Введение к работе
Актуальность диссертационного исследования. Особенность современных тенденций развития промышленного производства заключаются в необходимости формирования такого рынка, который заставлял бы производителей всех отраслей прилагать значительные усилия к исключению причин появления некачественной продукции путём снижения естественного разброса критически важных для потребителя показателей качества продукции. Следствием этого является внедрение отечественными предприятиями международных стандартов различных серий, а правительство РФ разрабатывает концепцию национальной политики России в области качества продукции и услуг.
Одним из направлений работ по обеспечению требуемого качества продукции является развитие функциональных систем автоматизированного контроля качества выпускаемой продукции. При этом, важнейшими функциями контроля являются задачи диагностики как состава отдельных компонентов материала, так и физико-механических свойств материалов в целом. Данные задачи, в частности, и являются предметом предлагаемых исследований.
В настоящее время наибольшее развитие получили фотоэлектрические методы спектрального анализа. Это обусловлено возможностью их более полной автоматизации и использования непосредственно в процессе производства готовой продукции. Достоинством этого способа анализа является также непосредственное преобразование измеряемых входным преобразователем импульсов напряжения в искомые значения процентных содержаний компонентов исследуемого материала. Данное обстоятельство способствует повышению точности и качества проводимых измерений.
Актуальным остается и дальнейшее развитие фотографических методов анализа. Это объясняется более эффективным их использованием при решении вопросов распознавания аналитических линий, совокупность которых представляется спектрограммой, имеющей характерные признаки для определяемых типов материалов. Это имеет большое значение при решении вопросов входного контроля и определения марок неизвестных материалов. Кроме этого, эти методы отличаются более высокой стабильностью получаемых результатов измерений по отношению к изменениям параметров внешней среды. И, наконец, их использование для исследования спектров поглощения открывает дополнительные возможности, связанные с определением физических свойств удаленных источников получения, например, космических объектов.
Стремление к дальнейшему повышению качества выпускаемой продукции, создание новых материалов с использованием современных технологий приводит к необходимости постоянного совершенствования существующих методов контроля качества материалов и готовых изделий. В этом плане развитие атом-но-эмиссионных методов спектрального анализа производится в направлении
дальнейшего повышения качества автоматизированного контроля процентного содержания контролируемых объектов на основе внедрения современных технологий и достижений микроэлектроники.
Вместе с тем, в автоматизированных устройствах аналитического контроля используется установившаяся система обработки информационных параметров, основанная на использовании предварительно построенных и находящихся в базе данных программного обеспечения регрессионных градуировочных характеристик с последующей их обработкой на персональных компьютерах. Особенностью этого способа является необходимость периодического использования пяти и более дорогостоящих государственных стандартных образцов (ГСО) с последующей корректировкой получаемых результатов с помощью ветвей регрессионных уравнений, каждое из которых содержит информацию о параметрах используемого стандартного образца (СО). Данный метод может быть применим только для анализа простых сплавов, например сплавов алюминия, в которых не учитывается влияние «третьих» элементов (окисных пленок на поверхности исследуемых образцов). Это снижает экономическую эффективность метода, ограничивают область его использования.
Наряду с этим, традиционные методы использования градуировочных графиков, построенных по данным испытаний комплектов ГСО, являются по своей сути прямыми однопараметровыми способами преобразования измеряемых параметров в количественные содержания элементов. Поэтому проводимые преобразования входных параметров позволяют решать задачи количественного анализа, связанные с приближенной оценкой только процентного содержания элементов.
Целью исследований является создание и разработка научно - методологических основ комплексного анализа, обеспечивающих путем физического моделирования процессов излучения решение следующих задач:
1. Создание специализированных методик и на их основе алгоритмов и про
граммных средств многофункционального контроля количественного состава
элементов и физико-механических свойств исследуемых объектов.
Разработанные средства обеспечивают автоматизированный экспресс контроль по раздельным каналам следующих видов промышленного анализа:
вычисление параметров структурного состояния исследуемых объектов и определение структурных свойств материалов;
вычисление параметров физико-механического состояния контролируемых объектов и определение механических свойств материалов;
определение процентного содержания анализируемых элементов;
На конечном этапе анализа по общему каналу выдается сводная информация о составе элементов и физико-механическом состоянии исследуемых объектов.
2. Создание структурных схем и промышленных автоматизированных уст
ройств, реализующих конкретные задачи комплексного анализа.
3. Создание алгоритмов и программных средств на основе использования стандартных образцов и виртуальных эталонов для разработки структурных схем и промышленных устройств входного контроля определение марок контролируемых материалов. Устройства определяют марки контролируемых объектов.
При реализации поставленной цели были решены следующие задачи.
Определена совокупность энергетических параметров используемой физической модели фотографического и фотоэлектрического спектрального анализа, устанавливающих взаимосвязь измеряемых отображений интенсивностей спектрального излучения по каналам квантометров с содержанием элементов контролируемых объектов и стандартных образцов.
Разработаны процедуры расширения интервалов количественного анализа при минимальном количестве используемых стандартных образцов и виртуальных эталонов за счет создания дополнительных критериев гомологичное элемента исследуемых проб и контрольных эталонов.
Сформирована методология оптимизации систем аналитического контроля для выполнения комплексных количественных анализов на основе определения процентных содержаний отдельных компонентов материалов с минимальным использованием стандартных образцов предприятия.
Разработаны способы раздельного контроля совокупных параметров путем совершенствования методов обработки результатов измерений входного сигнала в различных энергетических системах обработки данных относительно единой системы отсчета.
Разработаны физические основы разделения количественной и структурной составляющих, основанные на характере изменения интенсивности излучения линии контролируемого элемента (количественная составляющая) и линии основы материала (структурная составляющая) в зависимости от энергетического состояния пробы и контрольного эталона.
Предложены методики и алгоритмы определения марок контролируемых объектов и структурных особенностей материалов на базе известных принципов количественного анализа.
Разработаны и предложены основные принципы построения реальных схем структурного анализа и входного экспресс контроля.
Объект исследования - измерительно-вычислительные комплексы, как составные части автоматизированного технологического процесса контроля химического состава и структурных свойств исследуемых объектов.
Предмет исследования - методики, алгоритмы и программное обеспечение для автоматизированных систем комплексного анализа состава и механических свойств материалов и готовых изделий промышленного производства.
Информационная база исследования - теоретико-экспериментальные данные на основе применения математического аппарата моделирования с помо-
щью тензорных методов построения моделей, численных методов анализа и прикладной статистики, методов электрических и магнитных измерений, а также методов формирования моделей, воспроизводящих определенные физические состояния термодинамических систем.
Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующих положениях, выносимых на защиту:
Разработан и предложен новый способ создания равновесных и неравновесных изолированных систем математической обработки данных при аналитическом контроле физико-механических свойств материалов с использованием одного стандартного образца в диапазоне спектрального анализа.
Разработаны критерии существования гомологичных пар в виде элемента пробы и контрольного эталона, необходимые для определения количественного состава компонентов в пробе независимо от содержания этого элемента в стандартном образце.
Разработаны алгоритмы определения структурных и механических характеристик материалов и готовых изделий по изменению количественных составляющих линий сравнения элементов в исследуемой пробе и образце.
Разработаны методики раздельного контроля количественных составляющих содержания элементов и структурных свойств материала, алгоритмы определения
Разработаны методики и алгоритмы, позволяющие за счет совершенствования средств обработки результатов измерений реализовать способы определения марок неизвестных материалов и их структурных особенностей.
5. Разработаны методики и алгоритмы входного экспресс анализа и опреде
ления марок неизвестных материалов на основе использования стандартных
образцов и виртуальных эталонов.
Практическая значимость исследования заключается в следующем:
- разработаны структурные схемы и программное обеспечение для экспресс
анализа количественного содержания элементов неизвестных материалов с по
мощью стандартных образцов и виртуальных эталонов;
-разработаны структурные схемы и программное обеспечение для комплексного промышленного анализа количественного состава, структурных особенностей и механических свойств материалов;
- разработаны промышленные образцы автоматизированного фотографиче
ского и фотоэлектрического анализа для контроля процентного содержания
элементов, определения структурных свойств и механических характеристик
материалов на различных циклах производственного процесса.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на следующих научно-практических конференциях и симпозиумах:
- Международная научно-практическая конференция «Новые методологии
проектирования изделий микроэлектроники», Владимир, декабрь 2004;
Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием "Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте", Красноярск, май,2005 г.
3-ий международный технологический конгресс «Военная техника, воо-руженияи технологии двойного применения»,Омск, июнь,2005 г.
IV международный симпозиум «Фракталы и прикладная синергетика», Институт металлургии и материаловедения РАН, Москва, ноябрь2005 г.
Международная научно-практическая конференция «Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностаки»,Ноючеркасск:ЮРГТУ, 2006 г.
Результаты работы апробированы также в процессе производственных испытаний созданных автоматизированных устройств фотографического и фотоэлектрического контроля структурных особенностей и входного контроля ма-териалови готовых изделий.
Результаты диссертационного исследования подтверждаются актами внедрения и производственных испытаний устройств входного контроля и структурных особенностей материалов.
Публикации.Потемедиссертации опубликовано 20 печатных работ.
Структура и объем работы. .Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы из 142 наименований, пяти приложений и содержит354 страницы машинописного текста.
