессов литья, особенно деталей сложной конструкции и ответственного назначения, способствует сокращению сроков и снижению материальных и трудовых затрат как при технологической подготовке производства, так и в основном производстве. Высокий уровень и комплексность автоматизации проектирования обеспечивается применением рациональных расчетных методов и процедур. В свою очередь это необходимо для создания автоматизации проектирования технологических процессов.

Рис. 2. Модель «функция-фаза»

В рамках предлагаемого подхода интегрированная производственная система выступает как теоретическая модель компьютеризированного интегрированного производства.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.