Введение к работе
Актуальность диссертационного исследования. Эффективность развития современного промышленного производства во многом определяется качеством производимой продукции. Одновременно с этим данный показатель оказывает существенного влияние и на уровень производимых инвестиций в отечественную промышленность.
Решение задач повышения качества исходных материалов и готовых изделий машиностроительной и металлургической промышленности зависит не только от совершенствования технологических процессов, степени их автоматизации и управления, уровня используемых информационных технологий, но и от эффективности используемых средств анализа и контроля качества.
Среди других методов контроля широкое применение находят и аналитические методы анализа и контроля качества, в том числе и атомно-эмиссионные методы спектрального анализа. Это обуславливается высокой чувствительностью метода, его быстродействием, простотой практической реализации и высокой производственно-экономической эффективностью. Универсальность и простота выполнения анализа в совокупности с указанными преимуществами способствовала тому, что в настоящее время этот метол стал одним из основных в современном производстве и научных исследованиях.
Существующий в настоящее время подход к решению задач практического спектрального анализа существенно ограничивает область его применения, т.к предусматривает возможность выполнения в основном количественных анализов компонентов материалов на основе использования комплектов Государственных Стандартных Образцов (ГСО).
Последующее развитие метода совершается в направлении дальнейшего повышения его чувствительности и быстродействия. Одним из определяющих факторов является также дальнейшее повышение экономической эффективности от практического использования. В связи с этим приоритетными направлениями являются работы созданию и внедрению высокопроизводительных автоматизированных измерительно-вычислительных систем контроля с использованием современных информационных технологий.
Наиболее значительная часть исследований посвящена разработкам информационных систем обработки и преобразования входных сигналов, создания средств управления автоматизированным анализом, совершенствования истом-
ников излучения, создания средств измерения и регистрации излучения, стабилизации по объему низкотемпературной плазмы.
К числу важнейших характеристик, определяющих эффективность внедряемых методов, является их чувствительность к контролируемому параметру, а также надежность регистрации этого параметра при использовании автоматизированных измерительно-вычислительных комплексов, задействованных в общем технологическом процессе производства готовой продукции.
В направлении совершенствования методического обеспечения следует отметить работы по созданию различных моделей, отображающих зависимость измеряемых параметров спектрального излучения от количественного содержания элементов. Среди них можно выделить такие, как построение моделей на основе оптимальных и адекватных регрессионных характеристик, разработка статистических методов повышения качества выполняемых измерений, внедрение систем автоматизированного поиска контролируемых спектральных линий в общем спектре излучения.
Фундаментальные исследования в направлении создания основ современного атомно-эмиссионного спектрального анализа, разработки основополагающих принципов моделирования и создания автоматизированных измерительно-вычислительных систем контроля проведены в работах таких известных отечественных и зарубежных ученых, как Х.И. Зильберштсйн, В.М. Воробейчик, В.Н. Иоффе, В.В. Недлер, I.A. Docker, И.М. Нагибина, Д.Р. Мариотт, В.А. Трапезников, Е.Я. Шрейдер, B.L. Taylor, Ю.М. Жуковский, Дж. Чемберберлейн, Т. Налицка, М. Harwitt, В.В. Белянин. НА. Морозов, А. Н. Зайдель, А.Г. Орлов, Л. Фолкенберри, В.М. Малышев, АА. Грибов, ЮА. Толмачев и других.
Их исследования и послужили методологической базой представленной диссертационной работы.
Вместе с тем ряд вопросов, относящихся к совершенствованию средств математической обработки результатов измерений на конечных стадиях анализа, требует дальнейшего развития.
Традиционные методы использования градуировочных графиков, построенных по данным испытаний комплектов ГСО, являются по своей сути прямыми способами преобразования измеряемых параметров и количественные содержания элементов. Поэтому используемые преобразования позволяют решать только задачи количественного анализа. Кроме этого в данных случаях точность конечных результатов в текущих анализах не может быть определена. Она определяется только на стадиях проведения метрологических испытаний.
Поэтому поиск методов, направленных на практическую реализацию по расширению сферы применения широко используемого в современном производстве спектрального метода контроля, а также разработке практических методов и средств определения точности и достоверности получаемых результатов при проведении текущих исследований является актуальным.
В предлагаемой диссертации расширение области использования спектрального метода осуществляется за счет практической разработки средств контроля структурных особенностей материалов и реализации способов создания устройств входного контроля и определения марок неизвестных материалов.
Практическая реализация указанных новых способов спектрального анализа решается за счет дальнейшего совершенствования математической обработки результатов измерений в системах аналитического контроля.
Целью диссертационного исследования является:
расширение области использования атомно-эмиссионного спектрального анализа за счет разработки и создания новых методов многопараметрового анализа на основе моделирования процессов излучения с помощью с помощью относительных функциональных зависимостей для элемента эталона и пробы;
обоснование и разработка алгоритмов построения энергетических систем в виде совокупности относительных параметров физической модели для решения новых задач практического применения спектрального анализа;
разработка методик и алгоритмов для решения задач практической реализации входного контроля и определения марок неизвестных материалов в процессе выполнения промышленных экспресс анализов;
- разработка методик и алгоритмов для решения задач практической реали
зации контроля структурных особенностей и механических свойств материалов
и готовых изделий.
При реализации поставленной цели были решены следующие задачи.
1. Разработаны методы последовательного приближения для повышения
точности определения процентного содержания элементов при использовании
одного стандартного образца во всем диапазоне спектрального анализа.
Предложены конкретные алгоритмы и методики для практического определения достоверности получаемых результатов с учетом требований государственных стандартов на проведение спектральных анализов.
Разработаны и предложены методики, позволяющие определять взаимосвязь между точностью, достоверностью получаемых результатов промышленного анализа и требованиями государственных стандартов.
Разработаны 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 - автоматизированные измерительно-вычислительные комплексы, как составные части автоматизированного технологического процесса контроля химсостава и структурных особенностей материалов и изделий.
Предмет исследования - методики и алгоритмы обработки информации в атомно-эмиссионном экспресс- контроле.
Информационная база исследования - теоретико-экспериментальные данные, обработанные на основе применения математического аппарата прикладной статистики, методов электрических и магнитных измерений, вычислительной математики, а также методов молекулярной физики и термодинамики.
Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующих положениях, выносимых на защиту:
1. Разработан и предложен новый способ многопараметрового атомно-
эмиссионного спектрального анализа, позволяющий осуществлять комплекс
ную обработку информационных параметров на конечных стадиях анализа.
Этот способ позволяет расширить сферу практического применения метода и
повысить его производственно-экономическую эффективность.
Разработан метод последовательных приближений в блоках математической обработки результатов измерений, позволяющий с помощью одного, стандартного образца для всего диапазона анализов формировать конечный результат с заданной точностью.
Разработаны методики и алгоритмы, позволяющие на конечных стадиях текущих производственных анализов приводить в соответствие точность и достоверность получаемых результатов с требованиями существующих государственных стандартов на проведение спектральных анализов.
Разработаны методики и алгоритмы, позволяющие за счет совершенствования средств обработки результатов измерений реализовать способы определения марок неизвестных материалов и их структурных особенностей.
Практическая значимость исследования заключается в следующем:
- разработаны алгоритмы и программное обеспечение для экспресс анализа
количественного содержания элементов неизвестных материалов с помощью
использования одного стандартного образца;
разработана методика текущих производственных анализов для определения фазовых смещений, определяющих изменение структурных особенностей контролируемых материалов;
определена методика определения отдельных параметров, характеризующих механические свойства материалов;
-определены структурные схемы автоматизированных измерительно-вычислительных комплексов для входного контроля и контроля структурных особенностей материалов.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на Международной научно-практической конференции «Новые методологии проектирования изделий микроэлектроники». Владимир, декабрь 2004, и апробированы в процессе производственных испытаний созданных автоматизированных устройств фотографического и фотоэлектрического контроля структурных особенностей и входного контроля материалов и готовых изделий.
Результаты диссертационного исследования подтверждаются актами внедрения и производственных испытаний устройств входного контроля и структурных особенностей материалов.
Публикации. По теме диссертации опубликовано семь печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 174 наименования, трех приложений и содержит 220 страниц машинописного текста.
