Введение к работе
Актуальность проблемы. Существуют классы систем (технических, производственных, биологических и т.д.), формальное представление которых затруднительно. Это обусловлено значительным количеством параметров, определяющих функционирование системы, сложностью, а подчас и невозможностью точного определения их значений, в силу этого неэффективностью или невозможностью точного моделирования поведения системы. К таким системам относится технологический процесс изготовления отливок из железоуглеродистых сплавов. Несмотря на тысячелетнее существование этих технологий, до настоящего времени остается актуальной проблема выяснения причин возникновения дефектов литых изделий и методов их устранения. Специалисты литейного производства считают, что литейное дело - это черный ящик, набитый неожиданностями.
Производство отливок является одним из важнейших направлений в машиностроении. Так трактор состоит из 70% литых заготовок, автомашина -из 40-50%, тепловозы, электровозы вагоны - от 30 до 50%. Кроме этого литые изделия используются в экскаваторах, станках, горнодобывающих машинах и многих других изделиях.
К проблемам диагностики и ликвидации отливок относятся: частые отклонения технологических параметров, усложняющие использование формального метода ликвидации дефектов;
отсутствие системного подхода при ликвидации дефектов, которые до настоящего времени на большинстве предприятий снижаются методом проб и ошибок;
отсутствие эффективного информационного обеспечения процесса ликвидации дефектов.
недостаточная квалификация сотрудников литейного производства, способствующая некачественной разработке технологических процессов; - низкий уровень организация труда, приводящий к возникновению брака отливок.
Современные теоретические исследования повышения качества литья делятся на несколько слабо взаимосвязанных подходов. К ним можно отнести анализ и определение разновидностей литейных дефектов (ОРЛД), методологию диагностики причин возникновения дефектов (ДПВД), способы ликвидации дефектов (СЛД) и т.д. Каждый из них служит методологической основой лишь одного определенного направления. При этом уровень разработок ОРЛД, ДПВД и других подходов недостаточен для полного описания характерных особенностей дефектов и причинно-следственных связей объекта диагностирования. В связи с этим актуальной является проблема интеграции различных методов и создание обобщенной методологии по диагностике и ликвидации дефектов отливок.
Решению проблем определения разновидностей дефектов в литых заготовках, диагностики причин их возникновения и методам устранения уделялось большое внимание. Среди ведущих авторов работ в этом направлении можно выделить следующих ученых: Аксенов П.Н., Арсов Я.Б., Берг П.П., Бидуля П.Н., Василевский П.Ф., Вейник А.И., Грузин В.Г., Яновер Я.Д., Гуляев Б.Б., Дорошенко СП., Рабинович Б.В., Ильинский В.А., Клочнев Н.И., Кожинский Л.И., Куманин И.Б., Лакедемонский А.В., Кваша Ф.С., Медведев Я.И., Мухоморов И.А., Неуструев А.А., Озеров В.А., Орешкин В.Д., Рыжиков А.А., Гиршович Н.Г., Дубинин Н.Т., Степанов Ю.А., Титов Н.Д., Клецкин Г.И. и другие отечественные и зарубежные исследователи.
Несмотря на значительные успехи ученых в решение проблемы повышение качества литья, брак отливок продолжает увеличиваться, доходя в ряде случаев до 45 процентов. Следовательно, проблема повышения качества отливок в настоящее время остается актуальной и требует своего разрешения в первую очередь за счет системного использования достигнутых успехов.
Цель и задачи диссертационной работы. Цель работы состоит в разработке методологии решения научной проблемы выявления и анализа разновидностей дефектов, причин их возникновения и способов ликвидации,
и создания на этой основе автоматизированных систем поддержки принятия решений в области повышения качества литья.
Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи.
1. На основе литературных данных, опыта работы специалистов и автора,
проанализировать технологию изготовления литья, упорядочить и
определить:
систематизацию дефектов отливок;
зависимость между разновидностями дефектов и причинами их возникновения;
способы ликвидации литейных дефектов для создания устойчивых технологических процессов изготовления отливок.
-
На основе обобщения эмпирического опыта создать методики для качественного определения разновидности возникающих дефектов и способов их ликвидации.
-
Разработать математические модели для количественного определения возникающего давления газа в литейной форме и параметров процесса затвердевания отливки.
-
Сформировать общую методологию качественного и количественного определения дефектов, причин их возникновения и способов ликвидации.
-
Реализовать модели и алгоритмы в виде программно-методического комплекса диагностики и устранения дефектов отливок.
-
Провести проверку работоспособности и эффективности использования комплекса и предлагаемых методик.
-
Разработать методику обучения и повышения квалификации специалистов в области литейного производства, консультаций по снижению брака отливок с использованием сетевых технологий.
Научная новизна результатов в целом заключается в формировании методологии выявления дефектов и снижения брака отливок. К наиболее существенным научным результатам относятся:
1. На основе анализа литературных данных и практического опыта
создана систематизация литейных дефектов отливок из железоуглеродистых
сплавов в виде дерева, содержащего характерные отличия дефектов,
позволяющая значительно сократить затраты времени для определения
сложных разновидностей дефектов.
-
Разработаны графовые модели определения причинно-следственных связей между разновидностями дефектов и причинами их возникновения, позволяющие определять направления поиска и выявлять истинные причины возникновения пороков изделий.
-
Для каждой разновидности дефектов созданы схемы связей причин возникновения дефектов и способов их ликвидации.
-
Разработана методика качественного анализа, содержащая идентификацию дефектов по геометрическим, цветовым и другим признакам, причинно-следственные связи определения причин возникновения и способов ликвидации дефектов.
-
Разработана методика, основанная на идентификации разновидностей дефектов и таблиц взаимодействия причин и их влияния на возникновение дефектов отливок, основанных на эмпирических данных.
-
Разработаны математические модели основных процессов формирования отливок, позволяющие разработать алгоритмы определения газового давления в литейной форме и создания объемного и направленного затвердевания отливки.
Практическая значимость и использование результатов работ. Сформированная методология анализа причин возникновения дефектов и способов их устранения позволяет обоснованно рекомендовать:
методику определения разновидностей дефектов по геометрическим,
цветовым и другим признакам;
методику определения связи разновидности дефекта с причиной
(причинами) его возникновения;
методику определения эффективных способов ликвидации дефектов;
прагматическое моделирование процесса устранения литейных дефектов;
методику обучения сотрудников литейного производства и студентов ВУЗов новому подходу к повышению качества литья и разработке предложений по ликвидации брака отливок с использованием сетевых технологий.
Созданный в работе комплекс автоматизированных систем, позволяет:
1. моделировать условия снижения газового давления в литейной форме;
-
моделировать условия снижения или ликвидации усадочных дефектов в термических узлах отливки;
-
проводить экспертную оценку используемых в цехе технологических параметров производства отливок;
С использованием предлагаемой методологии и разработанного
программно-методического комплекса был проведен анализ качества
выпускаемого литья на следующих предприятиях: «АВТОВАЗ»,
«Пензадизельмаш», «Коломенский тепловозостроительный завод»,
«Тверьвагонзавод», «Метровагонмаш», «Бежицкий сталелитейный завод»,
«Брянский машиностроительный завод», «Новочеркасский
электровозостроительный завод», «Альметьевский насосный завод» и др. Разработанная методология показала высокую эффективность при оперативном определении видов дефектов, которые предприятия не могли устранить в течение длительного времени. Например, на Тверском вагонзаводе ситовидная пористость отливки «Крышка» определена в пределах одного часа с ОГЭЭ - 12 млн.руб., газовая раковина на отливке
«Корпус» выявлена за это же время с ОГЭЭ - 6,45 млн.руб., на ОАО «АЛНАС» ликвидация газовых раковин отливок «Рабочий орган» потребовали большего времени с ОГЭЭ - 3 млн.руб.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Систематизация литейных дефектов отливок из железоуглеродистых сплавов в виде многоуровневого дерева.
-
Методика идентификации дефектов по геометрическим, цветовым и другим признакам, позволяющая значительно сократить затраты времени для определения сложных разновидностей дефектов.
-
Графовые модели определения причинно-следственных связей между разновидностями дефектов и причинами их возникновения, позволяющие определять направления поиска и выявлять истинные причины возникновения пороков изделий.
-
Методики для качественного определения разновидности возникающих дефектов и способов их ликвидации, созданные на основе обобщения эмпирического опыта.
-
Математические модели и алгоритмы основных процессов формирования отливок, позволяющие сопровождать процесс получения качественного литья.
-
Общая методология качественного и количественного определения дефектов, причин их возникновения и способов ликвидации.
-
Программно-методический комплекс диагностики и устранения дефектов отливок.
8. Методика обучения новым приемам повышения качества литья, в том числе
с использованием сетевых технологий.
Достоверность и обоснованность полученных результатов основывается на применении апробированных методов математического моделирования, использовании результатов системного анализа для выявления
и ликвидации дефектов отливок, подтверждается практикой использования разработанных методик и автоматизированных систем на ряде предприятий, показавшей высокую эффективность предлагаемого подхода. Апробация результатов. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, съездах и семинарах: Международная научно-техническая конференция «Интеллектуальные системы. Интеллектуальные САПР» (г. Дивноморск, 2006, 2007 гг.); VI, VII и VIII съезды литейщиков России (2003 - 2007гг.); Международная конференция «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе» (Гурзуф, 2003, 2007г.); Specialists education International scientific conference "Information Technologies and Telecommunications in Education and Science" (2005, Side Turkey); Международная конференция «Информационные технологии в образовании, технике и медицине» (Волгоград, 2000); IV Международная конференция «Новые информационные технологии в региональной инфраструктуре и образовании» (Астрахань 2001, 2007г.); межвузовская конференциия «Концептуальное проектирование в образовании, технике, технологии» (Волгоград, 2002) и др.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 80 работ, в том числе 4 монографии и 27 публикаций в ведущих журналах, рекомендуемых ВАК для публикации докторских диссертаций, 27 авторских свидетельств на изобретение. Три программные разработки зарегистрированы в государственном реестре программ для ЭВМ. Список основных публикаций приведен в конце автореферата.
Структура и объем работ. Диссертация состоит из 6 глав основных результатов работы, списка литературы из 241 наименований. Работа изложена на 280 страницах машинописного текста, содержит 166 рисунков и 263 страницы в приложении.
