автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизированная система управления процессом гидрорастяжения бандажных колец большого диаметра на основе нечетких алгоритмов

005011813

ВАКАЛЮК Андрей Александрович

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ГИДРОРАСТЯЖЕНИЯ БАНДАЖНЫХ КОЛЕЦ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА НА ОСНОВЕ НЕЧЕТКИХ АЛГОРИТМОВ

Специальность: 05Л3.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (в промышленности)

1 2 МДР ¿012

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа-2012

005011813

Работа выполнена в Уральском государственном университете путей сообщения

Научный руководитель д-р техн. наук, профессор

ГОТЛИБ Борис Михайлович

Официальные оппоненты д-р техн. наук, профессор

ЛЮ'ГОВ Алексей Германович кафедра автоматизации технологических процессов Уфимского государственного авиационного технического университета

канд. техн. наук

БЫВАЛЬЦЕВ Сергей Васильевич

кафедра информатизации технологий и автоматизации проектирования Уральского федерального университета

Ведущая организация РАН ФГБУН

«Институт машиноведения» УоРАН, г. Екатеринбург

Защита диссертации состоится « 06 » 2012 г. в 40часов

на заседании диссертационного совета Д-212.288.03 при Уфимском государственном авиационном техническом университете по адресу: 450000, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. К. Маркса, 12

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан « » 02 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д-р техн. наук, проф.

В. В. Миронов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В последнее время в связи с износом энергетического оборудования резко повысились требования к обеспечению безопасности в области энергетики. Это в первую очередь относится к турбогенераторам большой единичной мощности, в частности установленным на АЭС.

Одним из конструктивных элементов, определяющих надежность турбогенераторов, являются бандажные кольца, служащие для укрепления лобовых частей обмоток турбогенераторов. Бандажное кольцо должно отличаться высокой прочностью и однородностью механических характеристик, а также не оказывать воздействие на внутренние магнитные поля турбогенераторов. Такими свойствами обладают кольца из аустенитной (немагнитной) стали, подвергнутые холодной пластической деформации, степень которой может составлять 50-60% для достижения необходимых величин пределов текучести и прочности по объему кольца.

Аналитический обзор научной и производственно-технической литературы по данной проблеме показывает, что требуемые механические свойства бандажных колец наилучшим образом достигаются в процессе холодного пластического гидрорастяжения кольцевых заготовок под действием сверхвысокого давления жидкости, подаваемой во внутреннюю полость заготовки.

В нашей стране производство крупногабаритных бандажных колец организовано на ОАО «Уралмашзавод». Предприятие оснащено уникальным комплексом для производства бандажных колец на базе вертикального гидравлического пресса усилием 300 МН. Производство бандажных колец на других принципах организовано в Германии (Energietechnik Essen GmbH), Франции ('Creusot-Loire), Японии (.Кокап Како К.к), и частично в Китае.

При гидрорастяжении кольцевую заготовку устанавливают между вертикально расположенными конусами, связанными с нижней подвижной траверсов и архитравом вертикального гидравлического пресса. Вместе с заготовкой между конусами гидравлического пресса помещают цилиндрическую оправку. Описанная конструкция образует замкнутую внутреннюю полость между внутренней поверхностью заготовки и наружной поверхностью оправки. Гидравлическое растяжение заготовки осуществляют путем подачи во внутреннюю полость жидкости сверхвысокого давления и сближения конусов усилием пресса для обеспечения постоянной герметичности внутренней полости. Под действием сверхвысокого давления жидкости во внутренней полости и усилий раздачи заготовки со стороны сближающихся конусов происходит холодная пластическая деформация кольцевой заготовки. При этом не должны искажаться по высоте наружная и внутренняя цилиндрические поверхности кольцевой заготовки. Нарушение согласованности между движением конусов и возникающей радиальной деформацией заготовки приводит к искажению цилиндрической формы

заготовки, а также появлению трещин и разрушению заготовки. Кроме того, в течение всего процесса гидрорастяжения необходимо обеспечивать герметичность внутренней полости заготовки.

Реальный процесс гидрорастяжения является сложным динамическим объектом управления, функционирующим в условиях неполной и нечеткой информации об основных технологических параметрах процесса. Этим объясняется тот факт, что ранее разработанные автоматизированные системы управления процессом гидрорастяжения нуждаются в коренной модернизации. Значительно повысить эффективность работы автоматизированной системы управления может интеллектуализация процессов управления, а конкретно - построение системы управления с использованием методов нечеткой логики.

Таким образом, разработка эффективной автоматизированной системы управления процессом гидрорастяжения бандажных колец большого диаметра и методов прогнозирования механических свойств по объему колец направлена на решение реальных задач, связанных с производством упрочненных бандажных колец, предназначенных для повышения безопасности турбогенераторов большой единичной мощности, является актуальной.

Объект и предмет исследования диссертации. Объектом исследования является технологический комплекс на базе мощного гидравлического пресса усилием 300 МН для упрочнения методом гидрорастяжения крупногабаритных бандажных колец. Предметом исследования является создание АСУ ТП гидрорастяжения крупногабаритных бандажных колец.

Цель работы. Целью данного диссертационного исследования является разработка технологических, методологических и теоретических основ построения автоматизированной системы управления процессом гидрорастяжения кольцевых заготовок для повышения производительности процесса гидрорастяжения, геометрической точности и качества бандажных колец большого диаметра.

Задачи исследования

1. Построить математическую модель процесса гидрорастяжения, учитывающую влияние основных технологических параметров на точность и качество кольцевых заготовок.

2. Разработать имитационную модель технологического процесса гидрорастяжения для исследования и моделирования АСУ в условиях нечеткости и неопределенности технологических параметров процесса.

3. Разработать систему бесконтактного измерения геометрической формы кольцевой заготовки в процессе гидрорастяжения на основе оптоэлектронных приборов.

4. Разработать концепцию построения автоматизированной системы управления процессом гидрорастяжения кольцевых заготовок на основе системного и структурно-функционального подходов.

5. Разработать алгоритм и способ управления процессом гидрорастяжения кольцевых заготовок в условиях параметрической неопределенности технологического процесса на основе метода нечеткой логики.

6. Оценить эффективность предложенного подхода к управлению процессом гидрорастяжения бандажных колец большого диаметра.

Методы исследования

При выполнении исследований использованы: вариационные методы механики твердых деформируемых тел, теория автоматического управления сложных технических систем, методы построения АСУ с использованием технологий нечеткой логики, математическое и имитационное моделирование технологических процессов, информационные технологии.

На защиту выносятся

1. Математическая модель процесса гидрорастяжения, учитывающая влияние основных технологических параметров на точность и качество кольцевых заготовок.

2. Имитационная модель процесса гидрорастяжения для моделирования технологического процесса в условиях неопределенности технологического процесса.

3. Система бесконтактного измерения геометрической формы кольцевой заготовки в процессе гидрорастяжения на основе оптоэлектронных приборов.

4. Концепция построения автоматизированной системы управления процессом гидрорастяжения кольцевых заготовок на основе системного и структурно-функционального подходов.

5. Алгоритм и способ управления процессом гидрорастяжения кольцевых заготовок в условиях параметрической неопределенности технологического процесса на основе метода нечеткой логики.

6. Результаты экспериментальных исследований эффективности предложенного подхода к управлению процессом гидрорастяжения бандажных колец большого диаметра.

Научная новизна исследований

¡.Новизна разработанной математической модели процесса гидрорастяжения крупногабаритных кольцевых заготовок заключается в том, что она учитывает сложность формы заготовки и позволяет определить формоизменение заготовки и степень накопленной деформации в материальных точках по всему объему заготовки.

2. Новизна разработанной имитационной модели процесса гидрорастяжения заключается в том, что облегчает проектирование ТП гидрорастяжения и построение автоматизированной системы управления процессом гидрорастяжения.

3. Новизна разработанной системы бесконтактного измерения геометрической формы кольцевой заготовки в процессе гидрорастяжения на основе опто-

электронных приборов заключается в том, что позволяет в автоматическом режиме, не влияя на динамические характеристики системы управления, с большой точностью измерять диаметр и форму кольцевой заготовки.

4. Новизна разработанной концепции построения автоматизированной системы управления процессом гидрорастяжения на основе системного и структурно-функционального подхода заключается в том, что позволяет одновременно поддерживать оба регулируемых параметра с высокой точностью.

5. Новизна разработанного алгоритма и способа управления процессом гидрорастяжения кольцевых заготовок на основе метода нечеткой логики заключается в том, что позволяет организовать управление процессом гидрорастяжения в условиях параметрических неопределенностей и обеспечить близкие к оптимальным в смысле технико-экономических критериев технологические режимы.

6. Новизна экспериментального исследования состоит в использовании автоматизированной системы управления процессом гидрорастяжения на основе методов нечеткой логики для управления ТП, что позволяет выявить повышение производительности, геометрической точности и качества бандажных колец большого диаметра.

Практическая ценность работы

1. Разработана система бесконтактного измерения размеров и геометрической формы кольцевой формы в процессе гидрорастяжения, которая позволяет увеличить точность производимых измерений на 35 %.

2. Разработана модель процесса гидрорастяжения, который позволяет моделировать технологический процесс и обучать обслуживающий персонал в условиях неопределенностей технологического процесса, что позволило вдвое ускорить процесс разработки и освоения управления процессом гидрорастяжения.

3. Разработана модель управления механическими свойствами бандажного кольца в процессе гидрорастяжения, которая позволяет прогнозировать качество и повышать надежность готовых изделий в зависимости от уровня технологических параметров кольцевых заготовок и режимов режимом управления ТП гидрорастяжения.

4. Полученные результаты нашли применение в процессе модернизации гидропрессовой установки усилием 300 МН для производства бандажных колец на ОАО «Уралмашзавод».

Технологическое направление выполненной работы соответствует П.21 Перечня критических технологий Российской Федерации, утвержденного Президентом РФ (Г1р-842 от 21.05.2006) - Технологии снижения риска и уменьшение последствий природных и техногенных катастроф. Результаты диссертационной работы также нашли применение при выполнении Программы «Интеллектуальные системы управления процессом гидрорастяжения кольцевых заго-

товок большого диаметра на гидравлическом прессе усилием 300 МН» (Утверждена техническим директором ООО «Уралмашспецсталь» от 26.07.2007).

Результаты исследований используются в учебном процессе Уральского государственного университета путей сообщения при преподавании дисциплины «Технологии автоматизированного машиностроения» для специальности 220401 «Мехатроника».

Апробация работы

Основные результаты и положения данной диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: 5-й научно-технической конференции «Мехатроника, автоматизация, управление» (МАУ-2008), С.-Петербург, 2008; Пятой всероссийской зимней школы-семинара аспирантов и молодых ученых. Актуальные проблемы науки и техники. Машиностроение, электроника, приборостроение, Уфа, 2010; 7-й научно-технической конференции «Мехатроника, автоматизация, управление» (МАУ-2010), С.-Петербург, 2010; 15-й Международной научно-технической конференции «Автоматизация: проблемы, идеи, решения», «АПИР-15», Тула, 2010; Всероссийской научной конференции молодых ученых «НАУКА. ТЕХНОЛОГИИ. ИННОВАЦИИ», Новосибирск, 2010; 10-й Всероссийской научной конференции с международным участием «Краевые задачи и математическое моделирование», Новокузнецк, 2010; Международной научно-технической конференции «Транспорт XXI века: исследования, инновации, инфраструктура», Екатеринбург, 2011.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 1 из них в рецензируемых журналах из списка ВАК, получен 1 патент.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 46 наименований. Основная часть работы (без библиографического списка) изложена на 131 страницах машинного текста.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обозначена актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, отмечена новизна и практическая ценность, выносимых на защиту результатов.

В первой главе приведен аналитический обзор существующих технологических процессов производства крупногабаритных бандажных колец и кольцевых заготовок в России, Германии, Франции.

В России процесс гидрорастяжения крупногабаритных кольцевых заготовок осуществляется на вертикальном гидравлическом прессе усилием 300 МН (рис. 1). Устройство для гидрорастяжения оснащено насосом сверхвысокого (до 300 МПа) давления переменной производительности 2,5...7,6 л/мин, насосом

высокого (до 32 МПа) давления переменной производительности 50...600 л/мин для перемещения нижней подвижной траверсы. Рабочая жидкость - вода с эмульсией. Рабочий ход нижней траверсы обеспечивается гидроцилиндрами, скорость рабочего хода 0,085. ..0,67 мм/с.

Рисунок 1 - Процесс гидрорастяжения кольцевой заготовки на вертикальном прессе усилием 300 МН (условные обозначения: Нг - насос высокого давления; Мг - привод насоса Нг, С-1 - система управления приводом; Н2 - насос сверхвысокого давления; М2 - привод насоса Я2; С2 - система управления приводом; С1( С2 - цилиндры гидропривода пресса; - магистраль высокого давления (0...320 кгс/лш2); Р2 - магистраль сверхвысокого давления (500...3000 кгс/лш2); ВК - заготовка; Къ К2 - конусы, ОР - оправка, 8г и 5г - датчики давления магистралей высокого и сверхвысокого давления соответственно, 54 и 55 - датчики расхода жидкости магистралей высокого и сверхвысокого давления соответственно, 53 - датчик скорости перемещения траверсы пресса)

Повышение механических свойств бандажных колец достигается за счет упрочнения металла кольцевой заготовки в процессе гидрорастяжения. При этом заготовка должна сохранять цилиндрическую форму в течение всего процесса гидрорастяжения (допустимые пределы отклонения от цилиндрической формы наружного диаметра кольцевой заготовки на должны превышать ±3 мм по высоте заготовки).

Поэтому основное назначение АСУ ТП гидрорастяжения состоит в обеспечении требуемой степени упрочнения металла заготовки и сохранении ци-

С этой целью предложена трехуровневая гибкая иерархическая конфигурация системы управления (рис. 2), обеспечивающая выполнение всех управляющих и вспомогательных функций АСУ ТП гидрорастяжения.

Гт,

Второй уровень

ретин уровень

Устройство ввода/вывода

Ж

Контроллер ТП

Первый у

САУТП

ЦУК

7Т

Сетевой интерфейс

Ж

ОУК

Регуляторы ТП

Ж

Контроллер ССД

7Г

£2.

ССД

Рисунок 2 - Обобщенная структура АСУ ТП гидрорастяжения

Высший (третий) уровень АСУ ТО представляет собой центральный управляющий компьютер (ЦУК), состоящий из нескольких процессоров и связанный с основным управляющим компьютером (ОУК) посредством сетевого интерфейса. На данном уровне выполняются следующие функции: сбор, переработка, хранение и выдача информации о работе АСУ ТО гидрорастяжения и состоянии ТП гидрорастяжения; анализ результатов работы системы и планирование управляющих программ; выбор режима работы системы; отладка программ и настойка всех уровней системы; тестирование и контроль технического состояния ТП гидрорастяжения; функции связанные с оперативным вмешательством оператора в ТП гидрорастяжения.

Второй уровень системы определяется наличием основного управляющего компьютера (ОУК), связанного с контроллером ТП гидрорастяжения и контроллером системы сбора данных (ССД) ТП гидрорастяжения, и представляет собой замкнутый контур управления ТО гидрорастяжения. Данный уровень связан с высшим и третьим уровнями. Основные функции, реализованные на данном уровне: замкнутое управление ТП гидрорастяжения по программам и алгоритмам, предоставленным высшим уровнем; мониторинг состояния ТП

гидрорастяжения и оборудования защитные функции; координация и диспетчеризация информационных потоков.

Первый уровень АСУ ТП реализован в виде двух САУ и системы сбора данных состояния ТП гидрорастяжения. На данном уровне выполняются функции, связанные с обеспечением поддержания режимов работы оборудования ТП гидрорастяжения, мониторингом его состояния и реализацией информационных каналов для связи со вторым уровнем.

Данная конфигурация системы позволяет обеспечить высокую работоспособность и отказоустойчивость, повысить качество управления ТП гидрорастяжения, а также придает системе гибкость конфигурации.

В третьей главе разработаны математическая и имитационная модели процесса гидрорастяжения. Математическая модель предназначена для определения формоизменения кольцевой заготовки в процессе гидрорастяжения и оценюг величины деформации в различных материальных точках по объему деформируемой заготовки. Данная задача была решена с привлечением прямых вариационных методов механики твердого деформируемого тела. Результаты математического моделирования показали, что в процессе гидрорастяжения имеет место значительная неоднородность деформации, доходящая до 30 % в различных областях кольцевой заготовки. Минимальная деформация имеет место в центральной части заготовки, а максимальная в верхней части заготовки (в месте контакта заготовки и конусов).

Имитационная модель предназначена для проектирования технологического процесса гидрорастяжения, исследования различных способов деформирования кольцевой заготовки под воздействием сверхвысокого внутреннего давления и конусов, прогнозирования механических свойств готовых бандажных колец, имитационная модель реализована в виде компьютерных программ и функционирует в двух режимах: «Проектирование» и «Моделирование».

Адекватность моделей была проверена в производственных условиях в процессе гидрорастяжения кольцевых заготовок на прессе усилием 300 МН (ОАО «Уралмашзавод») под воздействием конусов и жидкости сверхвысокого давления, подаваемой во внутреннюю полость заготовки (см. рис. 1).

Разработанная методика прогнозирования механических свойств (условного предела текучести ст0 2 и предела прочности ств) упрочненных бандажных колец базируется на полученйой экспериментальным путем зависимости механических свойств от величины степени деформации сдвига. Аналитически эта зависимость имеет вид:

Сто,2О") = ст0°2(г) + (2,84 ст0°2(г) + 299)Л(г), ств(г) = ств°(г) + (1,99 ств°(г) - 684)Л(г), где CTq 2 и ств° - соответственно условный предел текучести и предел прочности материала заготовки, поступающей на гидрорастяжение; Л - степень де-

Для проведения анализа и построения функциональной модели системы управления процессом гидрорастяжения используется СЛЖ-средство верхнего уровня ERwin компании Computer Associations, поддерживающее методологии 1DEFO и позволяющее построить модель управления процессом гидрорастяжения, адекватную предметной области на всех уровнях абстрагирования. Контекстная диаграмма, описывающая систему в целом и ее взаимосвязь с окружающим миром, разбивается на ряд контекстных диаграмм.

Исходя из разработанной функциональной модели АСУ ТП гидрорастяжения, сделан вывод о сложности создаваемой системы, включающей ряд функционально-подчиненных подсистем. Общая структура системы управления ТП гидрорастяжения соответствует иерархическому принципу построения и включает стратегический, тактический и исполнительский уровни. Особенностью структуры АСУ ТП гидрорастяжения является организация ее в рамках теории ситуационного управления с привлечением методов и технологий искусственного интеллекта.

В состав АСУ ТП гидрорастяжения входят три классических САУ: САУ привода насоса сверхвысокого давления (НСВД), САУ привода насоса высокого давления (НВД) и САУ приводов лазерных дальномеров (ЛД).

САУ приводов НСВД и НВД предназначены для поддержания режимов работы приводов насосов ТП гидрорастяжения и выполнены в виде двухкон-турных систем регулирования с контурами тока якоря и скорости двигателя. Функции САУ приводов НСВД и НВД выполняют комплектные тиристорные устройства.

САУ приводов ЛД выполняют установку ЛД на необходимый по высоте уровень и выполнены в виде двухконтурных систем регулирования с контурами скорости вращения двигателя и положения его ротора. Функции САУ приводов ЛД выполняют схемы в составе ПЖ и преобразователя частоты.

В составе контроллера ТП разработана АСУ ТП, которая является многосвязной системой (рис. 4). На вход объекта управления подаются два управляющих воздействия: величина сверхвысокого давления во внутренней полости заготовки q' и скорость перемещения траверсы пресса V/, подаваемые на входы САУ провода НСВД и НВД. Выходными параметрами объекта управления являются: величина искажения формы кольцевой заготовки ДD (ошибка формы), величина давления жидкости во внутренней полости заготовки q, величина давления жидкости в цилиндрах пресса р. АСУ ТП состоит из двух контуров регулирования, связанных через общие регулирующие воздействия: контур ситуационного управления ТП шдрорастяжения на основе метода нечеткой логики и контур контроля и обеспечения герметичности внутренней полости кольцевой заготовки. Инерционная составляющая в работе контуров приводит к разности частот их работы - частота работы контура герметизации несравнимо выше частоты работы контура ситуационного управления.

Контур ситуационного управления состоит из двух параллельно работающих контуров нечеткого регулирования величины сверхвысокого давления во внутренней полости заготовки ц и скорости перемещения траверсы пресса Ут. Нечеткие ассоциативные правила регулятора определены на основе опыта и знаний оператора процесса и технических сведений о протекании процесса гидрорастяжения.

Рисунок 4 - Обобщенная структура АСУ ТП гидрорастяжения (условные обозначения: и ДО - задатчик ошибки формы; Д£> - ошибка формы; q - давление жидкости во внутренней полости заготовки; р - давление жидкости в рабочих цилиндрах пресса; Уг - скорость движения траверсы пресса;

и К'т - рассчитанные управляющие воздействия; цъ УГ1, УТг - корректирующие управляющие воздействия)

На основе опыта и знаний оператора процесса были получены некоторые из правил:

• «при искажении формы типа «бочка» необходимо повышать скорость перемещения траверсы пресса»;

• «при искажении формы типа «корсет» необходимо повышать давление жидкости в внутренней полости заготовки»;

• «процесс управления предпочтительнее вести при небольшом искажении формы типа «бочка»»;

• «исправлять искажения формы типа «корсет» сложнее, чем искажение типа «бочка»».

Разработан состав АСУ ТО гидрорастяжения, полностью отвечающий требованиям функциональной и структурной схемам АСУ ТП гидрорастяжения.

Разработанная система бесконтактного измерения диаметра и формы кольцевой заготовки, базирующаяся на методе разностного измерения диаметров

заготовки с применением современных лазерных дальномеров бесконтактного действия фирмы Бипейх, установленных на автономные подвижные площадки, позволила с большой точностью измерять диаметры и форму кольцевой заготовки и компенсировать перемещения сомой заготовки вместе с частями пресса во время процесса гидрорастяжения и изменения геометрических параметров заготовки.

Разработанный алгоритм управления ТП гидрорастяжения позволяет качественно управлять ТП гидрорастяжения с возможностью комбинирования режимов управления между ручным и автоматическим, а также выводом состояния ТП гидрорастяжения в удобной для оператора форме и записью параметров процесса, что позволяет существенно облегчить труд оператора процесса гидрорастяжения. Разработанный алгоритм автоматического управления ТП гидрорастяжения в рамках алгоритма управления процессом позволяет осуществлять качественное управления ТП гидрорастяжения в автоматическом режиме, что способствует повышению качества выпускаемой продукции и снижению утомляемости оператора процесса из-за длительного монотонного труда, так как процесс гидрорастяжения может занимать до нескольких часов.

О 40 80 120 160 200 0 40 80 120 160 200 г, с с

С5 <1

О 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

I, с

Рисунок 5 - Диаграммы переходных процессов

В ходе тестирования АСУ ТП гидрорастяжения методом компьютерного моделирования были произведены исследования работы системы при возникновении стандартных ситуаций ТП гидрорастяжения: появления искажений формы типа «бочка» и «корсет», а также моделирование полного процесса гидрорастяжения в автоматическом режиме. На рис. 5 приведены диа!раммы пере-

ходных процессов искажения формы заготовки при различных производственных ситуациях.

На рисунке 5,а и 5,6 приведены диаграммы переходных процессов искажения формы заготовки в режимах исправления искажения формы заготовки типа «бочка» и типа «корсет» соответственно. Искажение формы типа «корсет» происходит медленнее, чем искажение формы типа «бочка», так возникает опасность разгерметизации внутренней полости заготовки. Также наблюдается стремление переходных процессов к «небольшому» искажению формы заготовки типа «бочка», что соответствует предпочтительному режиму ведения процесса гидрорастяжения, так исправление искажения формы типа «бочка» проще, чем искажение формы типа «корсет». На диаграмме полного процесса гидрорастяжения (рис. 5в) наблюдается постепенное стремление заготовки к искажению формы типа «корсет», что вызвано увеличивающимися механическими свойствами заготовки и неспособностью НСВД закачать необходимый объем жидкости во внутреннюю полость заготовки. Несмотря на данный факт, отклонение формы кольцевой заготовки от цилиндрической остается в допустимых пределах.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработана математическая модель процесса гидрорастяжения крупногабаритных кольцевых заготовок, учитывающая влияние основных технологических параметров и сложность формы заготовки на ее точность и качество и позволяющая определить формоизменение заготовки и степень накопленной деформации в материальных точках по объему заготовки с большой точностью. Математическая модель позволила выявить значительную неоднородность (в пределах 20...30 %) распределения деформации по объему заготовки.

2. Разработана имитационная модель ТП гидрорастяжения, позволяющая впервые в заводской практике, осуществить проектирование ТП и прогнозирование механических свойств бандажных колец, а также ставшая основой для разработки концепции построения, моделирования и исследования АСУ ТП гидрорастяжения.

3. Разработана система бесконтактного измерения внешнего диаметра и формы кольцевой заготовки, использующая метод разностных измерений в различных сечениях по высоте заготовки и объединенная в обособленный контур управления, что позволяет идентифицировать форму заготовки с большой точностью независимо от изменения ее положения и не влиять на динамику работы основной части АСУ ТО гидрорастяжения.

4. Разработана концепция АСУ ТП гидрорастяжения, которая заключается в комплексной многорежимной и многоканальной автоматизации ТП гидрорастяжения, разработке многосвязной совокупности информационно-

измерительных, управляющих и функционально-технических подсистем, и передачей управляющих функций от квалифицированного оператора ТП автоматике, организованной на основе современных информационных технологий, что способствовало в создании эффективной АСУ ТП гидрорастяжения, обладающей расширенными техническими возможностями по обеспечению ТП гидрорастяжения и вспомогательных технических операций.

5. Разработан алгоритм функционирования АСУ ТП гидрорастяжения кольцевых заготовок, который базируется на принципе ситуационного управления с использованием методов нечеткой логики обработки информационных потоков, позволяющий организовать управление процессом гидрорастяжения в условиях параметрических неопределенностей и обеспечить близкие к оптимальным в смысле технико-экономических критериев технологические режимы.

6. Практическое использование разработанной автоматизированной системы управления процессом гидрорастяжения бандажных колец позволит оптимизировать (стабилизировать) механические свойства и повысить надежность колец, сократит брак, улучшит условия труда и повысит безопасность обслуживающего персонала, повысит производительность процесса.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В рецензируемых журналах из списка ВАК

1. Производство бандажных колец мощных турбогенераторов: технология и управление / Б. М. Готлиб, А. А. Вакалюк // Фундаментальные исследования. 2011. № 12 (ч. 1). С. 96-101. Доступно в Интернет: \у\у\у.гае.гшТ5/?5есПоп=соп1еп1 &ор^Ьо\¥ агйс1е&агйс1е ¡с!~7981424.

Патент

2. Радиально-поршневая гидромашина многократного действия: пат. № 2341683 Рос. Федерация: МПК51 ^04 В 1/04 / А. А. Вакалюк, В. М. Тау-гер, А. В. Ефимов; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский государственный университет путей сообщения» (УрГУПС). - 2007117414/06; за-явл. 10.05.2007; опубл. 20.12.2008.

В других изданиях

3. Интеллектуальная система управления процессом гидрорастяжения / Б. М. Готлиб, А. А. Вакалюк // Мехатроника, автоматизация, управление: матер. 2-й Рос. мультикоф. по проблемам управления. СПб.: ГНЦ РФ «Электроприбор», 2008. С. 181-184.

4. Применение гибридных методов управления процессами изотермического прессования / Б. М. Готлиб, В. С. Тарасян, А. А. Вакалюк // Механика

и автоматика. Белосток: Белостокск. техн. ун-ет, 2008. № 4. С. 16-18. (Статья на англ. яз.).

5. Математическая модель процесса гидрорастяжения кольцевых заготовок большого диаметра / Б. М. Готлиб, А. А. Вакалюк // Краевые задачи и математическое моделирование: тематич. сб. науч. ст. Новокузнецк: КемГУ, 2010. Т. 1.

6. Имитационная модель процесса гидрорастяжения кольцевых заготовок / Б. М. Готлиб, А. А. Вакалюк, И. Н. Крещенко // Мехатроника, автоматизация, управление: матер. 3-й мультикоф. по проблемам управления. СПб.: ГНЦ РФ «Электроприбор», 2010. С. 140-143.

7. Автоматизированная система управления процессом гидрорастяжения бандажных колец большого диаметра / А. А. Вакалюк // Вестник Тульского государственного университета. Автоматизация: проблемы, идеи, решения: матер. Междунар. науч.-техн. конф. «АПИР-15». 2010. Ч. 2. С. 61-65.

8. Автоматизированная система управления процессом гидрорастяжения крупногабаритных кольцевых заготовок / А. А. Вакалюк // Наука, технологии, инновации: матер. Всерос. науч. конф. молодых ученых. Новосибирск: НГТУ, 2010. С. 250-251.

9. Автоматизированная система моделирования и управления процессом гидрорастяжения крупногабаритных кольцевых заготовок / А. А. Вакалюк // Актуальные проблемы в науке и технике. Т. 4. Машиностроение, электроника, приборостроение: сб. тр. 5-й Всерос. зимн. шк.-сем. аспирантов и молодых ученых. Уфа: УГАТУ, 2011. С. 42-47.

10. Система управления процессом гидрорастяжения на основе методов нечеткой логики / А. А. Вакалюк, Б. М. Готлиб // Вычислительная техника и информационные технологии: межвуз. науч. сб. Уфа: УГАТУ, 2011. С. 63—67.

С. 68-74.

Диссертант

А. А. Вакалюк

ВАКАЛКЖ Андрей Александрович

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ГИДРОРАСТЯЖЕНИЯ БАНДАЖНЫХ КОЛЕЦ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА НА ОСНОВЕ НЕЧЕТКИХ АЛГОРИТМОВ

Специальность: 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (в промышленности)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 24.02.12 г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать ризографическая. Тираж 120 экз. Заказ 633. Гарнитура «ТшезМе^Кошап». Отпечатано в типографии «ПЕЧАТНЫЙ ДОМЪ» ИП ВЕРКО. Объем 1 п.л. Уфа, Карла Маркса 12 корп. 4, т/ф: 27-27-600, 27-29-123

Принятые сокращения.

Введение.

Глава 1. Анализ проблем автоматизации гидрорастяжения бандажных колец большого диаметра.

1.1. Анализ известных технологических процессов производства бандажных колец большого диаметра.

1.2. Актуальность проблемы автоматизации технологического процесса гидрорастяжения бандажных колец.

1.3. Технологическое обеспечение функционирования АСУ ТП гидрорастяжения.

1.4. Цели и задачи исследования.

Выводы по главе 1.

Глава 2. Разработка методологических основ построения АСУ ТП гидрорастяжения.

2.1. Анализ методов построения АСУ ТП.

2.2. Концепция построения АСУ ТП гидрорастяжения.

2.3. Обобщенная структура АСУ ТП гидрорастяжения.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Разработка математических моделей ТП гидрорастяжения.

3.1. Разработка математической модели формоизменения кольцевой заготовки в процессе гидрорастяжения.

3.2. Разработка имитационной модели ТП гидрорастяжения

3.3 Разработка метода прогнозирования механических свойств бандажных колец.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Построение и исследование подсистем АСУ ТП гидрорастяжения на основе структурно-функционального подхода.

4.1. Разработка состава и структуры АСУ ТП гидрорастяжения на основе структурно-функционального подхода.

4.2. Разработка алгоритма работы АСУ ТП гидрорастяжения.

4.3. Результаты моделирования работы АСУ ТП гидрорастяжения.

Выводы по главе 4.

Актуальность темы. В последнее время в связи с износом энергетического оборудования резко повысились требования к обеспечению безопасности в области энергетики. Это в первую очередь относится к турбогенераторам большой единичной мощности, в частности установленным на АЭС.

Одним из конструктивных элементов, определяющих надежность турбогенераторов, являются бандажные кольца, служащие для укрепления лобовых частей обмоток турбогенераторов. Бандажное кольцо должно отличаться высокой прочностью и однородностью механических характеристик, а также не оказывать воздействие на внутренние магнитные поля турбогенераторов. Такими свойствами обладают кольца из аустенитной (немагнитной) стали, подвергнутые холодной пластической деформации, степень которой может составлять 50-60% для достижения необходимых величин пределов текучести и прочности по объему кольца.

Снижение прочностных свойств бандажных колец приводит к их разрушению в процессе эксплуатации турбогенераторов с катастрофическими последствиями. На рис. В1 изображены последствия разрушения бандажного кольца.

Рисунок В1 - Последствия разрушения бандажного кольца

Требуемые уровни механических свойств колец могут быть достигнуты в процессе холодного пластического гидрорастяжения колец большого диаметра на мощном гидравлическом прессе под действием внутреннего давления жидкости без подпора наружной поверхности заготовки. 'В этом случае гидрорастяжение является частным способом гидравлической штамповки полых крупногабаритных изделий.

При гидрорастяжении кольцевую заготовку устанавливают между вертикально расположенными конусами, связанными с нижней подвижной траверсов и архитравом вертикального гидравлического пресса. Вместе с заготовкой между конусами гидравлического пресса помещают цилиндрическую оправку. Описанная конструкция образует замкнутую внутреннюю полость между внутренней поверхностью заготовки и наружной поверхностью оправки. Гидравлическое растяжение заготовки осуществляют путем подачи во внутреннюю полость жидкости сверхвысокого давления и сближения конусов усилием пресса для обеспечения постоянной герметичности внутренней полости. Под действием сверхвысокого давления жидкости во внутренней полости и усилий раздачи заготовки со стороны сближающихся конусов происходит холодная пластическая деформация кольцевой заготовки. При этом не должны искажаться по высоте наружная и внутренняя цилиндрические поверхности кольцевой заготовки. Нарушение согласованности между движением конусов и возникающей радиальной деформацией заготовки приводит к искажению цилиндрической формы заготовки, а также появлению трещин и разрушению заготовки. Кроме того, в течение всего процесса гидрорастяжения необходимо обеспечивать герметичность внутренней полости заготовки.

Решение данной проблемы связано с созданием автоматизированной системы управления процессом гидрорастяжения кольцевых заготовок.

Реальный процесс гидрорастяжения является сложным динамическим объектом управления, функционирующим в условиях неполной и нечеткой информации об основных технологических параметрах процесса. Этим объясняется тот факт, что ранее разработанные детерминированные автоматизированные системы управления процессом гидрорастяжения нуждаются в коренной модернизации. Значительно повысить эффективность работы автоматизированной системы управления может интеллектуализация процессов управления, а конкретно - построение системы управления с использованием методов нечеткой логики.

Таким образом, разработка эффективной автоматизированной системы управления процессом гидрорастяжения бандажных колец большого диаметра и методов прогнозирования механических свойств по объему колец направлена на решение реальных задач, связанных с производством упрочненных бандажных колец, предназначенных для повышения безопасности турбогенераторов большой единичной мощности, является актуальной.

Объектом исследования является автоматизация мощного гидравлического пресса усилием 300 МН предназначенного для изготовления методом гидрорастяжения крупногабаритных бандажных колец, укрепляющих лобовые части обмоток роторов турбогенераторов большой единичной мощности.

Предметом исследования являются вопросы создания автоматизированной системы управления процессом гидрорастяжения крупногабаритных бандажных колец из высокопрочной аустенитной (немагнитной) стали.

Цель диссертационной работы: разработка технологических, методологических и теоретических основ построения автоматизированной системы управления процессом гидрорастяжения кольцевых заготовок для повышения производительности процесса гидрорастяжения, геометрической точности и качества бандажных колец большого диаметра.

Задачи исследования

1. Построить математическую модель процесса гидрорастяжения, учитывающую влияние основных технологических параметров на точность и качество кольцевых заготовок.

2. Разработать имитационную модель технологического процесса гидрорастяжения для исследования и моделирования АСУ в условиях нечеткости и неопределенности технологических параметров процесса.

3. Разработать систему бесконтактного измерения геометрической формы кольцевой заготовки в процессе гидрорастяжения на основе оптоэлектронных приборов.

4. Разработать концепцию построения автоматизированной системы управления процессом гидрорастяжения кольцевых заготовок на основе системного и структурно-функционального подходов.

5. Разработать алгоритм и способ управления процессом гидрорастяжения кольцевых заготовок в условиях параметрической неопределенности технологического процесса на основе метода нечеткой логики.

6. Оценить эффективность предложенного подхода к управлению процессом гидрорастяжения бандажных колец большого диаметра.

Методы исследования

При выполнении исследований использованы вариационные методы механики твердых деформируемых тел. Теории автоматического управления и построения автоматизированных систем управления методами нечеткой логики, математического и имитационного моделирования технологических процессов обработки металлов давлением, измерений, математической статистики.

Достоверность и обоснованность полученных результатов

Обоснованность результатов, полученных в диссертационной работе, базируется на использовании апробированных научных положений и методов исследования, корректном применении математического аппарата, согласовании новых результатов с ранее известными теоретическими положениями.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель процесса гидрорастяжения, учитывающая влияние основных технологических параметров на точность и качество кольцевых заготовок.

2. Имитационная модель процесса гидрорастяжения для моделирования технологического процесса в условиях неопределенности технологического процесса.

3. Система бесконтактного измерения геометрической формы кольцевой заготовки в процессе гидрорастяжения на основе оптоэлектронных приборов.

4. Концепция построения автоматизированной системы управления процессом гидрорастяжения кольцевых заготовок на основе системного и структурно-функционального подходов.

5. Алгоритм и способ управления процессом гидрорастяжения кольцевых заготовок в условиях параметрической неопределенности технологического процесса на основе метода нечеткой логики.

6. Результаты экспериментальных исследований эффективности предложенного подхода к управлению процессом гидрорастяжения бандажных колец большого диаметра.

Научная новизна исследований заключается в следующем:

1. Новизна разработанной математической модели процесса гидрорастяжения крупногабаритных кольцевых заготовок заключается в том, что она учитывает сложность формы заготовки и позволяет определить формоизменение заготовки и степень накопленной деформации в материальных точках по всему объему заготовки.

2. Новизна разработанной имитационной модели процесса гидрорастяжения заключается в том, что облегчает проектирование ТП гидрорастяжения и построение автоматизированной системы управления процессом гидрорастяжения.

3. Новизна разработанной системы бесконтактного измерения геометрической формы кольцевой заготовки в процессе гидрорастяжения на основе оптоэлектронных приборов заключается в том, что позволяет в автоматическом режиме, не влияя на динамические характеристики системы управления, с большой точностью измерять диаметр и форму кольцевой заготовки.

4. Новизна разработанной концепции построения автоматизированной системы управления процессом гидрорастяжения на основе системного и структурно-функционального подхода заключается в том, что позволяет одновременно поддерживать оба регулируемых параметра с высокой точностью.

5. Новизна разработанного алгоритма и способа управления процессом гидрорастяжения кольцевых заготовок на основе метода нечеткой логики заключается в том, что позволяет организовать управление процессом гидрорастяжения в условиях параметрических неопределенностей и обеспечить близкие к оптимальным в смысле технико-экономических критериев технологические режимы.

6. Новизна экспериментального исследования состоит в использовании автоматизированной системы управления процессом гидрорастяжения на основе методов нечеткой логики для управления ТП, что позволяет выявить повышение производительности, геометрической точности и качества бандажных колец большого диаметра.

Практическая значимость полученных результатов и их реализация:

1. Разработана система бесконтактного измерения размеров и геометрической формы кольцевой формы в процессе гидрорастяжения, которая позволяет увеличить точность производимых измерений на 35 %.

2. Разработана модель процесса гидрорастяжения, который позволяет моделировать технологический процесс и обучать обслуживающий персонал в условиях неопределенностей технологического процесса, что позволило вдвое ускорить процесс разработки и освоения управления процессом гидрорастяжения.

3. Разработана модель управления механическими свойствами бандажного кольца в процессе гидрорастяжения, которая позволяет прогнозировать качество и повышать надежность готовых изделий в зависимости от уровня технологических параметров кольцевых заготовок и режимов режимом управления ТП гидрорастяжения.

4. Полученные результаты нашли применение в процессе модернизации гидропрессовой установки усилием 300 МЫ для производства бандажных колец на ОАО «Уралмашзавод».

Результаты исследований используются в учебном процессе Уральского государственного университета путей сообщения при преподавании дисциплины «Технологии автоматизированного машиностроения» для специальности 220401 «Мехатроника».

Апробация работы

Результаты исследования и основные его положения докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры «Мехатроника» (Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС) в г. Екатеринбурге, 2008-2011 гг.) и получили положительную оценку на следующих конференциях и симпозиумах, проводимых различными академическими учреждениями и высшими учебными заведениями России:

• 5-я научно-техническая конференция «Мехатроника, автоматизация, управление» (МАУ-2008), С.-Петербург, 2008;

• Пятая всероссийская зимняя школа-семинар аспирантов и молодых ученых. Актуальные проблемы науки и техники. Машиностроение, электроника, приборостроение, Уфа, 2010;

• 7-я научно-техническая конференция «Мехатроника, автоматизация, управление» (МАУ-2010), С.-Петербург, 2010;

• 15-я Международная научно-техническая конференция «Автоматизация: проблемы, идеи, решения», «АПИР-15», Тула, 2010;

• Всероссийская научная конференция молодых ученых «НАУКА. ТЕХНОЛОГИИ. ИННОВАЦИИ», Новосибирск, 2010.

• 10-я Всероссийская научная конференция с международным участием «Краевые задачи и математическое моделирование», Новокузнецк, 2010;

• Международная научно-техническая конференция «Транспорт XXI века: исследования, инновации, инфраструктура», Екатеринбург, 2011.

Связь исследований с научными программами

Диссертация является результатом исследований, проводимых на кафедре «Мехатроника» УрГУПС согласно Перечню критических технологий Российской Федерации, утвержденному Президентом Российской Федерации 21.05.2006 Пр-842, а также в рамках Программы «Интеллектуальные системы управления процессом гидрорастяжения кольцевых заготовок большого диаметра на гидравлическом прессе усилием 300 МН», утвержденной Техническим директором ООО «Уралмашспецсталь» 26.07.2007 и комплексной госбюджетной научно-исследовательской работы МТХ-3 «Интеллектуальные мехатрон-ные системы: методы проектирования, примеры практического применения».

Публикации

Основные научные и практические результаты диссертационной работы опубликованы в 10 печатных работах, в том числе 1 научная статья в рецензируемом журнале, входящем в перечень ВАК, 1 патент на изобретение, 8 статей в сборниках материалов всероссийских и международных конференций.

Объем и структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и содержит 131 страниц основного текста, 45 рисунков и 2 таблицы. Список литературы включает 46 наименований.

Выводы по главе 4

1. Разработанные состав и структура АСУ ТП гидрорастяжения базируются на применении структурно-функционального подхода к их проектированию. Основой функционального анализа является применение САБЕ-средств, специализированного ПО ЕЯм>т. Основой структурного анализа является применение методов имитационного моделирования. В ходе разработки состава и структуры АСУ ТП показано, что функциональная модель системы полностью удовлетворяет функциональным требованиям, предъявляемым ОАО «Урал-машзавод» к ТП гидрорастяжения, а также, что состав и структура АСУ ТП приведены в соответствие с функциональной моделью системы. Нечеткий контроллер, входящий в состав АСУ ТП гидрорастяжения, образует замкнутую систему управления с отрицательной обратной связью. Показано, что данная конфигурация главного контроллера АСУ ТП гидрорастяжения является работоспособной и может быть применена на ОАО «Уралмашзавод».

2. Разработанная светодальномерная система бесконтактного измерения диаметра и формы кольцевой заготовки использует разностный метод измерения контролируемых параметров в разных сечениях по высоте заготовки в сочетании с применением лазерно-оптических приборов измерения, автоматической системой реконфигурации и управления измерительными приборами. Показано, что разработанная система бесконтактного измерения диаметра и формы кольцевых заготовок обладает устойчивостью к изменению положения кольцевой заготовки в пространстве во время процесса гидрорастяжения, а также гибкостью конфигураций использования измерительного оборудования и способностью в автоматическом режиме изменять конфигурацию и положение системы в пространстве во время процесса гидрорастяжения. Также показано, что система бесконтактно измерения диаметра и формы кольцевых заготовок работает как обособленный контур и не влияет на динамику работы остальной части АСУ ТП гидрорастяжения.

3. Разработанный алгоритм работы АСУ ТП позволяет управлять процессом гидрорастяжения в комбинированном режиме: ручном и автоматическом, что делает его универсальным инструментом для использования в ТП гидрорастяжения на ОАО «Уралмашзавод», и позволяет регулировать управляющие параметры на основании показаний датчиков и результатов функций контроля. Основой алгоритма является контроллер, реализующий принципы ситуационного управления с использованием метода нечеткой логики. Работа алгоритма АСУ ТП происходит по шагам. На каждом шаге деформирования определяется текущие состояние ТП и заготовки (геометрические и механические параметры) и формируются управляющие воздействия на основе экспертной базы знаний. Во время экспериментальных исследований было показано, что АСУ ТП, реализующая разработанный алгоритм работы системы, удовлетворяет технологическим требованиям, предъявляемым к системе управления, в полной мере реализует переход от ручного управления к автоматическому и обратно и осуществляет процесс управления в соответствии с требованиями обеспечения безопасности протекания ТП гидрорастяжения.

4. Для подтверждения работоспособности разработанной АСУ ТП гидрорастяжения, построенной на основе принципов ситуационного управления и метода нечеткой логики, на гидравлическом прессе усилием 300 МН в режиме ручного управления были использованы результаты имитационного моделирования работы системы в условиях возникновения различных ситуаций состояния процесса гидрорастяжения, а также проведено моделирование полного цикла процесса гидрорастяжения. Управление процессом гидрорастяжения осуществлялось регулированием скорости движения траверсы пресса Ут и величиной сверхвысокого давления во внутренней полости заготовки q. Показано, что разработанная АСУ ТП адекватно управляет процессом гидрорастяжения в различных производственных ситуациях, регулируя оба управляющих параметра, и обеспечивает требуемые цели управления по поддержанию искажения формы заготовки в допустимых технологических пределах (±3 мм и ±5 мм для разных типоразмеров заготовок) и достижению заданной степени упрочнения кольцевой заготовки 50-60%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработана математическая модель процесса гидрорастяжения крупногабаритных кольцевых заготовок, учитывающая влияние основных технологических параметров и сложность формы заготовки на ее точность и качество и позволяющая определить формоизменение заготовки и степень накопленной деформации в материальных точках по объему заготовки с большой точностью. Математическая модель позволила выявить значительную неоднородность (в пределах 20.30 %) распределения деформации по объему заготовки.

2. Разработана имитационная модель ТП гидрорастяжения, позволяющая впервые в заводской практике, осуществить проектирование ТП и прогнозирование механических свойств бандажных колец, основанное на впервые полученной экспериментальным путем зависимости механических свойств от величины степени деформации заготовки, а также ставшая основой для разработки концепции построения, моделирования и исследования АСУ ТП гидрорастяжения.

3. Разработана новая лазерно-оптическая система бесконтактного измерения внешнего диаметра и формы заготовки. Использование разностного метода измерений в различных сечениях по высоте заготовки позволяет идентифицировать форму заготовки вне зависимости от ее положения а пространстве. Система измерения работает как обособленный контур и не влияет на динамику работы основной части АСУ ТП гидрорастяжения.

4. Разработана концепция АСУ ТП гидрорастяжения, которая заключается в комплексной многорежимной и многоканальной автоматизации ТП гидрорастяжения, разработке многосвязной совокупности информационно-измерительных, управляющих и функционально-технических подсистем, и передачей управляющих функций от квалифицированного оператора ТП автоматике, организованной на основе современных информационных технологий, что способствовало в создании эффективной АСУ ТП гидрорастяжения, обладающей расширенными техническими возможностями по обеспечению ТП гидрорастяжения и вспомогательных технических операций. В рамках концепции АСУ ТП гидрорастяжения разработаны функциональная и структурная схемы АСУ ТП гидрорастяжения. Функционально-структурный подход к их проектированию базируется на применении САБЕ-средств (функциональный анализ) и методов имитационного моделирования (структурный анализ). Нечеткий контроллер, входящий в состав АСУ ТП образует замкнутую систему управления с отрицательной обратной связью.

5. Разработан алгоритм функционирования АСУ ТП гидрорастяжения кольцевых заготовок, который базируется на принципе ситуационного управления с использованием методов нечеткой логики обработки информационных потоков, позволяющий организовать управление процессом гидрорастяжения в условиях параметрических неопределенностей и обеспечить близкие к оптимальным в смысле технико-экономических критериев технологические режимы.

6. Практическое использование разработанной автоматизированной системы управления процессом гидрорастяжения бандажных колец позволит оптимизировать (стабилизировать) механические свойства и повысить надежность колец, сократит брак, улучшит условия труда и повысит безопасность обслуживающего персонала, повысит производительность процесса, из-за уменьшения времени ТП, связанное с вынужденными остановками для снятия размеров заготовки. От ОАО «Уралмашзавод» получен акт использования результатов диссертационной работы, представляющих большой практический интерес и, которые будут использованы при модернизации технологического комплекса.

1. Автоматизированное проектирование информационно-управляющих систем. Проектирование экспертных систем на основе системного моделирования / Г. Г. Куликова, А. В. Речкалова и др.; Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т. Уфа, 1999. - 223 с.

2. Вакалюк А. А. Автоматизированная система управления процессом гидрорастяжения крупногабаритных кольцевых заготовок / Наука, технологии, инновации: матер. Всерос. науч. конф. молодых ученых. Новосибирск: НГТУ, 2010. С. 250-251.

3. Вакалюк А. А., Готлиб Б. М. Система управления процессом гидрорастяжения на основе методов нечеткой логики / Вычислительная техника и информационные технологии: межвуз. науч. сб. Уфа: УГАТУ, 2011. С. 63-67.

4. Васильев В. И., Ильясов Б. Г. Интеллектуальные системы управления. Теория и практика: учебное пособие. М.: Радиотехника, 2009. - 392 е., ил.

5. Готлиб Б. М. Проектирование мехатронных систем. 4.1. Информационное обеспечение процесса проектирования мехатронных систем: курс лекций для студентов специальности «Мехатроника». Екатеринбург: УрГУПС, 2007.- 115 с.

6. Готлиб Б. М., Вакалюк А. А. Интеллектуальная система управления процессом гидрорастяжения / Мехатроника, автоматизация, управление: матер. 2-й Рос. мультикоф. по проблемам управления. СПб.: ГНЦ РФ «Электроприбор», 2008. С. 181-184.

7. Готлиб Б. М., Вакалюк А. А. Математическая модель процесса гидрорастяжения кольцевых заготовок большого диаметра / Краевые задачи и математическое моделирование: тематич. сб. науч. ст. Новокузнецк: КемГУ, 2010. Т. 1. С. 68-74.

8. Готлиб Б. М., Вакалюк А. А. Производство бандажных колец мощных турбогенераторов: технология и управление / Фундаментальныеисследования. 2011. № 12 (ч. 1). С. 96-101. Доступно в Интернет: шшш.гае.тЯз/?8ес1;юп=соп1еп1 &ор=з1юша111с1е&аг11с1е1ё=7981424.

9. П.Готлиб Б. М., Вакалюк А. А., Крещенко И.Н., Имитационная модель процесса гидрорастяжения кольцевых заготовок / Мехатроника, автоматизация, управление: матер. 3-й мультикоф. по проблемам управления. СПб.: ГНЦ РФ «Электроприбор», 2010. С. 140-143.

10. Готлиб Б. М., Добычин И. А., Баранчиков В. М. Адаптивное управление процессами обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1985, - 144 с.

11. Готлиб Б. М., Добычин И. А., Баранчиков В. М. Основы статистической теории обработки металлов давлением: методы решения технологических задач. -М.: Металлургия, 1980. 168 с.

12. Готлиб Б. М., Добычин И. А., Готлиб М. Б. Автоматизированные кузнечнопрессовые комплексы (опыт создания и эксплуатации). Екатеринбург: УрГУАПС, 1998, 647 с.

13. Готлиб Б. М., Тарасян В. С., Вакалюк А. А. Применение гибридных методов управления процессами изотермического / Механика и автоматика. Белосток: Белостокск. техн. ун-ет, 2008. № 4. С. 16-18. (Статья на англ. яз.).

14. Денисенко В. ПИД-регуляторы: принципы построения и модификации. Журнал «Современные технологии автоматизации», 2006. С. 66-74.

15. Егупов Н. Д., Пупков К. А. Методы классической и современной теории автоматического управления. Синтез регуляторов систем автоматического управления. В 5 тт. — 2. — МГТУ им. Баумана, 2004. — Т. 3. — 616 с.

16. Ильясов Б. Г., Кабальнов Ю. С., Мунасыпов Р. А., Мунасыпова Э. С. Алгоритмы самонастройки с использованием параметрической идентификации в БСНС с эталонной моделью: Межвуз. науч. сб. Уфа: УГАТУ, 1998. С. 239-254.

17. Ильясов Б. Г., Кабальнов Ю. С., Мунасыпов Р. А., Рутковский В. Ю. Оптимизация корректирующих устройств в контурах самонастройки адаптивных систем с моделью и на основе их линеаризованных эквивалентов // Автоматика и телемеханика, 1989. №7. С. 97-109.

18. Интеллектуальные системы автоматического управления / Под ред. И. М. Макарова, В. М. Лохина. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. 576 с.

19. Кабальнов Ю. С., Мунасыпов Р. А., Распопов Е. В. Синтез самонастраивающихся систем с эталонной моделью // Учебное пособие. Уфа: Изд. УАИ, 1991. 101 с.

20. Коу Б. Теория и проектирование цифровых систем управления / Пер. с англ. М.: Машиностроение, 1986. 448 с.

21. Красовский А. А., Шендрик В. С. Универсальные алгоритмы оптимального управления непрерывными процессами. М.: Наука, 1977. 272 с.

22. Круглов В. В., Борисов В. В. Искусственные нейронные сети. Теория и практика. М.: Горячая линия Телеком, 2001. - 382 с.

23. Метод статистических испытаний / Н.П. Бусленко, Д. И. Голенко, И. М. Соболь и др. М.: Физматгиз, 1962. - 576 с.

24. Пресс 30000 тс. Система управления гидрорастяжением. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. 22204.04.500 ТО 2. Свердловск, НИИтяжмаш ПО «Уралмаш», 1982. - 42 с.

25. Пухов В. В. Приближенные методы математического моделирования, основанные на применении дифференциальных Т-преобразований Киев: Наук, думка. 1988. 316 с.

26. Разработка системы управления процессом гидрорастяжения бандажных колец на прессе усилием 30000 тс и промышленное опробование технологии на прессе 9000 тс. Заключительный этап (отчет). Тема 27.22.3274. М., 1984.-24 с.

27. Рутковский Л. Методы и технологии искусственного интеллекта / Пер. с польск. И. Д. Рудинского. М.: Горячая линия - Телеком, 2010. - 520 е., ил.

28. Современная прикладная теория управления: Оптимизационный подход в теории управления / Под ред. А. А. Колесникова. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2000. Ч. 1.400 с.

29. Соколов H. И., Рутковский В. 10., Судзиловский Н. Б. Адаптивные системы автоматического управления летательными аппаратами. М.: Машиностроение, 1988. 208 с.

30. Структурный анализ систем: IDEF-технологии / С. В. Черемных, И. О. Семенов, В. С. Ручкин. М.: Финансы и статистика, 2001. - 208 е.: ил.- (Прикладные информационные технологии).

31. Терехов В. А., Тюкин И. Ю. Эволюция и проблемы теории адаптивных систем управления. Часть 1. Журнал «Мехатроника, Автоматизация, Управление» МАУ, №6, 2003. С. 9-18.

32. Теряев Е. Д., Шамриков Б. М. Цифровые системы и поэтапное адаптивное управление. М.: Наука. 1999. 330 с.

33. Усков А. А., Кузьмин А. В. Интеллектуальные технологии управления. Искусственные нейронные сети и нечеткая логика. М.: Горячая линия -Телеком, 2004. 143 с.

34. Установка усилием 30000 тс для гидрорастяжения кольцевых заготовок. Устройство для контроля наружного диаметра и формы кольцевой заготовки. Технические требования. / В. Г. Победов, П. И. Лешерн.- Свердловск, НИИтяжмаш ПО «Уралмаш», 1983. 9 с.

35. Фрадков A. JI. Адаптивное управление в сложных системах: беспоисковые методы. М.: Наука, 1990. 286 с.

36. Штовба С. Д. Введение в теорию нечетких множеств и нечеткую логику. Сеть Интернет, адрес:http ://matlab.exponenta.ru/ fuzzy logic/bookl /1751 .php

37. Artificial Neural Networks. Сеть Интернет, адрес: http://www.irt.rwth-aachen.de/en/research/methods/identifikation-dynamischer-systeme/knn/?cHash=aa67e02eb9&type=99.

38. Narendra, К.S. Neural Networks for Control. Theory and Practice // Proceeding of the IEEE. 1996. -Vol. 84.-No. 10.-P. 1385-1405.

39. Narendra, K.S. Parthasarathy, R. Identification and Control of Dynamic Systems Using Neural Netwoks // IEEE Trans, on Neural Networks. 1990. - Vol. 1. -No. 1.-P.4-27.