Содержание к диссертации
Введение 5
Глава 1. Состояние проблемы, задачи и методы контроля качества
на машиностроительном предприятии 11
-
Проблема управления качеством на машиностроительном предприятии 11
-
Функции и особенности работы заводской лаборатории машиностроительного предприятия 14
-
Структура типовой заводской лаборатории машиностроительного предприятия 16
-
Методы и средства контроля качества поверхности. Модели профиля шероховатой поверхности 22
-
Методы и средства анализа структуры металла. Модели структуры 30
Выводы по главе 1 36
Постановка задач исследования 37
Глава 2. Разработка и исследование моделей поверхности металла.... 38
2.1. Математическая модель профиля шероховатой поверхности 38
-
Получение профилограмм по изображению поверхности 38
-
Формирование математической модели 40
-
Параметры модели профиля шероховатой поверхности 42
2.1.4. Параметры шероховатости, вычисляемые по профилю по
верхности 45
2.2. Математическая модель шероховатой поверхности 47
-
Получение трехмерной модели по изображению поверхности . 47
-
Формирование математической модели 48
-
Разработка метода анализа шероховатости на плоскости с использованием математической модели поверхности 50
2.3. Исследование параметров шероховатости на плоскости 54
2.3.1. Исследование зависимости высотных характеристик 54
2.3.2. Исследование параметров модели профиля шероховатой по
верхности 59
2.3.3. Исследование трехмерной модели шероховатой поверхности.. 62
Выводы по главе 2 65
Глава 3. Разработка и исследование моделей структуры металла 67
-
Обобщенная математическая модель изображения структуры металла 67
-
Разработка алгоритмов анализа микроструктуры металла 71
3.2.1. Математическая модель изображения микроструктуры ме
талла 71
-
Классификация изображений микроструктуры металла 71
-
Анализ бала зерна в сплавах 74
-
Определение доли фазы в многофазной системе 76
-
Анализ удельной поверхности границ зерен или фаз в сплавах 78
-
Ориентационная характеристика граничных поверхностей 79
3.3. Разработка алгоритмов анализа макроструктуры металла 81
3.3.1. Математическая модель изображения макроструктуры ме
талла 81
3.3.2. Анализ изображений усталостных изломов 82
3.4. Исследование разработанных алгоритмов анализа структуры 87
-
Исследование алгоритма классификации 87
-
Исследование алгоритма анализа бала зерна сплава 89
-
Исследование алгоритма анализа доли фазы в многофазной системе 90
-
Исследование алгоритма анализа удельной поверхности границ зерен или фаз в сплаве 92
-
Исследование алгоритма анализа ориентационной характеристики 94
-
Исследование алгоритма анализа изображений усталостных
изломов 95
Выводы по главе 3 97
* Глава 4. Разработка автоматизированной системы ЦЗЛ машино
строительного предприятия и практическое применение результа
тов исследования 98
-
Требования к автоматизированной системе оперативного контроля качества 98
-
Структура автоматизированной системы оперативного контроля качества 98
-
Общая структура автоматизированной системы оперативного контроля качества 98
-
Структура АРМ в составе заводской лаборатории 101
-
Выбор и обоснование аппаратной платформы 110
4.3. Структура программного комплекса системы оперативного кон
троля качества 113
4.3.1. АРМ лаборатории контроля качества поверхности 114
#> 4.3.2. АРМ анализа микроструктуры металла : 116
-
АРМ анализа макроструктуры металла 119
-
Подсистема формирования отчетов 122
4.4. Мобильное устройство анализа шероховатости поверхности в
труднодоступных местах 123
Выводы по главе 4 124
Заключение 126
Литература 131
Введение к работе
Роль машиностроительного комплекса в структуре российской экономики очень важна. На его долю приходится почти 20% общероссийского производства промышленной продукции, причем в основном потребляемой внутри страны. Именно поэтому рост производства в этой отрасли, равно как и его падение, немедленно отражается на состоянии российской экономики в целом. Тенденция к сокращению объемов выпуска продукции машиностроения и металлообработки, которая обозначилась в середине 90-х годов, продолжает сказываться на ситуации в отрасли и сегодня. В этой связи экспорт продукции, на сегодняшний момент, является ключевым фактором выживания как для отдельных предприятий, отрасли в целом, так и для всей страны [31, 41].
Существенным ограничением развития экспортной политики металлургической промышленности является недостаточный уровень конкурентоспособности ее продукции, который является следствием низкого уровня производства. Недостаточно высокий технологический уровень производств обуславливает значительное отставание по ряду основных технико-экономических показателей российской металлургии от" металлургии развитых стран (США, ЕС, Японии): — количество отходов при производстве проката - выше в 2 раза; - средняя энергоемкость выплавки стали и производства алюминия — вы ше на 20-30%; — средняя производительность труда - ниже в 2,5 - 3 раза; - суммарное удельное негативное воздействие на окружающую среду - выше в 2 раза.
Выход из сложившейся ситуации заключается в увеличении качества продукции отечественного машиностроения и снижении его себестоимости, что не возможно без усовершенствования существующих методов контроля качества продукции. Применение современных подходов, основанных на ис- пользовании средств вычислительной техники, дает возможность повысить точность и оперативность контроля качества продукции "(последнее позволит перейти от выборочного контроля к сплошному) и снизить трудоемкость операций контроля (трудоемкость традиционного контроля в некоторых случаях может достигать 20%), что повлечет за собой снижение себестоимости продукции.
Цель работы. Целью настоящей работы является разработка методов, моделей и алгоритмов формирования и анализа изображений поверхности и структуры металла, для создания автоматизированной системы оперативного контроля качества материалов и продукции на машиностроительном предприятии.
Для достижения данной цели требуется осуществить: анализ состояния проблемы контроля качества на современном предприятии машиностроительного профиля; разработку и исследование моделей и алгоритмов контроля качества шероховатой поверхности; разработку и исследование моделей и алгоритмов анализа микроструктуры металлов и сплавов; разработку и исследование моделей и алгоритмов анализа усталостных изломов; разработку структуры автоматизированной системы оперативного контроля качества, структуры АРМ в ее составе и структуры программного комплекса, лежащего в основе системы контроля качества; практическое применение созданных моделей, методов, алгоритмов и системы на предприятиях машиностроительного профиля.
Методы исследования. В работе использованы методы математического моделирования, элементы спектральной теории и оптико-структурного (текстурного) анализа изображений.
Научная новизна:
Математическая модель шероховатой поверхности, учитывающая метод обработки поверхности и влияние как периодических, так и случайных факторов образования неровностей.
Параметры шероховатости, оцениваемые по изображению поверхности, и позволяющие характеризовать шероховатость поверхности на плоскости.
Обобщенная математическая модель структуры металла, позволяющая строить математические модели микроструктуры и макроструктуры металла.
Алгоритмы анализа микроструктуры металла: алгоритм классификации изображений микроструктуры металла; алгоритм анализа балла зерна металла; алгоритм определения доли фазы в многофазной системе; алгоритм анализа удельной поверхности границ зерен или фаз в сплавах; - алгоритм анализа ориентационной характеристики микроструктуры; позволяющие получать более достоверную оценку параметров микро структуры по сравнению с традиционными алгоритмами.
5. Алгоритм обработки изображений макроструктуры металла, дающий возможность автоматизировать анализ изображений усталостных изло мов металла и использовать его в системе оперативного контроля каче ства.
Практическая ценность работы:
Созданные модели и алгоритмы являются основой для построения автоматизированной системы оперативного контроля качества на предприятии машиностроительного профиля.
Реализована основная часть автоматизированной системы оперативного контроля качества, позволяющая решать основные задачи контроля ка- чества поверхности и анализа микро- и макро структур металлов на машиностроительном предприятии. 3. Рассмотрена возможность создания мобильного устройства анализа качества поверхности металла, позволяющая в производственных и полевых условиях проводить анализа неровностей поверхности, в том числе в труднодоступных местах.
Реализация результатов исследования. Исследования по диссертационной работе выполнены в рамках ГБ НИР №340/98. Разработанные методы, алгоритмы и программы внедрены в производство в ОА «Муромтепловоз» (г. Муром) и ОА «Выксунский металлургический завод» (г. Выкса) о чем свидетельствуют акты, приведенные в приложении к диссертационной работе.
Апробация работы. Диссертационная работа докладывалась и обсуждалась на научных конференциях преподавателей МИ ВдГУ (г. Муром, 1999 — 2003 гг.), на международных научных симпозиумах «Надежность и качество» (г. Пенза, 2000 - 2003 гг.), на Ш-ей международной научно-технической конференции "Медико-экологические информационные технологии - 2000" (г. Курск, 2000 г.), на 10 международной научно-техничекой конференции «Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникаций» (г. Рязань, 2001), на Российской научно-технической конференции «Информационные технологии в проектировании, производстве и образовании» (г. Ковров, 2002).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 102 наименований и приложения. Общий объем работы составляет 157 страниц, 57 рисунков и 10 таблиц.
На защиту выносится: 1. Математическая модель шероховатой поверхности, учитывающие метод обработки поверхности и влияние как периодических, так и случайных факторов образования неровностей, а также алгоритм расчета ее параметров.
Метод расчета параметров неровностей поверхности по ее изображению, характеризующих шероховатость поверхности на плоскости.
Обобщенная математическая модель структуры металла, позволяющая разрабатывать новые алгоритмы анализа изображений микро и макроструктуры металла.
Алгоритмы анализа изображений микроструктуры металла.
Алгоритм анализа изображений усталостных изломов металла.
Результаты исследований и практического применения созданных моделей, методов, алгоритмов и системы контроля качества на предприятии машиностроительного профиля.
В первой главе проводится анализ проблем контроля качества на машиностроительном предприятии, проведен обзор существующих методов и средств решения данной проблемы. Осуществляется постановка задач исследования.
Во второй главе формируются две математические модели: модель профиля шероховатой поверхности и модель шероховатой поверхности. Разрабатываются параметры, вычисляемые на базе указанных моделей и характеризующие неровности поверхности. Проводятся исследование зависимости высотных характеристик от оптических свойств системы ввода изображения поверхности в ЭВМ и исследование разработанных параметров шероховатости.
В третьей главе формируется обобщенная математическая модель структуры металла. На основе обобщенной математической модели строятся математические модели микроструктуры металла и макроструктуры металла, на базе которых разработаны алгоритмы классификации изображений микроструктуры металла, анализа балла зерна микроструктуры, определения доли фазы в многофазной системе, анализа удельной поверхности границ зерен или фаз в сплавах, вычисления ориентационной характеристики микроструктуры, а также алгоритм обработки и анализа изображений усталостных изломов металла. Проводится исследование разработанных алгоритмов.
В четвертой главе рассматривается практическое применение разработанных моделей, методов и алгоритмов при построении автоматизированной системы оперативного контроля качества на машиностроительном предприятии. Разрабатываются: структура системы контроля качества на базе ЦЗЛ предприятия, структуры АРМ исследователей специализированных лабораторий в составе ЦЗЛ, структура программного комплекса системы контроля качества, ПО АРМ лаборатории контроля качества поверхности и лаборатории металловедения, ПО подсистемы управления БД и формирования отчетов.
В заключении сформулированы основные результаты, полученные в ходе работы над диссертацией.
В приложении приведены описание функций центральной заводской лаборатории, функций, методов и оборудования специализированных лабораторий, примеры бланков-отчетов о проводимых исследованиях, формируемые модулем формирования отчетов.
Приведены справки, подтверждающие использование результатов работы в ОАО «Муромтепловоз» (г. Муром) и ОАО «Выксунский металлургический завод» (г. Выкса).
Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю д.т.н., профессору Садыкову С.С. без участия и терпения которого эта работа не была бы завершена, начальнику лаборатории Металловедения ОЛИ ОАО «Муромтепловоз» Сидоренко Е.Н. и доценту кафедры ИС МИ ВлГУ, к.т.н. Жизнякову А.Л. за бесценные консультации, а также всем сотрудникам кафедры «Информационные системы» Муромского института ВлГУ.
