Введение к работе
Актуальность проблемы. Обеспечение необходимого качества выпускаемых изделий при максимально возможной производительности -с решением этой проблемы постоянно сталкиваются разработчики технологических процессов и оборудования для сварочного производства. Требования к качеству сварных соединений труб и другой продукции постоянно повышаются. Интенсификация же производственных процессов вследствие возрастания уровня технологических возмущений приводит, если не принимать дополнительных мер, к ухудшению качественных характеристик сварного соединения.
Одним из основных путей решения проблемы и удовлетворения компромиссных требований по качеству и производительности является повышение эффективности управления технологическими процессами.
Однако на настоящий момент до трети разработанных автоматических и автоматизированных систем управления в сварке оказались неэффективными. И дело не только в количестве средств автоматизации, сколько в их низкой надежности и в том, что предложения по автоматизации носят необоснованный или недостаточно обоснованный характер. Аналогичная ситуация слозилась и для технологических процессов, управление которыми осуществляется операторами. Так, при ручной дуговой сварке до 70*80$ брака возникает из-за неэффективного управления процессом вследствие низкой квалификации операторов.
Решение проблемы эффективного управления процессами сварки плавлением зависит от ряда факторов: от наличия надежной информационной базы - системы датчиков и средств обработки информации, математических моделей элементов технологии и оборудования, от состава исполнительных^устройств, позволяющих отрабатывать технологические возмущения различной физической природы и частотного спектра.
Но прежде всего необходило иметь обоснованные предложения по автоматизации. Предложения, базирующиеся на анализе технологических процессов как объектов управления всем комплексом свойств сварного соединения. Однако на настоящий момент научных основ такого анализа не разработано. А для процессов, управление которыми ведется операторами, выработка обоснованных предложений затруднена также и вследствие отсутствия математического описания
взаимодействия оператора с технологическим процессом, что особенно существенно для сварки ответственных конструкций (резервуаров, трубопроводов и т.п.) в монтажных условиях.
Цель работы. Целью работы является создание научных основ анализа технологических процессов сварки плавлением как как объектов управления всем комплексом свойств сварного соединения, включая и их служебные характеристики (стойкость против коррозии, износостойкость и т.п.). Это позволяет повысить эффективность управления процессами сварки путем перехода от проектирования систем управления отдельными параметрами режима или сварного соединения к проектированию систем управления всем комплексом свойств сварного соединения и перехода к проектированию технических средств подготовки сварщиков, базирующихся на математической модели взаимодействия оператора с технологическим процессом.
Для достижения цеди в работе были поставлены следующие задачи:
разработка представления о сварке плавлением как о многопараметрическом многокритериальном объекте;
исследование процессов сварки плавлением как объектов управления качеством сварных соединений;
создание методики анализа техпроцесса сварки как объекта управления качеством сварных соединений и определения требуемой схемы и типа системы управления;
разработка математической модели взаимодействия оператора с процессом сварки;
разработка систем управления сложными техпроцессами дуговой сварки и наплавки по схеме с идентификатором в цепи обратной связи;
разработка технических средств подготовки электросварщиков.
Научная новизна. Решение вопроса о целесообразности автоматизации конкретных процессов сварки плавлением, проектирование средств их механизации и автоматизации, средств и методик подготовки операторов необходимо вести на основе анализа технологических процессов как стохастических многокритериальных многопара-
метрических объектов с неполностью наблюдаемой и управляемой совокупностью свойств сварного соединения.
Теоретические основы анализа заключаются:
в совместном, с учетом действия контролируемых и неконтролируемых возмущений, решении в пространстве допустимых значений параметров режима системы критериальных, базирующихся на теоретических и формальных моделях показателей качества соединений, неравенств и позволяют обеспечить оптимальное управление комплексом свойств соединения;
в синтезированной на основе исследования информационных характеристик ручной дуговой сварки, свойств анализаторных систем и памяти оператора, математической модели взаимодействия оператора с процессом, которая базируется на выявленном в работе системообразующем факторе квалификации электросварщиков;
программах моторного выхода на различные технологические операции по траектории стыка, скорости сварки, скорости подачи электрода.
Практическая ценность и результаты внедрения. Разработан алгоритм анализа процессов сварки плавлением, позволяющий повысить эффективность управления этими процессами и перейти от проектирования систем управления отдельными параметрами режима или сварного соединения к проектированию систем управления всем комплексом свойств сварного соединения.
На основе исследования характеристик процессов аргонодуговой сварки прямошовных нержавеющих труб и наплавки под слоем флюса рабочего слоя прокатных валков, разработаны и внедрены реализующие алгоритм проектирования системы управления качеством сварных соединений с суммарным экономическим эффектом более 687 тыс.руб. (1990 г.).
На основе модели взаимодействия сварщика с технологическим процессом разработан и реализован алгоритм поэтапногопоэлементного формирования профессиональных навыков при шшимальных затратах.
Разработаны технические средства и способ формирования системообразующей компоненты квалификации электросварщиков - программ моторного выхода, позволяющие повысить эффективность их подготовки. Экономия, только на электродных и вспомогательных ма-
териалах составила яри подготовке нескольких групп начинающих до Ш разряда составила более 200 руб. на одного подготовленного (1988 г.).