автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Исследование и синтез системы компьютерной поддержки разработки технологии нанесения коррозионностойких ионно-плазменных покрытий

На правах рукописи

НАСЫРОВ ШАБХАТ ГАЛИЕБИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ И СИНТЕЗ СИСТЕМЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ ПОДДЕРЖКИ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИИ НАНЕСЕНИЯ КОРРОЗИОННОСТОЙКИХ ИСКНО-ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ

Специальность 05.13.07 - Автоматизация технологических процессов и производств

.АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК

Оренбург 1997

Работа выполнена на кафедре "Автоматики и автоматизированных производств" Оренбургского государственного университета

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ведущее предприятие: АО "ТВДИАГНОСТЙКА" РАО "ГАЗПРОМ".

Защита диссертации состоится ". .." .........1997 г. в ...ч.

на заседании диссертационного совета К 064.64.01 Оренбургского государственного университета.

Отзывы (в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения) просим направлять по адресу: 460018, г. Оренбург, пр.Победы,13.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Оренбургского государственного университета

АБДРАШИТОВ Pav.se с Талгатович

Еогодухов Станислав Иванович, кандидат технических наук Лопухин Александр Михайлович

Автореферат

Ученый секретарь диссертационного совета К 054.64.01 к.т.н., доцент

Ю.Р.Влапов

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Большинство аварийных ситуаций "в нефтегазовой промышленности связано с сероводородной коррозией. По данным ВНИ-ИСПТнефти, сроки службы оборудования в сероводородсодержащих средах (СВСС) от 5 месяцев до 4-х лет. Использование вакуумной ион-но-плазменной технологии (НЕП) для зашдты от коррозии является одним из новейших методов, существенно повивающих надежность оборудования. Однако разработка технологии нанесения коррозионнос-тойких ионно-плазменных покрытий(КС ИПП) требует принятия решений с учетом фактов в узкоспециальных научных областях: высокоэнергетическое воздействие низкотемпературной плазмы на материалы, формирование пленочных металлических покрытий из особочисгых металлов, коррозионные процессы и др. Недостаточность, противоречивость знаний о закономерностях коррозионного поведения ИПП в СВСС, влиянии различных консгрукторско-технологических факторов (металла, структуры и состава покрытия,технологических режимов) на защитные свойства., заставляет проводить полный цикл дорогостоящих лабораторных и натурных испытаний для обеспечения надежности и гарантируемой стойкости новых вариантов покрытий.

Кардинальным направлением, позволяющим повысить эффективность КС ИПП, является автоматизация процессов поиска закономерности формирования требуемых свойств покрытий. В работе выскааана гипотеза о том, что закономерности, выявленные статистической обработкой обобщенных результатов исследований, автоматизация поиска решения с помощью современных информационных технологий(экспертных систем) позволят сократить затраты материальных и трудовых ресурсов при разработке новых вариантов многослойных КПП. Имеющийся опыт решения задач такой сложности в смежных отраслях, подтверждает перспективность выбранного направления.

Поэтому проблемы управления качеством, автоматизации процессов адаптации конструкций ИПП к условиям эксплуатации актуальна.

Представленная работа является частью общего научного направления исследований Оренбургского университета.выполнена б рамках научно-технических программ N50.24"Технологии,машины и производства будущего"(1990-1996), Государственный заказчик: Миннауки России;"Компьютерные интегрированные производственные систе-мк'ЧПриказ Гособрааования СССР N 549 от 23.05.90) и региональной программы научных исследований ло Оренбургской области.

Цель работы: исследование закономерностей формирования коррозионной стойкости деталей с ионно-плазменными покрытиями в се-роводородсодержащих средах и автоматизация процессов поиска конс-трукторско-технологических решений с помощью экспертных систем.

Для постижения этой цеди необходимо решить следующие задачи:

1.Исследовать возмсжюсть и эффективность выявления знаний о закономерностях коррозионного поведения ионно-плазменных покрытий

2.Разработать метод создания и использования экспертных систем для прогнозирования КС ИПП в СВСС на основе анализа, в том числе статистического, экспериментальной информации, для этого:

-выявить закономерности и степень елияния конструкгорско-технологических переменных на поведение образцов с ИПП в СВСС, различными методами исследований и оценить их эффективность для разработки правил баэ знаний экспертных систем(БЗ ЭС),

-разработать экспериментальный вариант экспертной системы (ЭС) для оценки эффективности прогнозирования КС ИПП в СВСС.

3.Обосновать структуру автоматизированного комплекса для решения задач управления качеством деталей с ИПП,. эксплуатируемых : высокоагрессивных СВСС.

Научная ноЕизна заключается:

1.В разработке концепции решения задач управления качеством деталей с ионно-плазменными покрытиями с помощью ЭС и использовании продукционных ЭС, для прогнозирования КС ИПП в СВСС.

2.В компьютеризации процессов создания технологий КС ИПП и разработке основ системного решения проблей с помощью автоматизированного комплекса.

3.В разработке методики оценки состояния покрытия по степени коррозионного повреждения(СКЮ: легкой, средней и тяжелой, отличающихся фрактографической картиной повреждений и интервалами СК. Использование процентного соотношения СКП для ранжирования различных выборок экспериментов.

Основные положения, выносимые на аадщту.

-метод разработки продукционных ЭС для коррозионных исследований, основанный на использовании результатов комплексного анализа экспериментальной информации;

-методика оценки эффективности и качества КС ИПП в СВСС по процентному соотношению количества деталей с различной СКП:

-результаты статистического(включая многофакторный и регрессионный') анализа экспериментальных данных о поведении ИПП в СВСС,

-ранжирование конструкторско-технологических факторов по степени влияния на потребительские свойства изделий;

-метод решения проблем разработки и совершенствования КС ИПП для конкретных условий эксплуатации с помощью автоматизированного комплекса.

Практическая ценность результатов работы.

Совокупность результатов исследования является информационно-алгоритмической базой для создания интегрированных научно-производственных комплексов, реализующих идеологию САБ-САМ, позволя-

ющих существенно сократить время освоения элианных технологий и целенаправленно совершенствовать качество продукции.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на заседании кафедр: "Автоматики и автоматизированных производств","Технология машиностроения" Оренбургского государственного университета. Основные положения работы представлялись на межотраслевых и отраслевых научно-практических, научно-технических,научно-методических конференциях: "Сокращение ручного труда на основе повышения эффективности использования режущего, штампового инструмента, деталей машин и оборудования"(0ренбург,1986); "Повышение надежности и долговечности машин на основе новых методов термической и химико-термической обработки"(Хмельницкий,1988);"Повышение эффективности технологических процессов машиностроительных производств" (Барнаул, 1989) ; "Пути повышения эффективности использования оборудования с ЧТУ"(Оренбург,1989);"Инструментальное обеспечение автоматизированных систем механообработки" (Иркутск,1990) ^'Повышение износостойкости инструмента и деталей машин путем нанесения упрочняющих и антикоррозионных покрытий"(Оренбург,1991);"Состояние и перспективы развития Уральского региона"(Оренбург, 1992);"Проблемы создания и эксплуатации технологического оборудования к ГПС"(Хабаровск,1992)¡"Экологически чистая вакуумная технология - процессы, оборудование, свойства, методы контроля,области применения"(МоскваД993);"Концепция развития и технологии ремонта транспортных средств"(Оренбург,1993); "РК ученых Урала и Поволжья, посвященной 250-летию Оренбургской губернии и 60-легию образования Оренбургской области"(0ренбург,1994);"Наука и учебный процесс" (Оренбург,1994);. "Концепции развития и высокие технологии производства и ремонта транспортных средств в условиях постиндустриальной зкономики"(0рен5ург,1997).

Результаты исследований представлялись на ВДНХ СССР (Свидетельство участника N23588,постановление от 4.12.85r.N993-H);, на Всероссийской Еыставке "Машиностроительная технология-87"(прис-тендовый информационный листок 3-181. Уфа 1987г); на областном конкурсе научных работ им.Н.Е.Жуковского(2 место - 1993г), на областном конкурсе научных работ им.И.И.Мечникова (3 место -1994г).

Публикации.Результаты исследований отражены в 30 публикациях.

Объем и структура работы.Работа изложена на 159 страницах машинописного текста; содержит 39 рисунков, 25 таблиц, список использованных источников, включающий 135 наименований и 8 приложений, занимающих 59 страниц. Обпум объем работы 218 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе "Автоматизация технологических процессов создания коррозионностойких ИПП" проведен обзор работ,представляющих различные аспекты технологии нанесения покрытий,особенности формирования их качества и автоматизированный поиск конструкторс-ко-технологических решений.

Анализ исследуемой области знаний показал, что наиболее полно изучены теоретические вопросы технологии нанесения ИПП,их свойства,состояние покрытий и поверхности подлохки,дефекты. Эти проблемы освещаются в работах Адамсона А.Бабад-Захряпина А. А,Барвинка В. А,,Верещали A.C. , Данилина E.G. , Ильичева JLЛ., Ройха И.Л. и многих других. Коррозионная стойкость сталей рассматривается в работах Карпенко Г.В,Колотыркина В.И,Кушнаренко В.М.,Саа-киян Л. С. и других. Однако специалисты признают, что механизм коррозионного процесса в СВСС изучен еще недостаточно.

Обзор не выявил исследований, всесторонне рассматривающих поведения ИШ в СВСС. Не известны методы и принципы выбора, оценки эффективности способа нанесения покрытия для защиты от корро-

вии, не решены вопросы выбора материала одно- и многослойных покрытий, не разработаны принципы создания многослойных покрытий и автоматизации разработки конструкторски-технологических вариантов, способы оптимизации параметров для обеспечения требуемого уровня качества. Выявлено, что результаты ранее проведенных коррозионных исследований практически не используются для совершенствования КС ЖШ.

Анализ методов и систем автоматизации поддержки решений показал, что традиционные методы не приемлемы из-за неопределенности пространства возможных решений. Вместе с тем, прогресс достигнутый Э.Кьюсиаком, Д-Смитом, Б.Р.Гейнсом, Е.Л.Фишером и другими в использование ЭС в современных интегрированных производствах позволяет говорить о перспективности решения названных проблем с помощью новых информационных технологий. Работы Э.В.Попова,В.А.Ти-монина,К.А.Степанова,В.И.Аверченкова, опыт применения в различных отраслях позволяет оценить использование ЭС для автоматизации процессов создания КС ИЛИ как перспективное. Но ряд нерешенных проблем усложняет использование ЭС: не определены методы выявления фактов в сводных экспериментальных данных и методы формирования ЕЗ ЭС; не формализованы принципы разработки 33 и самой ЭС.

Далее сформулирована цель и задачи работы.

Во второй главе рассмотрены "теоретические предпосылки организации поиска конструкторско-технологических решений и прогнозирования КС с помощью ЭС".Введение ЭС в качестве системы поддержи решений при автоматизации управления, организует обратную связь оптимизирующую ГП на основании получаемых результатов(рисунок 1) При формировании функции автоматизированного проектирования Ю ЖШ, на модели процесса У = <Р1 (и.ГЛ), подразумевается определе ние оптимального вектора управления и « «р^ (у,у,Г,1), при обеспе

if iN

процесс i Y нанесения КС иш

i-г

Лу"

I ли

-Ф-н

J£_il

процесс нанесения КС ИШ

У -вектор ЕъгеодаСкачесгвенные характеристики); и-векгор управления конструкторско-технологическими параметрами и условиями эксплуатации; г-вектор внешних воздействующих условий;И-помехи. Рисунок 1

чении Max(min) функций - y,y,f.U; при заданных системных ограничениях и допустимой области изменения переменных, Я т.е. уСГЙу; ПСЯи; fCS2f.

При этом оптимизация в технологической практике сводится к одному из трех возможных вариантов(рисунок 2).

1.Поиск решения у вершины холма. зона1- (поиск экстремума).

2.Вариант 2-градлентный, поиск на склоне экстремального холма(зона 2).Определяется направление движения к экстремуму, т.е. гради^ eHT:dy/dt, нахождение очередного шага при изменении переменных.

3. Вариант 3 - нахождение условий достижения заданного уровня значения Решение неравенства

X у = ф iu.f) < у .

Рисунок 2

Решение этих задач обеспечивает потребности оптимизации процессов технологической подготовки производства ИПП.

Вместе с тем, преимущество ЭС, заключающееся в необходимости меньшего набора модельных представлений, чем традиционные СУБД, упрощает формирование информационной базы. - Это следует из представлений о системе S, включающей множество компонентов Е, с набором свойств Р. находящихся в определенных отношениях R, проявляющихся во времени- Т:

S : i Е. Р, R. Т >.

В которой объект ?vl можо предсгаЕигь Б виде двух множеств -

и

непустого множества В и отношений Г, определенных на множестве В:

М: { В, 7 >.

Таким образом в модели системы множество Б включает множества Е,Р,Т, а множество Р - отношения К на множестве Е,Р,Т и на отношении между ларами элементов ЕР, ЕТ, РТ:, т.е.:

В: < Е, Р, Т >

РМКСЕ),й(Р),1г(Т),Н(ЕР),К(ЕГ),ЩРТ»

Системы проектирования с СУБД ислользуют все множества отношений К. Пропуск или неиспользование некоторых является мерой неполноценности системы проектирования. А продукционные экспертные системы используют только отношения 1?(РТ) ,1?(ЕТ), задаваемые выс-казывательными функциями вида: "ЕСЛИ-ТО". Кроме того, использование ЭС решает проблему интеграции данных,т.к.не требует процедур вычденения"областей наложения"при их объединении.

Отношения 1?(РТ) ,ЖЕТ) выявляются при освоении системы научно -производственных, знаний, формирующихся,в первую очередь, на экспериментальных данных. Известно,что данные накапливается в темпе, опережающем способность их ассимилировать и использовать. Они "складируются" впрок, порождая огромные архивы и сложнейшие проблемы хранения, переработки,поиска и использования всего того, что удалось "узнать".При этом нельзя сказать заранее,что важно, а что второстепенно.Поэтому остается "валить все в кучу",а затем изыскивать какие-то систематические методы поиска "жемчужного зерна". Из этих стохастических данных,"порой недостоверных, путем анализа выявляется новая информация, позволяющая определить погрешности исходных данных и пути улучшения деятельности".Такой подход "резко усложняет задачу, зато иногда сулит замечательные находки".

В последние годы резко возрос интерес исследователей к таким МсТОДом йССЛбдОБЗНйй иЗЗ ДЗНКЬ'л. £В-ТирЫ ДЗд"Т раЗлИчКЫё

названия: "обнаружение знаний" в ВД или хранилище знаний, "интеллектуальный анализ данных'ЧИАД) и др.Анализ показывавт.что несмотря на новые термины, методы исследований не являются принципиально новыми. Просто возможности современных средств ВТ делают их эффективным и доступным средством решения проблемы автоматизированного поиска неизвестных закономерностей в БД и использования добытых знаний в процессе принятия решений. Предполагается, что автоматизированная переработка больших массивов данных может выявить скрытые правила и закономерности неочевидные, неизвлекаемые из малых массивов данных.

Разрабатываемые методы и алгоритмы ИАД, весьма разнообразны: индукция, поиск ассоциаций(выявление корреляции явлений); кластеризация (сегментация данных);нейронные сети и генетические формы - иммитирующие мыслительные и эволюционные процессы,предполагают использование аппарата современной математической статистики(МС).

МС используется в прямом назначении: сократить количество данных и при этом не потерять слииком много"лолегдай информации", потенциально в них заложенной. Осуществляется МС с помощью двух взаимно дополняющих принципов .-выборочного метода и свертки информации. Первый -декларирует отказ от "всей совокупности данных" в пользу специально организованной части - выборки, а второй заменяет всю выборку несколькими числами - характеристиками.например, среднее арифметическое и дисперсия или уравнение регрессии.

Вместе с тем,специалистам "анализ данных... рисуется в виде "слоеного пирога".в котором "кор.тси" формальных операций обильно прослоены "кремом" неформальных процедур принятия решений".Эти доводы подталкивают к разумному сочетанию ф/нкций автоматизированного поиска решений с помощью ЗС и. достаточно широко исполь-ауемых для решения различных задач, методов анализа(таблица 1).

- u •

taíiiaa 1 Cicieu задач i peieiu аоцчаеиев leTW« iiTtnatifecci «ансшк

O6o6ie«aie ctatactnscus задам

ItToiu «ateiatnectrt cuticms

tieacii IWiiian Звачкваа

ttriupaiu iî'j-гшрви tiAiii

P«rj*c«mni

I 8 J I 5 licieKKtiii 4агтеей

¡til!«.,

l.Uiitue шш, mapaEieeii,ÍBTÍÍ amm csisel

2.?ашр<маае i uittrtiuiu HltíPOI icciem Ш lliclli 3.1зг«а«е aiaiat« wciol »op« «í-

3£'i

(isíBieiíí ¿наша поизаше!

5.tsan3 крипт-m icie&eii ao-

USÜCKi

6.1а«а)шш i

paaupoijsí-: tóv {[tos

l.líneiie [äiifpiä-cti шеи!

!. tsü/eue aiiíoiee Щсцашш Сб-ша?«е1

9,1зце««е BBjtpe«-ве4 ctpJ"!M си-sei

Ю.Сраавеш CTPU-:i?ï c»3ei i Hï eui гош;агосш

11151(815 10-шестаеавш эвеяи canel

la oaate m-шеспеаш ijuot canel

Оцша шчк cri мпчепвев in! «sesoc en sei i BiüMi

ÎBiiietn. sta-IKll M'öpsi

tmieiie it-рвода loieto-ï!i ВВШШ ajictoipeiiäii

Пшик «esaiicum (к-iiauKiisiBia lanattposi

UlU'iit wtiitiic uio

in йиояв icuejue»«« резщгагашге cutiu

Il OCIÍBÍ W«so[ aap-iiii ciisel

Сраваеаве et-

raeaor CBI3I

tiuicsie tc-191ш ш11ш

csiKt

tHSÍHIC «pu TJW Ш1В1

terni

taitieate rpjas cioim 0618CTOS

Wop criectiesio uuiiu щторвв

Oaera тнаомв

аврокканв

агекдаои

tiUîKcie rpraa

tlSIIÏI oiwms

Otetu 3Sà4iaiC

fi usttuum

1ВТ«0РРШШ

iilidll! СЫЧ

it çieocjBaûCîî №äsateiel

Пиешк шест ttiao tisüMirui ГЯ11 t tí'!3!tí atcti UtlíIUS lueieiit hisisi гни e iccita ei«i гашиш ti «íwitci

Íaísieeií cgn-

íenieaiti <¡se-101 uuüii №

IOWB SI Píí-T

¡anime rwa-s'i íasi(HS,«5-peisiiïset ic-c«ue«iS pís-i 1«CT(MIU í?at 1«(IÍ C!I!I

l«ap«5is грав

a«ii регресс« so Фшвд греки

Овека зга«а-н«| иши шеспепн ♦ачмзв

temme m «m ta«n-

isjski цн«-Ю6

fUîlsiorii gii-J nu (pfisi fai-T&pos I

Cpuntuirt asa из кгр?«»за«1 «sjeiti s V-'-iai ttentîm',-tsi

Eiiiiene НШИ-»«Il.tlClvt cn-|

soi e au Kaiiit! •i i rinTitrac-' ii>i lapistipaii I limit rfjai io-lasaTtiel iirai<-tju «шпаге a;-;eti: ibíüí!

JääilteSf. I

ee^BicshSi (ÍWt.t ÎiCTSpOi

Сраи^; «sm:.

a I

Jv

н: iiarau asa-pisi;;; ¡,к-

«гласи» «j¿c;I

«CEäyj í ii^iß": е-CCEaííü:

Шш MiJl-Iti Sí.Bleí-

sai rpj33

Eíiiuüf ш яти lav.a-geaiii íjcto pe в

1лс«}гиб<1 г HsXtPOUIK «6-,-6И«! «a itî»is-

a-jta wisii'S

S«îU£ïie

eisi totisaKKi

1СШ1С1Ш «I«(t-

Tts isatüi I Соенаше islop-

I35II « везшев-|

est ataeitai lïie-Eia в 1 eCoSiasMi аоизатеа

laopnean« <з>;ш-С»!вги tiesa i iituirtïi ;a:¡ii; aessiíi |w»äi ï»

jsei в и' «ewe«

В третьей главе "Разработка метода создания ЭС для прогнозирования КС ИЛИ" производилась в трех направлениях: принципы формирования информационной базы КС металлов с ИПП; алгоритмы выявления закономерностей, обеспечивающих качество КС ИПП в СВСС; разработка ЭС для прогнозирования КС.

При формировании информационной базы использованы данные о коррозионном поведении образцов с различными ИПП, разработанные автором. Испытания проводились в специализированных лабораториях ЦКБН ВНИИлИММАШа(Подольск), ВОЛГОУРАЛНЖМгаза(Оренбург) и Оренбургского университета в стандартизированной сероводородсодержа-щей среде NACE з соответствии с рекомендациями Р54-275-89 "Определение защитной способности металлических покрытий". Исследовались общая коррозия и коррозионно-механические свойства при постоянной нагрузке и постоянной деформации образца. Покрытия наносились на стальные образцу 3-х типов: полоски, диски и цилиндры (материал-сг20,ст40х,сг45.стЗОХМА) в виде чистых металлов(ти-тан,алюминий,молибден,хром) или их соединений с азотом. Определялись защитные свойства одно- и многослойных покрытий различной толщины, нанесенных при различной температуре подложки.Всего проведено более 300 коррозионных экспериментов,что обеспечило представительность испытаний в СВСС.Данные включены в таблицу экспериментов и БД,структура которых зключает все регистрируемые условия технологии нанесения и проведения испытаний(рисунок 3).

Кроме результатов собственных исследований, в информационную базу включены знания по различным аспектам нанесения покрытий и коррозии металлов в СВСС, на основе опубликованных данных в работах Алисова В.Е..Ильичева Л.Л. .Кушнаренко В.М..Макарова А.Р.и др.

Методологической основой 2-го направления является теория вероятности и статистика. Сисг^мз лрос?ыл(с одним условием) upa-

Таблица экспериментальных данных

Эксперимент Код и значения переменных ,харак-щие условия и рез-т

N Шифр 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 d к

1 СГ20-1Й 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 110 39 1.2414

2 стго-е 1 0 3 0 9 0 0 0 С 1 0 10 11 16 0.9477

Я ст20-13 1 4 0 0 1 0 2 0 0 0 0 114 0 24 0.7418

4 э-123 1 0 5 0 1 0 0 4 0 1 б 10 6 1 500 0.7179

П р -21? 1 0 3 7 1 0 0 0 Ь а 6 i i i Ó 1000 О', 6372

1-форма образца,2-материал подлолски,3-очистка в тлеющем разряде, 4-активизация поверхности ионной бомбардировкой,Б-вид покрытия. 6-11 -материал слоя покрытия (Ti ,Сг, Ato... TiN,CrN,MoN...) .12-16--продолмт. нанесения слоев,мин(5,10,15,20,30,45.60,90,120), 17 -общая продолжительность,18 - температура нанесения покрытия, 19(d)- прсдоллмт.коррозионных испытаний,20(к)-скорость коррозии.

Рисунок 3 - Структура матрицы экспериментальных данных

вил формировалась на статистических данных: математическом ожидании, граничных значениях, коэффициентах вариации, стандартных отклонениях и ошибках, графиках законов распределения и однофак-торном дисперсионном анализе. Сложные(многоуровневые) правила разрабатывались по результатам факторного анализа методом главных компонент(МГК) и регрессионного анализа(РА) выборок.

Для исключения незначимых факторов из математической модели (ММ) проведен РА в пространстве главных компонент(ПГК).

Опытным путем при помощи различных процедур стандартных ППП языка Фортран, (а также пакетов STADIA,STATGRAPHICS,STATISTICA), определена структура программного комплекса(ПК)"АНИС".Управляющая программа(интерфейс пользователя) включает:подпрограммы,организующих технологию решения статистических задач(подготовка исходных данных), формирующих БД (запись, редактирование, сохранение) •, сортирующую БД по заданным признакам и их обработку различными процедурами статистического анализа и специальными процедурами(расчет коэффициента достоверности); оформление(синтез) правил.

В третьем направлении определена структура процедур, обеспе-швающих создание ЭС для прогнозирования КС ИПЩрисунок 4).

Рисунок 4 Последовательность этапов разработки ЭС

В четвертой главе"Методы выявления знаний и разработка на их юнове ЭС повышения эффективности КС ИЛИ в СВСС" рассмотрены вол-юсы: выявления связей,ранжирования,исследования динамики,изучения 1нутренней структуры связей и структуры связей в разных совокупностях. Для решения использованы методы фрактографии поверхности |браацов и статистические процедуры выявления корреляционной свя-1И, факторного и регрессионного анализа. -

Фрактография выявила основные причины коррозии в СВСС-дефек-ы в структуре металла и покрытии. Поры в покрытиях, как правило, .вляются продолжением пор в основном металле. Поры концентрируют-:я на вершинах микронеровносгей и углах образцов."Капельная фаза" другая причина появления пор при коррозии. Укол, царапина, покрытия приводит к появлению системы или цепочки пор. Коррозия при-

водит к истончению покрытия, появлению сетки трещин, расслоению. Коррозия Ш7П в "жесткой" сераводародсодер/кащей среде ПАСЕ, протекает в 3 стадии: в первые 24...100 часов - коррозия слоев покрытия, 100...1000 часоЕ - в основном, коррозия покрытия и незначительно - подложки, после 1000 часов- металла покрытия и подложки.

На основании этого образцы классифицированы по степени коррозионного повреждения(СЖШ на 3 группы: легкой, средней и тяжелой СКП. Определены значение СКП(таблица 2). Классификация позволяет ранжировать выборки данных путем сравнения процентных соотношений количества деталей с различной СКП.

Таблица 2 Фракгографические характеристики СКП в СВСС

Степень коррозии Основные фрактографические изменения Ск.коррозии мм/год

Легкая степень 1.Плотный поверхностный слой,толщина 0.005 -0.05мм,золотисто-коричневый цвет. 2.В металле-раковины,неметаллические включения, дефекты четкий и плотный рельеф с разделением зерна и мелких пор.Трещины.■ 3.Пластичная, столбчатая,рыхлая структура. 0.05-0.20

Средняя степень 1.Пористая губчатая поверхность.Расслоение покрытий. Концентрация пор по углам.Чешуйчатое отслоение покрытия.Битткнг.коррозш 2.Твердые прослойки б П, Подложка хрупкая Толщина сл.-0.03мм.Полость под П-0.014мм 3.Повреждение структуры от поверхности вглубь.Щепочки дефектов,трещин,порО.001м» капельная фаза и кратеры после'них 4.Чешуйчатое расслоение покрытия и металла 0.20-0.6

Тяжелая степень 1.Слоистое покрытие резко исгончено.поры. глубокие повреждения основного металла. 2.Точечные механическое воздействие - укол приводит к появлению системы пор.Осыпание и скалывание покрытия.Капельная фаза на и в слоях покрытия. Кратеры на месте капель. Коррозионное растрескивание. 3.Механическое разрушение образца. 0.6 - 1.6

Эти факты определяют задачи и принципы решения технологических проблем нанесения ИЛИ:снижение дефектности подложки и покрытия, устранение переходов(ступенек.пазов,острых углов).обеспечение

толщины покрытия не меньше Юмкм, уменьшение капельной фазы: устранение абразивных повреждений.В БЗ ЭС введены узлы,обрабатывающие сформирование на этих фактах правила.

Статистический анализ(таблица 3) показал - очистка в тлеющем разряде и ионная бомбардировка, по сравнению с образцами без очистки, снижает СК в 1.6 раза. Значения средней СК для Ti.TIN -0.257+0.19,для хрома - 0.207±0.17. алюминиевых и молибденовых покрытий - 0.6±0.2 мм/год; минимальная СК для ИЛИ, близкая к достижимому, эталонному значению - 0.009 мм/год. Защитные способности покрытий повышаются с увеличением легирозанности подложки. Факты использованы в правилах, определяющих защитную способность, область использования покрытий и влияние материала, температуры.

Таблица 3 Статистические показатели скорости коррозии ИПП в СВСС

Наименование Скорость коррозии(ммУгод) Показатели

переменного rVUdliip. ьтандартное

фактора min шах Средняя Медиана вариац огклон. ошибка

Все зкспэрим 0 009 2.601 0.407 0.274 0.133 0.366 0 023

образцы б/л 0 329 1.540 0. 905 0.885 0.107 0.327 0 055

- //- с ИПП 0 009 0. S30 0.265 0.200 0.040 0.202 0 015

очистка обр:

в тл.разряде 0 350 о.еоо 0.557 0.530 0.023 0.152 0 057

ионной бомб. 0 126 1.37? 0. 530 0.401 0.132 0.363 0 077

Титановые П 0 009 0.864 0.257 0. 195 0.037 0.193 0 015

в том числе:

Материал обр:

сталь 20 0 021 0.864 0.269 0.185 0.048 0.219 0 025

сталь 40Х 0 059 0.754 0.273 0.245 0.031 0.177 0 024

сталь 45 0 009 0.725 0.233 0.176 0.050 0.224 0 070

Температ(°С)

400 0 284 0.540 0.393 0.387 0.007 0.085 0 020

500 0 021 0.864 0.245 0.180 0.040 0.200 0 017

600 0 052 0.089 0.075 0.076 0.003 0.019 0 013

700 0 009 0.329 0.181 0.191 0.010 0.102 0 041

Хромовые Л 0 029 0.593 0.207 0.174 0.030 0.173 0 043

Алюминиевые 0 419 0.864 0.635 0.624 0.041 0.204 0. 083

Молибденовые о 421 0.330 0.625 0.630 0.070 0.265 0 132

Многофактор.чым анализом методом главных компонент(МФА XiTK) сгруппированы переменные и выявлено.что конструкционные факторы,

характеризующие материал и толщину слоев,коррелируют между собой, факторные нагрузки(ФН)-от 0.78 до 0.95; технологические параметры - температура подложки и продолжительность корозионного испытания оказывают почти такое же влияние на СК(ФН-0.72 и 0.71).

Регрессионные зависимости, полученные при анализе выборок данных(а), использованы для выявления динамики коррозионного поведения ИГЩ. Структура переменных в факторных объединениях в пространстве главных компонент(б), использована в качестве системы узлов ЕЗ ЗС.

VTi = -3.028 +0Л201*Х1-0. 258*х2+0.104*х2?-0.011*й23-0.009*хл +0.005*Х4Л -0.0004*84 -0.01б*Х7 -0.004*X7fc +0.002*Х;Г -0.168*хв ±0.059*Xq'" -0.005*хд -OJDOIaxq -0.G02*xg'- (а) +0.0009*xg^ +0.01*Хю -0.0002*xicT +0.000001*xioJ +0.003*Х13Л -0.023*xi6 -0.0002*хгд

Вклад факторов: форма образца(1) -1.181; материал: образца(£) -0.154; 1го слоя(4) -0.185; 4-гоС7) -0.559; 5го(8) -0.148. 6го(9) -0.39: толщина: общая(Ю) - 0.452, Зго сдоя(13) - 0.209, Бго сл(1б)-0.463; продолжительности корроз.испытаний(19)-0.307.

УПГК=0.218 +0.107pi +Q.002pi?- ±0.061р2 -0.014р2г„-0.041р22

+0.081Р4+0.112р4"-0.025Р4 +0.0939рб-0.078рб':+0.004РбЭ (б)

Значимы»!и(вклад-1.145;0.186:0.552:0. 444) являются 1,2,4-й и 6-й факторы. Графики их парного влияния на СК,рисунок 5.

Рисунок 5 Графики влияния основных параметров на СК

В пятой главе "Автоматизированный комплекс разработки и совершенствования 'КС ИНГ приведена схема поиска конструкторс-

4 X 1 и 4

1 и 6

1 и 2

ко-технологических вариантов КПП. удовлетворяющих требованиям исследователя(рисунок 6), реализованная в экспериментальном программном комплексе(ПК) "АНИС".

Рисунок 6 Схема поиска перспективных вариантов ИШ

Рисунок 7 Функциональная структура производственного автоматизированного лабораторно-исследовательского комплекса

На рисунке 7 представлена функциональная структура комплекса, позволяющего интенсифицировать поиск адаптированной к заданным условиям эксплуатации конструкции КС ИШ. Б комплексе используется объединеная информационная база различных опытно-экспериментальных служб нефтегазо-химического предприятия.

В завершающей части главы приведена оценка эффективности коррозионных исследований при автоматизации процессов совершенствования покрытий с использованием предложенного метода.

ВЫВОДЫ

1.Эффективным направлением автоматизации процессов технологического формирования качественных параметров коррозионностойких ИШ является использование программных комплексов с прикладными продукционными ЭС, позволяющими выявлять закономерности их коррозионного поведения и определять перспективные конструкторско-технологические решения.

2.Закономерности и факты, полученные при анализе стохастических экспериментальных данных, обеспечивают разработку системы одно- и многоуровневых правил БЗ ЭС. Одноуровневые правили разработаны на основе статистических характеристик выборок данных, а многоуровневые - в результате их многофакторного анализа методом главных компонент и корреляционным зависимостям.

3.Детали с ШШ по степени коррозионного повреждения в -СВСС классифицируются на 3 группы: легкую СКП - скорость коррозии до 0.2; среднюю -0.2... 0.6 и тяжелую -выше 0.6 мм/год.

4.Комплекс математических моделей отражает взаимосвязи основных параметров процесса формирования ИШ и характеристики коррозионной стойкости.

5.Разработанный метод обеспечивает компьютерную поддержку

автоматизации технологической подготовки КПП, позволяет решать расчетно - оптимизационные задачи и нетрадиционные задачи выявления неизвестных фактов и закономерностей в базе данных.

6.Результатом исследований явилась разработка производственных комплексов,реализующих идеологии CAD-CAM,и инструмент для интегрирования и использования результатов исследований коррозио-нистов.

7.Разработанная экспериментальная ЭС'АНИС",реализующая представленный метод,сокращает время выработки экспертного решения в - 4-10 раз. Расчетная экономическая эффективность лаборатор-но-исследовательского комплекса, информационно-аналитический блок которого включает экспертные системы, составляет более 1.5 млн.руб. на один узел или блок оборудования, с деталями с ИПП, адаптированными к условиям эксплуатации.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ:

1.СафроноЕ А.А.,Никитенко В.И.,Ильичев Л.Л..Насыров Ш.Г. Защитное покрытие нитридом гитана фиксаторов для остеосинтеза.Ортопедия , травмотология и ортопедия М.Медицина N 4 за 1991г с 63-65.

2.Насыров Ш.Г. Использование экспериментальной информации по коррозионной стойкости ионно-плазменных покрытий. Машиностроение: Сборник научных трудов/Оренбург:0ГТУ,ч2 -1994 с 86-89.

• 3.К 3-181 Коррозионно-и износостойкие ионно-ллазменные покрытия (метод КИБ)- Всероссийская выставка "Машиностроительная технология 87" - Уфа.1987г.

4.N 133-88 Защита от коррозии деталей запорной арматуры. Оренбургский ЦНТИ.1988г

5.Ильичев Л.Л..Бойко C.B..Письменик С.П..Насыров Ш.Г.Повышение износостойкости и коррозионной стойкости деталей работающих в агрессивных средах с помощью ■ нанесения покрытий методом КИБ.//Сокращение ручного труда на основе повышения эффективности использования режущего,штампового инструмента,деталей машин и оборудования. Тезисы докладов НИК. Оренбург. 1986. с60.

6.Ильичев Л.Л. ,Шачнев С.А. .Насыров Ш.Г.Классификация факторов, обеспечивающих получение экономического эффекта от использования изделий с поверхностным упрочнением и покрытиями. // Повышение надежности и долговечности машин на основе новых методов термической и химико-термической обработки.Тезисы докладов МНТК. г.Хмельницкий, 1988. с.139

7.Шачнев С. А. .Ильичев Л. Л. ..Рудаков В.И. .Насыров Ш.Г. Создание нормативной базы на основе нормативного метода учета затрат (при изготовлении деталей с покрытиями). /./Повышение эффективное-

ти технологических процессов машиностроительных производств.Тези-сы докладов НТК. Барнаул.1989.с114.

8.Ильичев Л.Л..Рудаков В.И.,Гущин Ю.С.,Насыров Ш.Г. Повышение стойкости штампован оснастки и прессформ нанесением ион-но-плазменных покрытий.//Пути повышения эффективности использования оборудования с ЧПУ.Тезисы докладов НПК. Оренбург. 1989. с43.

9.Ильичев Л.Л..Рудаков В.И.,Насыров Ш.Г. и др. Использование ионно-плааменных покрытий для защиты конструкционных сталей от коррозии.//Пути повышения эффективности использования оборудования с ЧПУ.Тезисы докладов НПК. Оренбург. 1989. с46.

Ю.УаенбаеЕ Ф.Г. ,Якупов-С.С. .Ильичев Л. Л. .Насыров Ш.Г.- Использование метода акустической эмиссии для количественной оценки состояния покрытия.//Пути повышения эффективности использования оборудования с ЧПУЛезисы докладов НПК. Оренбург. 1989. с4В.

11.Шачнев С.А., Ильичев Л.Л., Насыров Ш.Г. Технико-экономическое обоснование метода поверхностной обработки деталей или нанесения покрытия. НПК. Инструментальное обеспечение автоматизированных систем механообработки. Иркутск. 1990. с 129.

12 Владов Ю. Р..Насыров Ш.Г. Расчет надежности функционирования техпроцесса нанесения ионно-плазменных покрытий.//Повышение износостойкости инструмента и деталей машин путем нанесения упрочняющих и антикоррозионных покрытий. Тезисы доклада НПК.г Оренбург, 1991. с.48

13.Насыров Ш.Г.Дефекты ионно-плазменных покрытий.//Повышение износостойкости инструмента- и деталей машин путем нанесения упрочняющих и антикоррозионных покрытий. ■ Тезисы доклада НПК. г Оренбург 1991.с.51

14.Абрамов А.К..Насыров И:Г.■ Машинное моделирование техпроцесса нанесения ионно-плазменных . процессов.//Повышение износостойкости инструмента и деталей машин путем нанесения упрочняющих и антикоррозионных покрытий. Тезисы доклада НПК.г Оренбург 1991.с.63

15 Санков H.A..Насыров Ш.Г.Автоматизация расчета цены программного обеспечения и ее экономической эффективности.//Повышение износостойкости инструмента и деталей машин путем нанесения упрочняющих и антикоррозионных покрытий. ОрПИ.Оренбург. 1991.с80

16. Насыров Ш.Г.Использование модели НИР для анализа информации. //Состояние и перспективы развития Уральского региона. Тезисы доклада НТК. г Оренбург,1992 г. с. 32

17.Насыров Ш.Г.Особенности использования интерфейса "Падающее меню" для представления систематизированной информации. //Состояние и перспективы развития Уральского региона. Тезисы доклада НТК. г Оренбург,1992 г. с34.

18.Насыров Ш. Г.Автоматизация проектирования и выбора техпроцесса поверхностного упрочнения с помощью экспертных систем. //Проблемы создания и эксплуатации технологического оборудования и ГПС. Тезисы доклада РНБК. г Хабаровск,1992 г. с. 83

19.Ильичев Л.Л., Кушнаренко B.W., Насыров Ш.Г. Использование ионноплазменных покрытий для защиты деталей оборудования в- серо-водородсадериашцх средах. //Экологически чистая вакуумная технология -процессы, оборудование, свойства, методы контроля, области применения.Тезисы докладов МОК. М.КИАТ-1993, с19.

20.Насыров II.Г.Оценка состояния информационной базы для повышения коррозионной стойкости ИГШ.//Концепция развития и технологии ремонта транспортных средств. Тезисы докладов МК. Оренбург 1993г. с.188

21.Насыров И.Г.Структура и организация базы знаний современных информационных технологий.//Концепция развития и технологии ремонта транспортных средств. Тезисы докладов. Оренбург 1993г. с.207.

22.Велоновская И.Д.,Насыров Ш.Г.,Дмитриев Г.Н. Особенности применения методов искусственного интеллекта в САПР ТП.//Сб.тезисов докладов РК ученых Урала и Поволжья, посвященной 250-летию Оренбургской губернии и 60-летим образования Оренбургской области. Оренбург 1994г. с 208.

23.Дмитриев Т.Н..Белоновская И.Д.Насыров Ш.Г. Проблемы изучения. разработки и использования экспертных систем.//Сб.тезисов докладов РК ученых Урала и Поволжья, посвященной 250-летим Оренбургской губернии и 50-летию образования Оренбургской области. Оренбург 1994г. с 209.

24. Абдрашитов Р. Т.,Насыров Ш.Г.Использование искусственного интеллекта для автоматизации производственных процессов//Наука и учебный процесс. Тезисы докладов ШК. чЗ. Оренбург 1994г. с4.

25.Велоновская И.Д..Насыров Ш.Г.Состояние и перспективы использования экспертных систем.//Наука и учебный процесс. Тезисы докладов НМК. чЗ. Оренбург 1994г.с24.

26.Автоматизация проектирования технологий и элементы искусственного интеллекта в учебном процессе. //Наука и учебный процесс. Тезисы докладов НМК. чЗ.Оренбург 1994г.с35.

27.Насыров Ш.Г.Разработка многофакторной модели коррозионного поведения титановых ионно-плазменных покрытий //Концепции развития и высокие технологии производства и ремонта транспортных средств в условиях постиндустриальной экономики. Тезисы докладов МНК. Оренбург 1997. с 93.

28.Насыров Ш.Г.Закономерности и сравнительная оценка экспериментальных характеристик коррозионной стойкости ионно-плазменных покрытий//Концелции развития и высокие технологии производства и ремонта транспортных средств в условиях постиндустриальной экономики. Оренбург,1997. с 97.

29. Исследование возможности защиты материалов газовой арматуры от агрессивных сред./ Оренбурггаззаводы. Отчет о НИР за 1984-1987г. N госрегистрации в ВНТИцентре - 01.86.0104579.

30. Оптимизация механической обработки с целью повышения качества и долговечности деталей машин и инструмента./ Госбюджет. Отчет о НИР, N госрегистрации 01.85.0081678.