Методология управления показателями качества продукции в технологиях метизного производства на основе моделей с элементами нечеткой логики (15.02.2010)

Автор: Корчунов Алексей Георгиевич

Вышеизложенное определяет актуальность разработки методологии управления показателями качества продукции с учетом неполноты и нечеткости информации при создании новых и совершенствовании действующих процессов и режимов обработки, обеспечивающих заданный уровень потребительских свойств готовых металлических изделий.

Разделы диссертационной работы выполнялись при поддержке грантов Министерства образования РФ и Правительства Челябинской области в 2004, 2006гг., в рамках тематического плана фундаментальных НИР, проводимых по заданию Федерального агентства по образованию в 2006-2007гг., аналитической ведомственной программы «Развитие научного потенциала высшей школы» в 2009-2010гг., федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» в 2009-2011гг.

Цель и задачи исследования. Целью диссертации является разработка методологии создания и применения математических моделей с элементами нечеткой логики для управления показателями качества металлических изделий при проектировании новых и совершенствовании действующих технологических процессов метизного производства, обеспечивающих заданный уровень потребительских свойств готовой продукции.

Достижение поставленной цели связано с решением следующих задач:

- разработать последовательность структурной и параметрической идентификации математических моделей с элементами нечеткой логики для управления показателями качества металлических изделий применительно к технологическим процессам метизного производства;

- формализовать описание параметров управления, параметров состояния и показателей качества продукции нечеткими и лингвистическими переменными для разработки структуры логических правил управления вида «если…то» для технологических процессов метизного производства;

- адаптировать и применить алгоритм работы с математическими моделями с элементами нечеткой логики к управлению показателями качества металлических изделий в процессах технологической обработки;

- провести исследования процессов формирования единичных показателей качества с использованием формализованной степени их технологического наследования в процессах обработки низкоуглеродистой арматурной проволоки периодического профиля диаметрами 6,0 -10,0 мм, высокопрочной арматуры диаметром 10,0 мм для железобетонных шпал, калиброванной стали для машиностроения, пружинных клемм рельсовых скреплений ОП105 для разработки и параметрической идентификации логических правил управления;

- разработать математические модели с элементами нечеткой логики для управления показателями качества металлических изделий, позволяющие определять результативные режимы обработки при необходимом уровне технологического наследования показателей качества продукции;

- с использованием разработанной методологии решить прикладные задачи по созданию новых и совершенствованию действующих процессов и режимов обработки, обеспечивающих заданный уровень показателей качества перспективных видов металлических изделий для строительства, железнодорожной отрасли, машиностроения, оценить эффективность предлагаемой методологии управления показателями качества продукции промышленным внедрением.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

- методология разработки и применения математических моделей с элементами нечеткой логики для управления показателями качества металлических изделий в процессах их формирования и технологического наследования для поддержки принятия управляющих решений по обеспечению заданного уровня потребительских свойств готовой продукции при разработке новых и совершенствовании действующих технологических процессов метизного производства;

- принцип управления показателями качества на основе моделей с элементами нечеткой логики с использованием лингвистических переменных, значениями которых выступают нечеткие множества, математически заданные в виде функций принадлежности, характеризующие параметры управления процессом обработки и показатели качества металлических изделий, а их взаимосвязь представляется в виде нечеткого отношения;

- принцип учета неблагоприятных наследственных связей в процессах формирования и технологического наследования единичных показателей качества металлических изделий при взаимодействии методов обработки различной физической природы в технологиях метизного производства.

Научная новизна заключается в следующем:

- разработана концепция управления показателями качества металлических изделий в технологических процессах метизного производства, отличающаяся использованием математических моделей с элементами нечеткой логики при формализации взаимосвязи между параметрами процесса управления, более адекватно описывающих реальную ситуацию с учетом неполноты и нечеткости исходной информации;

- разработаны математические модели управления показателями качества металлических изделий в процессах обработки калиброванной стали, высокопрочной арматуры, железнодорожных пружинных клемм, отличающиеся использованием нечетких и лингвистических переменных при формировании условий и заключений в логических правилах управления вида «если…то», позволяющие определять технологические режимы обработки, обеспечивающие получение заданного уровня показателей качества готовой продукции;

- приведено научное обоснование режимов обработки низкоуглеродистой арматурной проволоки периодического профиля больших диаметров, высокопрочной арматуры для железобетонных шпал, пружинных клемм для рельсовых скреплений ОП105, калиброванной стали для машиностроения, отличающихся учетом неблагоприятных наследственных связей в ходе формирования и технологического наследования показателей качества изделий и обеспечивающих заданный уровень потребительских свойств готовой продукции;

- получены новые научные знания о формировании показателей качества стали марок 40С2 и 55С2 по механическим свойствам при различных видах и сочетаниях деформационного и термического воздействий;

- разработаны и формализованы критерии подобия, характеризующие параметры управления и технологическое наследование показателей качества поверхности стали при калибровании в монолитной волоке с учетом способа предварительной подготовки поверхности исходной заготовки;

- на основе экспериментальных и промышленных исследований получены математические модели оценки формоизменения при нанесении двух - и четырехстороннего периодического арматурного профиля в зависимости от технологических факторов обработки, отличающиеся тем, что в качестве исходной заготовки в процессе холодного профилирования используется круглая проволока диаметром более 6,0 мм.

Практическая ценность.

Определен и адаптирован алгоритм структурной и параметрической идентификации моделей с элементами нечеткой логики для управления показателями качества применительно к технологическим процессам метизного производства, позволяющий ускорить процесс разработки и применения моделей при проектировании режимов технологической обработки, обеспечивающих заданный уровень потребительских свойств готовой продукции.

С использованием современных информационных технологий FuzzyTECH Professional автоматизированы и подготовлены к практическому использованию на персональном компьютере математические модели для управления показателями качества калиброванной стали, высокопрочной арматуры для железобетонных шпал, пружинных клемм для рельсовых скреплений ОП105, что позволяет существенно сократить время принятия технологических решений по обеспечению заданного уровня качества готовой продукции.

Разработаны новые технологические процессы и режимы обработки низкоуглеродистой арматурной проволоки диаметром более 6,0 мм, обеспечивающие требуемое качество продукции из рядовых марок стали с уменьшением затрат на ее изготовление (патенты РФ № 2221654 и № 2310534).

Разработаны промышленные режимы производства новых видов продукции для железнодорожной отрасли: высокопрочной арматуры диаметром 10,0 мм для железобетонных шпал и пружинных клемм для рельсовых скреплений ОП105, обеспечивающие заданный уровень качества готовой продукции при использовании нестандартной кремнистой стали марки 40С2 и снижение затрат на производство. Экономический эффект от внедрения разработок в условиях ОАО «Магнитогорский метизно-калибровочный завод «ММК-МЕТИЗ» составил 992,7 руб. на 1 тонну товарной продукции в ценах 2006г.

Разработаны технологические режимы производства калиброванной стали с регламентированным качеством поверхности. Экономический эффект от внедрения в условиях «Магнитогорский калибровочный завод» составляет 396,34 тыс. руб. в год в ценах 2004г.

Создано программное обеспечение, позволяющее проектировать на персональном компьютере результативные технологические режимы волочения в монолитной волоке на основе моделирования и анализа напряженного состояния, оценки деформационных и энергосиловых параметров процесса (Свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ № 2006614009 и № 2008614834).

Реализация работы.

Технологические процессы производства низкоуглеродистой арматурной проволоки реализованы в условиях ОАО «Белорецкий металлургический комбинат» и ОАО «Магнитогорский метизно-металлургический завод» (патенты РФ№ 2221654 и № 2310534). Разработан пакет технологической документации для производства низкоуглеродистой арматурной проволоки с заданным уровнем качества диаметрами 6,0 – 10,0 мм по ТУ 14 - 170 - 217 –94 и ТУ 14-1 – 5393 -2000.

Разработаны и приняты к внедрению на ОАО «Магнитогорский калибровочный завод» технологические режимы производства высокопрочной арматуры диаметром 10,0 мм по ТУ-14-125-704-96 для железобетонных шпал, используемых на тяжелонагруженных участках железных дорог.

Разработаны и внедрены на ОАО «ММК-МЕТИЗ» (г. Магнитогорск) усовершенствованные технологические режимы производства железнодорожных пружинных клемм в виде изменений в технологическую инструкцию ТИ 176-Т-241-2002 «Производство проката для изготовления пружинных клемм» и технологическую карту ТК 176-МТ.КР-390-2006 «Клемма пружинная прутковая для крепления рельсов по ОП105 ТУ».

Разработаны и приняты к использованию на ОАО «Магнитогорский калибровочный завод» технологические режимы производства калиброванной стали по ТУ 14-176-128-2003 с регламентированными значениями высотных параметров шероховатости поверхности. Разработаны и внесены изменения в технологическую инструкцию ТИ 176-Т-135-05 «Производство проката со специальной отделкой поверхности».

Теоретические и практические результаты используются в учебном процессе ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова» при подготовке инженеров по специальностям 2005030 - «Стандартизация и сертификация» и 150106 - «Обработка металлов давлением», а также для студентов, обучающихся по направлению 150100 - «Металлургия» (бакалавриат и магистратура).

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на ежегодных научно-технических конференциях Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова 2002 – 2009гг., Межгосударственной научно-технической конференции “Проблемы развития металлургии Урала на рубеже 21 века“ (Магнитогорск, 1995г.), Международной научно-технической конференции “Прогрессивные методы и технологии получения и обработки конструкционных материалов и покрытий” (Волгоград, 1997г.), Первой международной выставке “Технологии металлургии“ (Магнитогорск, 1997г.), на Всероссийской научно-технической конференции “Перспективные материалы, технологии, конструкции” (Красноярск, 1998г.), IV, V и VII конгрессах прокатчиков (Магнитогорск, 2001г., Череповец, 2003г., Москва, 2007г.); III, IV , V, VI школах - семинарах «Фазовые и структурные превращения в сталях» (пос. Кусимово, Башкортостан, 2003, 2004, 2006, 2008гг.); II Международной научно-технической конференции «Механика пластического формоизменения. Технологии и оборудование обработки материалов давлением» (Тула, 2004г.), Международной научно-технической конференции «Теория и технология процессов пластической деформации» (Москва, 2004г.), Всероссийской научно-технической конференции «Прогрессивные технологические процессы, новые материалы и оборудование ОМД» (Рыбинск, 2006г.), Международной научно-технической конференции «Образование через науку» (Москва, 2005г.), Международной научной школе-конференции «Фундаментальное и прикладное материаловедение» (Барнаул, 2007г.); II Международной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в машиностроении» (Пенза, 2006г.), III региональной научно-технической конференции «Перспективные технологии получения и обработки материалов» (Иркутск, 2006г.), Международной научно-технической конференции «Современные достижения в теории и технологии пластической обработки металлов» (Санкт-Петербург, 2005, 2007гг.); Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии - НТМ» (Москва, 2004, 2006, 2008гг.), на техническом совете ОАО «ММК-МЕТИЗ» (г. Магнитогорск, 2009г.), на совместном научном семинаре Пермского научно-образовательного центра проблем управления Института проблем управления им. В.А.Трапезникова РАН и кафедры «Динамики и прочности машин» ГОУ ВПО «Пермского государственного технического университета» в 2009г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 монографии, 58 научных статей, из них 16 в рецензируемых изданиях из перечня ВАК РФ (в т.ч. 7 без соавторов), двух патентах РФ на изобретение, двух свидетельствах о государственной регистрации программ для ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из 7 глав, изложена на 320 страницах машинописного текста (включая приложения), иллюстрирована 136 рисунками, содержит 60 таблиц, 15 приложений, библиографический список из 243 наименований.

Личный вклад автора заключается в разработке концепции управления показателями качества продукции в технологиях метизного производства на основе моделей с элементами нечеткой логики, организации, постановке и проведении экспериментальных и теоретических исследований, в разработке новых и совершенствовании действующих процессов и режимов обработки перспективных видов металлических изделий с заданным уровнем качества, обобщении полученных результатов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой в работе научной проблемы, сформулированы цель и задачи работы, положения, выносимые на защиту, научная новизна, практическая ценность и реализация работы, приведены данные об апробации работы, публикациях и структуре диссертации.


загрузка...