Современное состояние литейного производства (ЛП) включает требование интенсивного развития технологических процессов и оборудования (ТПО), которые должны отличаться более высокими, по сравнению с существующими, параметрами и показателями качества, малыми сроками, необходимыми для проектирования и изготовления, учитывать конкретные условия производства. Особое место, при этом, отводится проблеме качества отливок, которое, во многих случаях, при несомненных достижениях в области ЛП, остается невысоким.
Предъявляемые требования определяют актуальность разработки новых методов автоматизации технологического и организационного управления (ТОУ) в ЛП, в частности, включающих возможность структурно-параметрического синтеза и анализа ТПО, базирующихся на применении современных методов и средств обработки данных, ориентированных на повышение качества отливок, производительности, надежности, эффективности проектирования и эксплуатации литейного оборудования [38, 40, 100,104].
Наиболее актуальным решение указанных задач является для основных видов производства отливок в России — из серого чугуна в разовые песчано-глинистые формы (ПГФ) на автоматических литейных линиях (АЛЛ) и конвейерах и из алюминиевых сплавов методом литья под давлением (ЛПД). Преобладающие объемы указанных видов производств отливок при низких коэффициентах технического использования оборудования (до 0,43 для некоторых АЛЛ) и высокой дефектности отливок (до 39% для отдельных производств) обусловливает значительные финансовые потери [14, 26, 27, 30, 31,32].
Существующая практика решения задач автоматизации ТОУ в системах технической подготовки и реализации ЛП, базируется на использовании традиционных методов формализованного описания объектов исследования, характеризующихся сложностью, отсутствием возможности учета трудноформализуемых факторов и выявления скрытых закономерностей, влияющих на их функционирование в конкретных условиях, что не удовлетворяет современным требованиям [155, 245].
В системе реализации ЛП, во многих случаях, практика автоматизации ТОУ полностью отсутствует. В периоды внезапного проявления повышенной дефектности отливок или отказов оборудования решения формируются на основе опыта персонала, который: вынужден действовать интуитивно, вручную, ограничивая качество управления в силу своей компетенции и физических возможностей [3- 24, 25- 28,29]- • '. ' '.
Ситуация? осложняется самим характером ЛП, отличающимся высокой системной сложностью, наличием большогочисла взаимодействующих между собой образцов оборудования, материаловнаходящихся в различных агрегатных состояниях, вариативностью и необходимостью параллельной реализации различных физико-химических процессов, что не позволяет формировать адекватные формализованные описания исследуемых объектов для конкретных условий производства с применением традиционных методов.
Повышение качества решения задач ТОУ в ЛП возможно на основе применения новых информационных технологий, включающих современные методы формализованного описания? ТПО, алгоритмы обработки данных, позволяющих формировать новые знания об объектах иследования для совершенствования процессов автоматизации ТОУ.
Отечественные ученые Баландин Г. Ф., Беликов O.A., Васильев В. А., Воронин Ю. Ф., Кабалдин Ю. Г., Корнюшкин O.A., Рыбкин В. А., Семенов В. И., Тихомиров М. Д., Трухов А. П. и другие внесли существенный вклад в развитие информатизации ЛП, что послужило основой создания на этой базе новых методов повышения его эффективности и подтверждает важность данного направления исследований.
Таким образом, задача автоматизации ТОУ в ЛП на основе применения современных средств информатизации, внедрении автоматазированных систем, имеет важное научное и практическое значение и является актуальной.
Основная научная идея работы состоит в разработке методов автоматизации ТОУ в ЛП, основанных на использовании процедур интеллектуализации синтеза и анализа ТПО, системной организации формализованного формирования решений, использовании единого методологического подхода и математического языка.
Целью настоящей работы является повышение качества отливок, производительности, надежности, эффективности проектирования и эксплуатации АЛЛ на базе разработки и реализации новых методов автоматизации ТОУ в ЛП основанных на интеллектуализации структурно-параметрического синтеза и анализа ТПО. Для достижения поставленной цели сформулированы следующие основные задачи.
1. Исследование действующих ТПО в ЛП, создание и реализация на этой основе автоматизированных методов синтеза и анализа адекватных формализованных описаний объектов исследования, с применением процедур интеллектуальной обработки данных (ИОД), позволяющих выявлять новые свойства и закономерности функционирования ТПО.
2. Разработка и применение автоматизированных методов предварительной и оперативной диагностики и устранения дефектов отливок, с учетом целевых установок пользователя, базирующихся на процедурах ИОД и ориентированных на использование в системах конкретных условий технической подготовки и реализации производства.
3. Разработка и применение автоматизированных методов формирования оптимальных конструкторских и технологических решений в системах конкретных условий технической подготовки и реализации производства на основе алгоритмов структурно-параметрического синтеза и анализа ТПО, базирующихся на процедурах ИОД.
Основными объектами исследования являются технологические процессы (ТП) производства отливок из алюминиевых сплавов методом ЛПД и серого чугуна в ПГФ на АЛЛ, собственно АЛЛ. Предметом исследований являются методы информатизации процессов формирования диагностических, технологических и конструкторских решенийвключающие соответствующее информационное, математическое, алгоритмическое и программное обеспечение.
Научная новизна полученных результатов состоит в приоритетной разработке новых, не реализуемых ранее, теоретических и научнометодологических положений: автоматизации ТОУ в> ЛП.
1. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность повышения качества отливок, производительности, надежности, эффективности проектирования и эксплуатации литейного" оборудования на базе разработанных и реализованных научных и методологических положений автоматизации ТОУ в ЛП на основе интеллектуализации структурно-параметрического синтеза й анализа ТПО.
2. Предложены, алгоритмы, на основе которых разработаны новые методы интеллектуализации структурно-параметрического синтеза и анализа ТПО в системах технической подготовки и реализации ЛП.
3. Разработаны методы синтеза и анализа математических моделей ТПО на г основе процедур ИОД, включающие возможность моделирования дефектов отливок и выявленияпричинно-следственных закономерностей' их проявления.
4. Разработаны адекватные математические модели ТПО, дефектов отливок, основанные на применении статических и динамических нейронных сетей, отличающиеся возможностями учета трудноформализуемых факторов и выявления скрытых закономерностей, влияющих на функционирование объектов моделирования.
5. Выявлены новые причинно-следственные закономерности проявления дефектов отливок, в зависимости от параметров реализуемых ТП и используемого оборудования, конкретных условий производства и внешней среды.
6. Предложены алгоритмы, на основе которых разработаны новые методы анализа дефектов отливок, включающие возможности их оперативной диагностики и устранения с применением процедур ИОД.
7. Предложены алгоритмы, на основе которых созданы новые методы решения задач оптимизации, выявления новизны и прогнозирования состояний ТПО с применением процедур ИОД.
8. Решены задачи формирования информационной базы для реализации методов интеллектуализации синтезаи анализа ТПО — унифицированных модулей АЛЛ, вариантов параметров ТПО, внешней среды.
9. Решена задача формирования* объектно-ориентированного подхода к реализации методов интеллектуализации синтеза и анализа ТПО.
В работе использован комплексный метод исследований, включающий теоретический анализ и экспериментальное апробирование формируемых решений в лабораторных и производственных условиях.
Основу комплексного метода исследований составляет ИОД, включающая преди постобработку данных, нейросетевые алгоритмы, алгоритмы формирования деревьев решений, нечеткую логику, реализуемые на базе широкого использования ПЭВМ.
Практическая ценность и реализация работы:
1. Разработка алгоритмов и программ, реализующих системные методы автоматизации ТОУ в ЛП на основе интеллектуализации структурно-параметрического синтеза и анализа ТП, на примере ЛПД и в ПГФ на АЛЛ, АЛЛ в системах технической подготовки и реализации конкретного производства, отличающихся снижением времени формирования решений, отсутствием необходимости строгого формализованного описания объектов исследования, простотой эмуляции на ЭВМ.
2. Повышение качества отливок, производимых из алюминиевых сплавов методом ЛПД и из серого чугуна в ПГФ на АЛЛ, на основе реализации разработанных методов интеллектуализации синтеза и анализа ТПО.
3. Снижение простоев, повышение производительности и надежнос-ти АЛЛ на основе реализации разработанных методов оперативной диагностики и устранения дефектов отливок, производимых в ПГФ на АЛЛ из серого чугуна, с учетом целевых установок пользователя, адекватного прогнозирования состояний АЛЛ-, синтеза новых структурно-компоновочных схем (СКС) АЛЛ из. унифицированных модулей.
А, Снижение простоевоборудования ЛПД на основе применения разработанных > методов! оперативной диагностики и устранениядефектов? отливок, производимых, методом: ЛЕЩ, с учетом целевых установок пользователя.: •? • - - • «* *» — ." •.
5. Разработка автоматизированной советующей системы (АСС) синтеза и", аналша параметровгТП ЛПД и в* ПГФ на: АЛЛ на основе нечеткой логики^ ориентированной" на. решение задач. оперативной. диагностикии устранения дефектов отливок.
6. Применение объектно-ориентированного подхода и единого методологического языка для разработки информационного, алгоритмического и программного обеспечения интеллектуализации структурно-параметрического синтеза и анализа ТП ЛПД и в ПГФ на АЛЛ, АЛЛ.
7. Разработка инженерных методик структурно-параметрического синтеза и анализа ТП и АЛЛ на основе процедур ИОД в системах технической подготовки и реализации конкретного производства отливок методом ЛПД из алюминиевых сплавов и в ПГФ из серого чугуна на АЛЛ, которые приняты к внедрению в ОАО «Орелтекмаш», ООО «Завод им. Медведева — Литейный завод», ОАО «Мценский литейный завод», ОАО «Ливгидромаш» с суммарным экономическим эффектом 2850 тыс. руб. в год.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Методы и результаты автоматизации ТОУ в ЛП на основе интеллектуализации структурно-параметрического синтеза и анализа ТП ЛПД и в ПГФ на АЛЛ, АЛЛ, ориентированные на использование в системах технической подготовки и реализации ЛП.
