Введение к работе
Актуальность темы. С развитием технической базы производства повышаются требования к качеству производимых изделий. В большей мере это касается серийного производства, а также производства изделий ответственного назначения. Поэтому одной из острых научных проблем является проблема разработки и развития неразрушающих методов контроля качества изделий.
На современном этапе развития науки и компьютеризации производства возникает проблема разработки систем и методов контроля, использующих измерительную технику, входную информацию традиционных методов неразрушающего контроля и основанных на анализе математических моделей систем контроля. Разработка таких систем и методов неразрушающего контроля способствует решению основной задачи теории измерений - повышению информативности традиционных методов измерения величин и понижению неопределенности измеряемых сигналов. С точки зрения теории измерений таким моделируемым физическим явлением для выбранного метода контроля будет служить принятая в рамках метода схема воздействия на контролируемый объект или изделие. Использование методов теории измерения в сочетании с математическими моделями объекта измерений позволяет получать количественные связи параметров изделий от измеряемых переменных, оценивать погрешности измерений. В ряде случаев возможность построения новых систем контроля существенно связана с методом математического моделирования.
В настоящее время распространено производство труб малого диаметра и сложной формы из различных материалов и. в частности, из стеклопластиков. Одним из методов, используемых для решения проблемы неразрушающего контроля качества стеклопласти-ковых труб в массовом производстве, является резонансный метод, при котором в режиме свободных изгибных или продольных колебаний изделия, измеряются его первые собственные частоты. Качество изделий связано со значениями собственных частот. Опытным путем получены значения первых m значений частот для изделий без брака. При этом выявлено, что установить границы интерва-
лов допуска, согласованные с оптимальными величинами ошибок первого и второго рода не представляется возможным. Проблема расчета оптимальных границ интервалов допуска может быть решена путем получения количественных зависимостей непосредственных параметров изделий от указанных факторов. Анализ литературы показывает, что оптимизация границ интервала допуска для резонансного метода контроля стеклопластиковых труб не проводилась.
В данной работе рассматривается математическая модель измерительной системы резонансного метода неразрушающего контроля качества труб и проводится ее исследование с целью разработки алгоритмов оптимизации границ допуска годности изделий, а также установления количественных связей между измеряемыми значениями собственных частот колебаний и параметрами упругости изделий. Решение этих задач позволяет повысить эффективность систем контроля.
Цель работы. Целью диссертационной работы является исследование путей повышения точности и эффективности резонансного метода неразрушающего контроля качества стеклопластиковых труб в процессе их производства на основе математического моделирования измерительной системы.
В соответствии с изложенной целью в работе сформулированы и решены следующие задачи.
-
Разработка теоретической модели измерительной системы неразрушающего контроля качества труб и обоснование ее применимости.
-
Разработка алгоритмического и программного обеспечения измерительной системы на основе анализа математической модели схемы контроля резонансного метода.
-
Проведение расчетов и имитационное моделирование измерительной системы неразрушающего контроля качества труб с целью оценки устойчивости алгоритмов, оценки погрешности применяемых методов контроля, оптимизации границ допуска.
-
Аппробация результатов диссертации в производственных условиях.
Методы исследований. Для решения указанных задач исполь-
зуются методы математического моделирования и теории измерений, элементы теории методов неразрушающего контроля, теории упругости, методов оптимизации и вариационного исчисления, численные методы линейной алгебры и вычислительной математики. Научная новизна проведенных в работе исследований состоит в следующем.
-
Разработаны и проверены алгоритмы вычисления значений собственных частот изгибных колебаний стеклопластиковых труб с кольцевыми дефектами.
-
Сформулирована обратная задача расчета параметров дефекта труб с кольцевыми дефектами по измеренным значениям собственных частот изгибных колебаний. Предложены и аппробпрованы алгоритмы численного решения обратной задачи. Разработана соответствующая схема неразрушающего контроля изделий.
-
Предложены алгоритмы обработки данных для измерительной системы неразрушающего контроля стеклопластиковых труб и решена задача оптимизации границ допуска по стоимостному критерию.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертации, потверждается во-первых, использованием математических моделей измерительной системы резонансного метода, во-вторых, проверкой математических моделей на изделиях без брака, в-третьих, проверкой на производстве по фактическим данным при испытаниях и внедрении.
Практическая ценность результатов диссертационной работы состоит в следующем.
-
Разработана методика выбора оптимальных значений границы допуска для резонансного метода контроля, исходя из стоимостного критерия.
-
Разработано математическое и программное обеспечение для измерительной системы неразрушающего контроля труб. Разработаны и проверены алгоритмы численных процедур для решения прямой и обратной задачи расчета колебаний составного стержня (многостержневой системы), аппроксимирующего стержни с неоднородными характеристиками и трубы с кольцевыми дефектами.
Реализация результатов работы. Результаты внедрены на
опытном производстве стеклопластиков предприятия НПО "Алтай" и использованы при проектировании промышленного оборудования производства стеклопластиковых труб. Условный экономический эффект от использования результатов диссертационной работы при объеме производства 1000 изделий в год достигает 2 миллионов рублей в ценах 1992 года. Результаты диссертационной работы использованы при разработке программного обеспечения учебного цикла "Диалоговые процедуры минимизации", переданного в 0ФАЇЇ Росминвуза в 1991 г. и внедренного в учебный процесс АГУ.
Аппробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на:
Всесоюзном научно-техническом семинаре "Моделирование и автоматизация технологических процессов в приборостроении" (Барнаул, 1991);
Второй Всесоюзной конференции "Измерения и контроль при автоматизации производственных процессов" (Барнаул, 1991)
Публикации. По теме диссертации автором опубликованы 4 работы [1-4]. Работы [2]-[4] содержат формулировки основных результатов диссертации.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, приложения и списка литературы из 90 наименований. Объем диссертации составляет 95 страниц машинописного текста. В приложении представлены документы, подтверждающие внедрение результатов.
Похожие диссертации на Разработка математических моделей и исследование резонансного метода неразрушающего контроля качества стеклопластиковых труб
