автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Модели и алгоритмы системы управления нагревом слябов в методической печи

На правах рукописи

ч-

КУХТИК Михаил Петрович

МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ НАГРЕВОМ СЛЯБОВ В МЕТОДИЧЕСКОЙ ПЕЧИ

Специальность 05.13.06 — Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ПЕНЗА 2013

005541022

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Волгоградский государственный технический университет».

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Сердобинцев Юрий Павлович

Официальные оппоненты: Макарычев Петр Петрович,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», заведующий кафедрой «Математическое обеспечение и применение ЭВМ»; Капля Виктор Иванович, кандидат технических наук, доцент, Волжский политехнический институт (филиал), ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет», доцент кафедры «Автоматика, электроника и вычислительная техника»

Ведущая организация — ФГБОУ ВПО «Московский

государственный машиностроительный университет (МАМИ)»

Защита диссертации состоится 23 декабря 2013 г., в 10 ч, на заседании диссертационного совета Д 212.186.03 в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет» по адресу: 440026, г. Пенза, ул. Красная, 40.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет».

Автореферат разослан,20 ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Воячек Игорь Иванович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Гарантией стабильного спроса на продукцию листопрокатных цехов является строительство новых нефте- и газопроводов и увеличение производства автомобилей, как отечественных, так и импортных, собранных в России. Выпуск новых видов продукции по заказу производителей труб и автомобилестроителей повышает требования к качеству и себестоимости данной продукции. Прокатный передел занимает второе место в черной металлургии по уровню энергоемкости после доменного производства. В нем потребляется до 20 % расходуемого топлива. Основные затраты энергоресурсов в прокатных цехах приходятся на нагрев слитков и слябов в методических печах.

Методические печи используются для нагрева заготовок на металлургических и машиностроительных предприятиях в прокатных и кузнечных цехах перед обработкой давлением (прокаткой, ковкой, штамповкой). Нагрев металла в методических печах перед прокаткой является неотъемлемой и важнейшей стадией технологического процесса производства проката, определяющей качество и себестоимость продукции. В условиях нагрева заготовок с переменными геометрическими и теплофизическими параметрами, переменного темпа прокатки и влияния на процесс нагрева возмущающих воздействий и технологических ограничений получение требуемого качества нагрева заготовок возможно лишь при автоматическом управлении работой нагревательной печи, которое позволяет стабилизировать конечную температуру нагрева заготовок, исключить перегрев футеровки и сократить потребление энергии на печном участке.

Существовавшие ранее системы управления нагревательными печами представляли собой локальные системы автоматического регулирования. Данные системы обеспечивали лишь стабилизацию отдельных параметров теплового режима работы печей, таких как температура в зонах нагрева, соотношение расходов топлива и воздуха и давление в рабочем пространстве печи. С увеличением производительности прокатного оборудования и повышением требований к качеству металлопродукции возникла необходимость перехода от локальных контуров автоматического регулирования отдельных параметров к автоматизированным системам управления технологическим процессом нагрева металла. Системы управления должны не только обеспечивать заданное тепловое состояние заготовок, но и реализовывать оптимальные режимы работы печных агрегатов. В качестве критериев оптимальности, как правило, используются производительность печи, время нагрева, величина удельного расхода топлива, величина потерь металла за счет протекания процессов окалинообразова-ния и др.

Вопросы оптимизации режимов нагрева заготовок в методических печах рассмотрены в работах А. Г. Бутковского, С. А. Малого, Ю. Н. Андреева, Э. М. Гольдфарба, М. А. Глинкова, В. Г. Лисиенко, В. М. Рябкова,

Д. X. Девятова, Н. Ю. Тайца, В. И. Панфёрова, Б. Н. Парсункина и др. Теоретические и прикладные аспекты автоматизации методических печей представлены в работах Л. М. Беленького, О. М. Блинова, В. Ю. Каганова, В. И. Бойко, В. Л. Смоляка, Г. М. Глинкова и др. Среди зарубежных ученых, внесших вклад в изучение систем управления тепловым режимом методических печей, следует отметить А. Штейнбёка, А. Куги, С. В. Кима, Д. Малинджака и др.

Таким образом, исследования, направленные на повышение эффективности работы методических печей и связанные с разработкой автоматизированных систем управления процессом нагрева заготовок, являются актуальными.

Цель работы — теоретическое обоснование и исследование моделей и алгоритмов автоматизированной системы управления процессом нагрева в многозонной методической печи толкательного типа слябов с переменными геометрическими и теплофизическими параметрами в условиях переменного темпа прокатки.

Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи:

1) математического моделирования температурного поля рабочего пространства методической печи;

2) разработки алгоритма оптимизации режимов нагрева слябов для автоматизированной системы управления нагревом слябов в методической печи;

3) разработки методики учета воздействия простоев технологического оборудования автоматизированной системы управления на процесс нагрева слябов в методической печи;

4) рационального комплектования садки слябов методической печи на основе режимных карт нагрева.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы теории теплопроводности, метод конечных элементов, методы математического и компьютерного моделирования, статистические методы обработки данных, методы решения многокритериальной задачи оптимизации, методы решения задачи линейного программирования.

Научная новизна работы:

1. Разработана трехмерная конечно-элементная модель температурного поля рабочего пространства методической печи, отличающаяся заданием в качестве отдельных групп расчетных областей: слябов, слоя окалины, греющей среды, кладки и пода печи, что позволяет оценить распределение температуры по всему объему рабочего пространства.

2. Предложены формализованная постановка задачи и алгоритм оптимизации процесса нагрева слябов на основе метода последовательных уступок и метода линейного программирования. Алгоритм отличается заданием линейных целевых функций и ограничений с применением пара-

метров управления, которые рассчитываются по результатам натурных экспериментов, что позволяет выбирать оптимальные режимы нагрева.

3. Предложена методика учета воздействия простоев технологического оборудования на процесс нагрева слябов, отличающаяся разделением простоев на три типа, что позволяет предотвратить перегрев заготовок и снизить угар металла и расход топлива, вызванные простоями.

4. Установлены расчетные взаимосвязи для рационального комплектования садки слябов методической печи, учитывающие технологические требования режимных карт нагрева и портфель производственных заказов, что позволяет предотвратить потери тепловой энергии и металла, обусловленные одновременным нахождением в печи заготовок из разных групп нагрева.

Достоверность полученных результатов и выводов обеспечивается обоснованным использованием основ теории теплопроводности при моделировании температурного поля рабочего пространства печи, корректным применением метода последовательных уступок, совмещенного с задачей линейного программирования, адекватностью и сходимостью результатов теоретического и экспериментального исследований.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Полученная конечно-элементная модель использована для анализа распределения температурного поля в садке металла и рабочем пространстве методической печи. Созданная программа рационального комплектования садки слябов (свидетельство о государственной регистрации № 2013619307) применена инженерами-фабрикаторами прокатного производства на металлургических и машиностроительных предприятиях. Результаты диссертационной работы приняты к внедрению на ЗАО «ВМЗ "Красный Октябрь"» и ОАО «ПО "Баррикады"», г. Волгоград.

На защиту выносятся:

1) трехмерная математическая модель температурного поля рабочего пространства методической печи, разработанная с учетом теплотехнических и конструктивных особенностей печного агрегата;

2) алгоритм оптимизации процесса нагрева слябов на основе метода последовательных уступок и метода линейного программирования с применением частных критериев: перепада температур по толщине заготовки на выходе из печи, удельного расхода топлива на печь и потерь металла с окалиной;

3) методика учета воздействия простоев различного типа на процесс нагрева слябов в методической печи при автоматизированном управлении;

4) алгоритм рационального комплектования садки слябов методической печи, учитывающий принадлежность сляба к группе нагрева.

Соответствие паспорту специальности. Область исследования соответствует п. 4 «Теоретические основы и методы математического моделирования организационно-технологических систем и комплексов, функциональных задач и объектов управления и их алгоритмизация».

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и получили одобрение на международной научной конференции «Education and science without borders» («Образование и наука без границ») (Мюнхен, Германия, 2013), на юбилейной XX Международной интернет-ориентированной конференции молодых ученых и студентов по современным проблемам машиноведения (МИКМУС-2008), посвященной 70-летию ИМАШ РАН (Москва, 2008), на XXII Международной инновационно-ориентированной конференции молодых ученых и студентов (МИКМУС-2010) «Будущее машиностроения России» (Москва, 2010), на Второй всероссийской научно-практической конференции «Ресурсоэнергосбере-жение и эколого-энергетическая безопасность промышленных городов (Волжский, 2008), на XII, XIII, XV-XVII региональных конференциях молодых исследователей Волгоградской области (Волгоград, 2007, 2008 - работа удостоена поощрительной премии, 2010, 2011 - работа удостоена поощрительной премии, 2012), на смотре-конкурсе научных, конструкторских и технологических работ студентов Волгоградского государственного технического университета (2008) и на ежегодных научных конференциях Волгоградского государственного технического университета (2008, 2009, 2011, 2012).

Научные результаты работы реализованы при выполнении госбюджетной научно-исследовательской работы № 35-53/445-1-12 «Исследование показателей качеств систем контроля и управления многосвязными объектами».

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 17 работ (две работы без соавторов), в том числе шесть в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Личный вклад. Автором выполнен основной объем исследований: проведен анализ, решены задачи разработки модели температурного поля, алгоритма оптимизации процесса нагрева, методики учета воздействия простоев на процесс нагрева и рационального комплектования садки слябов, что обеспечивает достижение цели и составляет новизну, практическую значимость полученных результатов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 180 наименований и восьми приложений объемом 30 страниц. Работа изложена на 166 страницах, содержит 27 рисунков и три таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, показаны научная новизна и практическая ценность полученных результатов.

В первой главе сделан обзор и проведен анализ различных типов методических печей. Показано, что, несмотря на широкое распространение печей шагающего типа, в настоящее время возрастает интерес к толкатель-

ным печам. Их существенным преимуществом по сравнению с печами с механизированным подом являются более низкие капитальные затраты при строительстве и текущие при эксплуатации. Действующие методические печи нуждаются в улучшении показателей использования топлива и других ресурсов.

Анализ современных автоматизированных систем управления процессом нагрева металла в методических печах показывает, что их внедрение дает возможность обеспечить заданную температуру заготовок и значительно сократить потребление топлива. Условия нагрева остаются постоянными в течение небольших отрезков времени. На всех этапах функционирования печей действуют факторы, оказывающие возмущающее воздействие на процесс нагрева. К этим факторам относятся изменение сортамента металла, переменный темп прокатки, простои технологического оборудования и др. Управление тепловой нагрузкой печи во время простоев должно рассчитываться по специальным алгоритмам. При этом может быть получена значительная экономия топлива за счет снижения температуры греющей среды по сравнению с рабочим режимом.

В результате анализа существующих способов комплектования садки слябов методических печей сделан вывод, что данные способы не учитывают технологические требования режимных карт групп нагрева. В условиях переменного портфеля заказов листопрокатного производства часто возникают ситуации, когда на складе находятся слябы, относящиеся к разным группам нагрева. Технологические требования режимных карт некоторых групп могут сильно отличаться друг от друга, что усложняет управление нагревом таких заготовок при одновременном нахождении их в печи. В этих случаях современные автоматизированные системы управления процессом нагрева слябов не в состоянии предотвратить такие явления, как перегрев, пережог, недогрев или преждевременный износ футеровки печи.

В диссертации отмечено, что среди методов для решения задачи внутреннего теплообмена выделяют численные, аналитические и численно-аналитические. Численный метод конечных элементов (МКЭ) является одним из самых употребительных методов, применяемых при решении задач теории теплопроводности, а также в целом ряде областей науки и техники. Анализ существующих конечно-элементных моделей тепловых процессов показывает, что модели, разработанные в специализированных конечно-элементных пакетах, не уступают моделям, созданным в стандартных математических пакетах с использованием МКЭ, ни в глубине и детализации проработки модели, ни в точности расчетов.

Вторая глава посвящена разработке математической модели температурного поля рабочего пространства методической печи.

Модель температурного поля рабочего пространства методической толкательной печи построена на основе дифференциального уравнения теплопроводности:

=ЧТ)

ґд2т

-Т +-"Г +

дх2 ду2

дгТ д2Т

д21

+а

(і)

где Т-абсолютная температура, К; с(7) - удельная теплоемкость, Дж /(кг • К);

р - плотность, кг/м3; ЦТ) - коэффициент теплопроводности, Вт/(м • К); Q - мощность внутренних источников теплоты, Вт/м3.

Уравнение (1) дополнено начальными и граничными условиями. В качестве начальных условий выступает среднемассовая температура расчетной области рабочего пространства печи. В модели введены граничные условия третьего рода, которые характеризуют закон теплообмена между поверхностью тела и окружающей средой в процессе его нагрева. Граничные условия учитывают, что нагрев ведется конвекцией и излучением:

ЧГ)^ = аЕ(Гг-Гп), (2)

где п - нормаль к изотермической поверхности; а^ - суммарный коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением:

С0 є

пр

«г=ак-

и оси иоо;

(3)

т -т

г лп

где С0 - коэффициент излучения абсолютно черного тела, равный 5,67 Вт/(м • К ); Єпр - приведенная степень черноты; Тг - температура газовой среды, К; Тп - температура поверхности металла, К.

На рис. 1 представлены этапы моделирования температурного поля рабочего пространства печи в программном пакете СОМЗОЬ МиШрЬувкв, в котором дифференциальное уравнение теплопроводности решается методом конечных элементов.

Задание геометрии рабочего пространства

Задание пользовательских констант и выражений

Задание теплофизических свойств материалов и начальных условий

Задание граничных условий

Рис. 1. Этапы моделирования температурного поля в пакете СОМБОЬ МикірЬувісз

При создании геометрии модели и задании теплофизических свойств были использованы характеристики методических толкательных печей

і

■ 200

Min: 138.812

толстолистового стана 2000 ЗАО «ВМЗ "Красный Октябрь"» и сортамента заготовок, нагреваемых в этих печах. Рабочее пространство печи было разбито на следующие группы расчетных областей: слябы, слой окалины, греющая среда, кладка и под печи.

По результатам моделирования получено трехмерное распределение температур в рабочем пространстве печи, которое может отображаться в различных режимах, например в режиме продольных сечений (рис. 2).

Slice: Temperature ["С]

Мах: 1299.872 11200

■■1000

Рис. 2. Распределение температур в рабочем пространстве печи в режиме продольных сечений

В работе исследовано температурное поле садки металла при снижении температуры греющей среды, вызванном простоями печи. Из графика на рис. 3 следует, что при уменьшении температуры греющей среды в результате простоя температура поверхности слябов в томильной зоне печи снижается менее резко, чем во второй сварочной зоне. Это связано с особенностями технологии нагрева: в томильной зоне заготовки более прогреты по толщине, чем в сварочных зонах. Следовательно, разработанная модель соответствует особенностям технологии нагрева заготовок в методических печах. Для оценки адекватности этой математической модели были экспериментально получено температурное поле и проведено сравнение результатов теоретических расчетов с данными протоколов нагрева двух методических толкательных печей стана 2000 ЗАО «ВМЗ "Красный Октябрь"».

О 50 100 150 200

Снижение температуры греющей среды, °С

—Вторая сварочная зона —^Томильная зона

Рис. 3. Зависимость температуры поверхности садки металла от величины снижения температуры греющей среды

На рис. 4 представлены графики зависимости температуры поверхности сляба от длины печи, полученные с помощью компьютерного моделирования и в результате натурного эксперимента.

« 1400 к

о 1200

ь

о о

X

X

а.

ш и о ° с а а.

а а. в> с г

а>

1000 800 600 400 200 0

Модельный

ЭКСГ еримент

" Нату экспе-р оный имент

10 15 20

Длина садки, м

25

30

Рис. 4. Графики зависимости температуры поверхности сляба от длины печи

Осуществлена проверка сходимости результатов по критерию Пирсона при уровне значимости 0,05 и доверительной вероятности 95 %. Отклонение результатов компьютерного моделирования от результатов натурного эксперимента не превышает 5 %. Проведенные проверки подтверждают высокую степень адекватности разработанной модели экспериментально полученному температурному полю.

Третья глава посвящена построению алгоритма оптимизации режимов нагрева слябов и разработке методики учета воздействия простоев технологического оборудования автоматизированной системы управления на нагрев слябов в методической печи.

В теплотехнической лаборатории ЗАО «ВМЗ "Красный Октябрь"» проведены натурные эксперименты по нагреву заготовок в методических печах. На основе обработки результатов экспериментов определены целевые функции. Эти целевые функции характеризуют частные критерии оптимизации: перепад температур по толщине заготовки на выходе из печи ЛТаых, величину удельного расхода топлива на печь Ь, величину потерь металла с окалиной 5:

Л^ых = 17,47л:, +15,81х2 +16,93х3; (4)

b = 83,6х, + 77,lx, + 86,1*3; (5)

5 = 1,78х,+1,56х2+ 1,67х3, (6)

где xi, х2, х3 - параметры управления, пропорционально связанные с температурными уставками зон печи.

На основе этих же экспериментальных данных сформирована система ограничений:

3,8х, + 2,1х2 + З,4х3 > 2,7; (7)

15,6х,+ 12,3х2 +14,9х3 >11,8; (8)

1,98х, +1,84х2 +2,14х3 <1,8. (9)

На каждом шаге решения оптимизационной задачи минимизируются целевые функции (4), (5), (6). Помимо ограничений (7), (8), (9) при решении задачи линейного программирования использованы естественные ограничения на значения параметров управления х, > 0, х2 > 0, х3 > 0 и ограничения на максимальные значения частных критериев оптимизации, которые выбраны с учетом технологических требований к качеству нагрева заготовок в методических печах. Минимизация значений частных критериев на каждом этапе метода последовательных уступок производилась в программе Microsoft Excel с помощью надстройки «Поиск решения», причем был выбран следующий порядок относительной значимости частных критериев: ДГ.ых, Ь, 5. Схема алгоритма оптимизации процесса нагрева слябов на основе метода последовательных уступок и метода линейного программирования представлена на рис. 5.

Рис. 5. Алгоритм оптимизации процесса нагрева слябов на основе метода последовательных уступок и метода линейного программирования

В результате решения оптимизационной задачи для случая полной загрузки печи слябами, относящимися к 1-й группе нагрева, получены оптимальные значения целевых функций (АТВЪ1Х = 14,7 °С, Ь = 72,2 кг у.т./т,

5 = 1,46%) и температурных уставок зон печи: температура первой сварочной зоны - 1230 °С, температура верхней части второй сварочной зоны - 1310 °С, температура нижней части второй сварочной зоны - 1280 °С. С использованием полученных значений температур в разработанной модели температурного поля можно воссоздавать оптимальные режимы нагрева и анализировать влияние этих режимов на распределение температуры по всему объему рабочего пространства печи.

Предложена структурная схема автоматизированной системы управления нагревом слябов в методической печи (рис. 6).

Рис. 6. Структурная схема системы управления нагревом слябов в методической печи

В данной системе блок слежения за процессом нагрева слябов получает показания датчиков, к которым относятся термопары в своде и боковых стенках печи и пирометры на выходе из печи. Также этот блок, используя данные о числе проталкиваний, сделанных толкателем, отслеживает положение слябов в печи. Из данного блока слежения технологический персонал получает информацию о ходе технологического процесса: температуре в зонах печи, загруженных на данный момент слябах и темпе-

ратурс поверхности выгружаемых заготовок. Главный пост технологического персонала печи представляет собой автоматизированное рабочее место, реализованное на ПЭВМ. Персонал имеет возможность ручной коррекции температурных уставок зон печи.

Управление процессом нагрева в условиях простоев основано на сравнении кривой нагрева (КН) каждого сляба в печи с предустановленной эталонной кривой нагрева (ЭКН). Простои разделены на три группы: плановые, аварийные с прогнозируемой длительностью и аварийные с непрогнозируемой длительностью. Когда происходит простой, ЭКН сдвигается на его длительность. Обобщенные значения отклонений КН от ЭКН по каждой отапливаемой зоне поступают в локальные ПИД-регуляторы, выходом которых являются температурные уставки зон печи. Уставки задаются с учетом результатов расчетов блока оптимизации по комплексному критерию на основе метода последовательных уступок. Преимущество данной методики состоит в учете воздействия на процесс нагрева простоев различных типов.

В диссертации приведен возможный вариант реализации данной автоматизированной системы с использованием программируемых логических контроллеров.

Четвертая глава посвящена разработке алгоритма рационального комплектования садки слябов методической печи.

Для решения задачи одновременного посада в печь слябов, относящихся к разным группам нагрева, разработан алгоритм рационального комплектования садки слябов методической печи, учитывающий принадлежность сляба к группе нагрева. Комплектование садки в данном алгоритме совмещено с фабрикацией слябов и сортированием отобранных слябов по одному из трех критериев: среднемассовой температуре посада заготовок, срочности выполнения заказа или ширине сляба.

Схема алгоритма представлена на рис. 7. Исходные данные алгоритма можно разделить на следующие четыре группы:

1) параметры режимных карт нагрева;

2) информация о слябах, имеющихся на складе;

3) температурные и временные допуски, в поле которых разрешается сажать в печь слябы из разных групп нагрева;

4) параметры для комплектования. Комплектование выполняется с учетом номинальной массы листа, массы раската и необходимой массы сляба.

Номинальная масса одного листа:

™„.л=А,ВД,Рр-10-9, (Ю)

где ¿л — длина листа, мм; Вл - ширина листа, мм; Н„ - толщина листа, мм; рр — расчетная плотность стали, кг/м3.

Масса раската:

(П)

где /и„ л — номинальная масса листа, кг; Ар - кратность раската, т.е. количество листов, получаемых порезкой раската, производимого из сляба.

Рис. 7. Схема алгоритма рационального комплектования садки слябов (начало)

Рис. 7. Схема алгоритма рационального комплектования садки слябов

(окончание)

Необходимая масса сляба:

™„.сл=отр*ф> (12)

где т9 — масса раската, кг; Лф - фабрикационный коэффициент.

Полученное значение необходимой массы сляба проверяется на условие допустимой грузоподъемности кранов на участке склада слябов. Если необходимая масса сляба больше допустимой грузоподъемности, то изменяется кратность раската или фабрикационный коэффициент.

При определении рациональных геометрических размеров сляба рассчитывается один параметр при двух известных. В качестве этого параметра выбрана длина. Рациональная длина сляба вычисляется по формуле

где ти сл - необходимая масса сляба, кг; Ви сп - номинальная ширина сляба, мм; Нн сп - номинальная толщина сляба, мм.

Полученное значение рациональной длины сляба проверяется на технологические ограничения используемого оборудования, например рольганга, нагревательной печи, бочки валка. Если рациональный размер сляба превышает ограничение оборудования, то снова изменяется кратность раската или фабрикационный коэффициент.

Определение принадлежности сляба к группе нагрева осуществляется путем сравнения его марки стали с марками всех групп. В случае совпадения марки слябу присваиваются следующие параметры из соответствующей режимной карты нагрева: среднемассовая температура металла на выходе из печи; температура каждой из четырех зон при установившемся движении металла; ограничения температуры каждой из четырех зон: максимальная, минимальная рабочая и минимальная абсолютная температура; минимальная продолжительность нагрева.

Затем вводятся температурные и временные допуски. Для всех слябов с необходимой массой и рациональными размерами осуществляется проверка возможности одновременного посада в печь. Рассматриваются только следующие слябы:

1) с массой, не отличающейся от необходимой массы тн,сл на заранее установленную величину, которой может быть погрешность платформенных весов;

2) с длиной, не отличающейся от рациональной длины Lpcjl на заранее установленную величину.

Для каждого сляба, подходящего по вышеуказанным требованиям, формируется перечень слябов, которые разрешено сажать в печь вместе с ним. Слябы попадают в этот перечень, если присвоенные им температурные и временные параметры входят в поле заданных ранее допусков, т.е. достаточно близки друг к другу. Если таких перечней несколько, то определяется тот, который содержит наибольшее количество заготовок. Далее выбирается критерий, по которому будет проведена сортировка слябов из сформированного перечня: среднемассовая температура слябов при горячем посаде, срочность выполнения заказа или ширина заготовки. Выходными данными разработанного алгоритма является перечень слябов, отсортированных по выбранному критерию. В случае если имеющиеся на складе слябы нельзя вместе сажать в печь по технологическим требованиям карт нагрева, увеличивается один или несколько температурных или временных допусков.

Рассматриваемый алгоритм реализован в виде программы для ЭВМ в среде программирования Delphi. Проверка работы этой программы осу-

ществлена с использованием тестового задания, основанного на параметрах режимных карт нагрева, в результате чего получен перечень из четырех слябов, отсортированных по среднемассовой температуре.

Учет технологических требований режимных карт различных групп нагрева в предлагаемом алгоритме позволяет избежать снижения качества нагрева слябов и преждевременного разрушения футеровки печи. Разработанное программное обеспечение может быть применено инженерами-фабрикаторами в процессе фабрикации слябов и планирования программы прокатки на металлургических и машиностроительных предприятиях.

Предполагаемый экономический эффект от внедрения разработанной программы рационального комплектования садки слябов для толкательной печи листопрокатного цеха ЗАО «ВМЗ "Красный Октябрь"» достигается за счет компенсации потерь тепловой энергии и металла и составляет 1270,9 тыс. руб. в год.

Предложенный алгоритм позволяет получать готовые решения при полной загрузке печи в условиях постоянного наличия производственных заказов. При неполной загрузке печи предлагается перенести работу инже-нера-фабрикатора по формированию садки слябов в информационно-технологическую среду (рис. 8). Применение информационно-технологической среды позволит выбирать рациональные решения в условиях непостоянных производственных заказов, что повысит эффективность всего листопрокатного производства в целом.

Рис. 8. Информационно-технологическая среда комплектования садки слябов методической печи

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана трехмерная модель температурного поля рабочего пространства методической печи с учетом ее теплотехнических и конструктивных особенностей и допущений по расчету толщины слоя окалины, геометрии печи, теплофизических параметров и однородности садки.

2. С помощью разработанной модели исследовано влияние снижения температуры греющей среды, вызванного аварийными простоями, на температуру поверхности садки металла. Полученные результаты свидетельствуют о соответствии созданной модели особенностям технологии нагрева слябов в методических печах. Отклонение результатов компьютерного моделирования от результатов натурного эксперимента не превышает 5 %, что подтверждает высокую степень адекватности разработанной модели экспериментально полученному температурному полю.

3. Разработан алгоритм оптимизации процесса нагрева слябов на основе метода последовательных уступок и метода линейного программирования с применением упорядоченной последовательности частных критериев, включающей перепад температур по толщине заготовки на выходе из печи, удельный расход топлива на печь, потери металла с окалиной, и ограничений линейного вида на значения параметров управления. Величины уступок для первых двух критериев не превышают 5-7 %.

4. Разработана методика учета воздействия простоев технологического оборудования на процесс нагрева для автоматизированной системы управления нагревом слябов. Методика основана на сравнении кривой нагрева каждого сляба в печи с предустановленной эталонной кривой нагрева.

5. Предложен алгоритм рационального комплектования садки слябов методической печи с учетом технологических требований режимных карт нагрева. На основе алгоритма разработана программа рационального комплектования при смешанном посаде заготовок, на которую получено свидетельство о государственной регистрации. Применение программы в составе автоматизированной системы управления обеспечивает снижение расхода топлива на 11,6 % и угара металла на 3 %.

6. Предложена структурная схема информационно-технологической среды, обеспечивающая поддержку деятельности инженера-фабрикатора в процессе комплектования садки слябов в условиях непостоянных производственных заказов.

7. Полученные результаты рекомендуется использовать в прокатном производстве на металлургических и машиностроительных предприятиях. Результаты диссертационной работы приняты к внедрению на ОАО «ПО "Баррикады"» и ЗАО «ВМЗ "Красный Октябрь"», г. Волгоград.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в периодических изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Кухтик, М. П. Оптимальное управление многозонной нагревательной печыо / А. Г. Алёхин, М. П. Кухтик // Известия ВолгГТУ. Серия «Прогрессивные технологии в машиностроении». Вып. 4 : межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. - Волгоград, 2008. - № 9. - С. 54-56.

2. Кухтик, М. П. Математическое моделирование процесса нагрева слябов в методической печи / М. П. Кухтик, Ю. П. Сердобинцев // Известия ВолгГТУ. Серия «Прогрессивные технологии в машиностроении». Вып. 7 : межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. - Волгоград, 2011. - № 13. -С. 80-83.

3. Кухтик, М. П. Создание конечно-элементной модели температурного поля рабочего пространства методической печи в математическом пакете COMSOL Multiphysics [Электронный ресурс] / М. П. Кухтик // Современные проблемы науки и образования : электрон, науч. журн. — 2012. -№ 2. - URL: http://www.science-education.ni/102-5937

4. Кухтик, М. П. Стационарная модель температурного поля садки металла в методической толкательной печи / М. П. Кухтик, Ю. П. Сердобинцев // Известия ВолгГТУ. Серия «Прогрессивные технологии в машиностроении». Вып. 8 : межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. - Волгоград, 2012. -№ 13 (ЮО).-С. 114-116.

5. Кухтик, М. П. Программа рационального комплектования садки слябов методической нагревательной печи [Электронный ресурс] / Ю. П. Сердобинцев, М. П. Кухтик, А. М. Макаров, К. Ф. Куадио // Современные проблемы науки и образования : электрон, науч. журн. - 2013. -№ 2.-URL: http://www.science-education.ru/108-9143

6. Кухтик, М. П. Выбор комплексного критерия оптимизации процесса нагрева в методической печи / Ю. П. Сердобинцев, М. П. Кухтик, К. Ф. Куадио // Известия ВолгГТУ. Серия «Прогрессивные технологии в машиностроении». Вып. 9 : межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. — Волгоград, 2013.-№7(110).-С. 111-113.

Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ

7. Рациональное комплектование садки слябов методической печи : свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013619307 / М. П. Кухтик, А.М.Макаров, Ю. П. Сердобинцев; ВолгГТУ, 2013.

Основные научные работы, опубликованные в других изданиях

8. Kukhtik, М. P. Automatized slab heating control system in a continuous furnace [Electronic resource] / Y. P. Serdobintsev, M. P. Kukhtik // International Journal of Applied and Fundamental Research. - 2013. - № 2. - USB: http://www.science-sd.com/455-24314

9. Кухтик, М. П. Синтез энергосберегающего оптимального управления режимом нагрева металла в методической печи / М. П. Кухтик, А. Г. Алёхин // Юбилейная ежегодная XX Международная Интернет-ориентированная конференция молодых ученых и студентов по современным проблемам машиноведения (МИКМУС-2008) : материалы конф., по-свящ. 70-летию ИМАШ РАН (10-12 нояб. 2008 г.) / РАН, Ин-т машиноведения им. А. А. Благонравова. - М., 2008. - С. 163.

10. Кухтик, М. П. Энергосберегающее управление методической печью как многомерным объектом / М. П. Кухтик // XXII Международная инновационно-ориентированная конференция молодых ученых и студентов (МИКМУС-2010) «Будущее машиностроения России» : сб. материалов конф. с элементами науч. школы для молодежи (г. Москва, 26—29 окт. 2010 г.) / РАН, Ин-т машиноведения им. А. А. Благонравова. - М., 2010. - С. 98.

11. Кухтик, М. П. Система мониторинга технологического процесса нагрева слябов в методической печи / М. П. Кухтик, А. Г. Алёхин // XII Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области (г. Волгоград, 13-16 нояб. 2007 г.) : тез. докл. / ВолгГТУ [и др.]. - Волгоград, 2008.-С. 229-230.

12. Кухтик, М. П. Алгоритм расчета оптимального режима нагрева металла в методической печи / М. П. Кухтик, А. Г. Алёхин // XIII Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, (г. Волгоград, 11-14 нояб. 2008 г.) : тез. докл. / ВолгГТУ [и др.]. - Волгоград, 2009.-С. 177-179.

13. Кухтик, М. П. Синтез оптимального управления режимом нагрева металла в методической печи 7 А. Г. Алёхин, М. П. Кухтик // Ресурсо-энергосбереженис и эколого-энергетическая безопасность промышленных городов : сб. науч. ст. 2-й всерос. науч.-практ. конф. (23-26 сент. 2008 г.) / ГОУ ВПО МЭИ (ТУ), Филиал МЭИ (ТУ) в г. Волжском. - Волжский, 2009. -С. 109-111.

14. Кухтик, М. П. Энергосберегающее управление процессом нагрева в методической печи с учетом взаимного влияния соседних зон / М. П. Кухтик, Ю. П. Сердобинцев // XV Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области (г.Волгоград, 9-12 нояб. 2010 г.) : тез. докл. / ВолгГТУ [и др.]. - Волгоград, 2011. - С. 124-126.

15. Кухтик, М. П. Модель температурного поля садки металла в методической толкателыюй печи / М. П. Кухтик, Ю. П. Сердобинцев // XVI Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области (Волгоград, 8-11 нояб. 2011 г.) : тез. докл. / ВолгГТУ [и др.]. -Волгоград, 2012.-С. 128-129.

16. Кухтик, М. П. Автоматизация расчетов по фабрикации слябов, предназначенных для нагрева в методической печи / К. Ф. Куадио, Ю. П. Сердобинцев, М. П. Кухтик // Тезисы докладов конференции-

конкурса научных, конструкторских и технологических работ студентов ВолгГТУ (Волгоград, 23-26 окт. 2012 г.) / ВолгГТУ, Совет СНТО. - Волгоград, 2012.-С. 16.

17. Кухтик, М. П. Алгоритм фабрикации слябов, предназначенных для нагрева в методической печи / М. П. Кухтик, Ю. П. Сердобинцев // XVII Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области (Волгоград, 6-9 нояб. 2012 г.) : тез. докл. / ВолгГТУ [и др.]. - Волгоград, 2013.-С. 100-101.

Научное издание КУХТИК Михаил Петрович

Модели и алгоритмы системы управления нагревом слябов в методической печи

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

Редактор Е. П. Мухина Технический редактор II. В. Иванова Компьютерная верстка II. В. Ивановой

Распоряжение № 32/2013 от 18.11.2013. Подписано в печать 19.11.13. Формат 60х84'/16. Усл. печ. л. 1,16. Заказ № 0083 81. Тираж 100.

Издательство ПГУ. 440026, Пенза, Красная, 40. Тел./факс: (8412) 56-47-33; e-mail: iic@pnzgu.ru

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Волгоградский государственный технический университет»

На правах рукописи

04201454604 КУХТИК МИХАИЛ ПЕТРОВИЧ

МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ НАГРЕВОМ СЛЯБОВ В МЕТОДИЧЕСКОЙ ПЕЧИ

Специальность: 05.13.06 - «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)»

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Сердобинцев Юрий Павлович

Волгоград - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Список сокращений...........................................................................4

Введение........................................................................................5

1 Анализ процессов комплектования и нагрева слябов..............................12

1.1 Конструктивные и теплотехнические особенности методических печей............................................................................................12

1.2 Способы комплектования садки слябов.........................................16

1.3 Конечно-элементные модели тепловых процессов...........................19

1.4 Системы управления тепловым режимом методических печей............24

1.5 Выводы по первой главе и постановка задач исследования.................34

2 Моделирование температурного поля рабочего пространства методической печи.............................................................................................37

2.1 Построение модели температурного поля рабочего пространства методической печи и выбор метода решения уравнения теплопроводности...........................................................................37

2.2 Допущения, принятые при моделировании температурного поля рабочего пространства методической печи.............................................43

2.3 Создание модели температурного поля рабочего пространства методической печи в пакете СОМБОЬ МиШрИузюз.................................49

2.4 Расчёт температурного поля рабочего пространства методической печи.............................................................................................55

2.5 Выводы по второй главе............................................................61

3 Оптимизация режимов нагрева металла и учёт воздействия простоев в автоматизированной системе управления нагревом слябов........................63

3.1 Разработка критериев оптимального управления процессом нагрева в печных агрегатах.............................................................................63

3.2 Оптимизация процесса нагрева в методической печи по комплексному критерию.......................................................................................70

3.3 Обснование структуры автоматизированной системы управления нагревом слябов в методической печи..................................................77

3.4 Определение обоснованности принятия решений в системе управления нагревом слябов..............................................................................85

3.5 Выводы по третьей главе...........................................................91

4 Обеспечение рационального комплектования садки слябов методической печи.............................................................................................93

4.1 Алгоритм рационального комплектования садки слябов....................93

4.2 Программа рационального комплектования садки слябов.................107

4.3 Комплектование садки слябов в условиях непостоянных производственных заказов...............................................................110

4.4 Выводы по четвёртой главе......................................................111

Заключение..................................................................................113

Список использованной литературы...................................................115

ПРИЛОЖЕНИЯ............................................................................137

Приложение А. Графики распределения температур в рабочем пространстве

методической печи.........................................................................137

Приложение Б. Оценка адекватности разработанной модели

экспериментально полученному температурному полю...........................139

Приложение В. Режимная карта нагрева заготовок в методических печах

стана 2000 ЗАО «ВМЗ «Красный Октябрь»..........................................142

Приложение Г. Текст главного модуля программы «Рациональное

комплектование садки слябов методической печи».................................143

Приложение Д. Рабочие окна программы «Рациональное комплектование

садки слябов методической печи»......................................................160

Приложение Е. Акты внедрения результатов диссертационной работы....162

Приложение Ж. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ........164

Приложение 3. Награды, полученные при апробации результатов диссертационной работы..................................................................165

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АРМ - автоматизированное рабочее место

ВРД - вентильно-реактивный двигатель

ГИИ - графическая идентификационная информация

ИТС - информационно-технологическая среда

КН - кривая нагрева

ЛОР - лицо, осуществляющее реализацию

ЛПР - лицо, принимающее решение

ЛПЦ - листопрокатный цех

МКЭ - метод конечных элементов

МНЛЗ - машина непрерывного литья заготовок

МПУ - метод последовательных уступок

ПЛК - программируемый логический контроллер

ПШБ - печи с шагающими балками

ПШП - печи с шагающим подом

ПЭВМ - персональная электронно-вычислительная машина

СМОУ - специальное математическое обеспечение управления

ТЭД - тяговый электродвигатель

ТЭЧ - технологическое экологическое число

У.т. - условное топливо

ЭКН - эталонная кривая нагрева

PDE - partial differential equation (дифференциальное уравнение в частных производных)

SCADA - supervisory control and data acquisition (диспетчерское управление и сбор данных)

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. По данным Мировой ассоциации стали [1, 2], мировое производство стали в 2012 г. составило 1510,2 млн. т, что на 1,3 % больше по сравнению с этим показателем в 2011 г. Российское производство стали в 2012 г. составило 70,6 млн. т., что на 2,8 % выше уровня производства в 2011 г. Согласно данным Федеральной службы государственной статистики [3], производство готового проката чёрных металлов в России достигло объёма 61,8 т, т.е. рост с 2011 г. составил 4 %. Строительство новых нефте- и газопроводов и увеличение производства автомобилей, как отечественных, так и собранных в России, служат гарантией стабильного спроса на продукцию листопрокатных цехов [4]. Выпуск новых видов продукции по заказу производителей труб и автомобилестроителей повышает требования к качеству и себестоимости данной продукции.

Согласно данным [5], прокатный передел занимает второе место в чёрной металлургии по уровню энергоёмкости после доменного производства. В нём потребляется до 20 % расходуемого топлива. Основные затраты энергоресурсов в прокатных цехах приходятся на нагрев слитков и слябов.

Методические печи используются для нагрева заготовок на металлургических и машиностроительных предприятиях в прокатных и кузнечных цехах перед обработкой давлением (прокаткой, ковкой, штамповкой). Нагрев металла в методических печах перед прокаткой является неотъемлемой и важнейшей стадией технологического процесса производства проката, определяющей качество и себестоимость продукции. В условиях нагрева заготовок с переменными геометрическими и теплофизическими параметрами, переменного темпа прокатки и влияния на процесс нагрева возмущающих воздействий и технологических ограничений получение требуемого качества нагрева заготовок возможно лишь при автоматическом управлении работой нагревательной печи, которое позволяет стабилизировать

конечную температуру нагрева заготовок, исключить перегрев футеровки и сократить потребление энергии на печном участке.

Существовавшие ранее системы управления нагревательными печами представляли собой локальные системы автоматического урегулирования. Данные системы обеспечивали лишь стабилизацию отдельных параметров теплового режима работы печей, таких как температура в зонах нагрева, соотношение расходов топлива и воздуха и давление в рабочем пространстве печи. С увеличением производительности прокатного оборудования и повышением требований к качеству металлопродукции возникла необходимость перехода от локальных контуров автоматического регулирования отдельных параметров к автоматизированным системам управления технологическим процессом (АСУТП) нагрева металла. Системы управления должны не только обеспечивать заданное тепловое состояние заготовок, но и реализовывать оптимальные режимы работы печных агрегатов. В качестве критериев оптимальности, как правило, используются производительность печи, время нагрева, величина удельного расхода топлива, величина потерь металла за счёт протекания процессов окалинообразования и др.

Функционирование АСУ ТП нагревательных печей должно быть согласовано с работой прокатного стана, поэтому, начиная с 1970-х гг., системы управления печами стали входить в состав АСУ станов. Как отмечено в [6], в состав АСУ прокатным станом входят локальные (аналоговые и цифровые) системы регулирования отдельных параметров и управляющие вычислительные машины. При этом соблюдается иерархическое построение АСУ:

1) нижний уровень - локальные системы регулирования и позиционные регуляторы;

2) средний уровень - вычислительные машины (одна или несколько), управляющие исполнительными механизмами и локальными системами регулирования технических параметров;

3) верхний уровень - вычислительная машина, управляющая работой всего прокатного цеха.

Следующим этапом интеграции АСУ ТП нагревательных печей стало согласование их работы с автоматизированными системами управления производством (АСУП). Это произошло по той причине, что появились технологические возможности подчинить действия АСУ ТП стратегии и тактике управления производством в целом.

Примером новейших достижений в области интеграции систем управления может служить высокотехнологичный комплекс автоматизации прокатного стана, созданный в 2009 г. на Магнитогорском металлургическом комбинате и интегрированный в информационную инфраструктуру предприятия [7]. В функциональной схеме этого комплекса АСУ ТП печей располагаются между самими печами и АСУ цехового уровня. АСУ ТП функционируют согласно заданию, полученному от системы цехового уровня, которая, в свою очередь, подчиняется функциональным модулям информационной системы, расположенным на корпоративном уровне управления предприятием.

Таким образом, исследования, направленные на повышение эффективности работы методических печей и связанные с разработкой автоматизированных систем управления процессом нагрева заготовок, являются актуальными.

Цель работы: теоретическое обоснование и исследование моделей и алгоритмов автоматизированной системы управления процессом нагрева в многозонной методической печи толкательного типа слябов с переменными геометрическими и теплофизическими параметрами в условиях переменного темпа прокатки.

Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи:

1) математического моделирования температурного поля рабочего пространства методической печи.

2) разработки алгоритма оптимизации режимов нагрева слябов для автоматизированной системы управления нагревом слябов в методической печи.

3) разработки методики учёта воздействия простоев технологического оборудования автоматизированной системы управления на процесс нагрева слябов в методической печи.

4) рационального комплектования садки слябов методической печи на основе режимных карт нагрева.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы теории теплопроводности, метод конечных элементов, методы математического и компьютерного моделирования, статистические методы обработки данных, методы решения многокритериальной задачи оптимизации, методы решения задачи линейного программирования.

Научная новизна работы:

1. Разработана трёхмерная конечно-элементная модель температурного поля рабочего пространства методической печи, отличающаяся заданием в качестве отдельных групп расчётных областей: слябов, слоя окалины, греющей среды, кладки и пода печи, что позволяет оценить распределение температуры по всему объёму рабочего пространства.

2. Предложена формализованная постановка задачи и алгоритм оптимизации процесса нагрева слябов на основе метода последовательных уступок и метода линейного программирования. Алгоритм отличается заданием линейных целевых функций и ограничений с применением параметров управления, которые рассчитываются по результатам натурных экспериментов, что позволяет выбирать оптимальные режимы нагрева.

3. Предложена методика учёта воздействия простоев технологического оборудования на процесс нагрева слябов, отличающаяся разделением простоев на три типа, что позволяет предотвратить перегрев заготовок и снизить угар металла и расход топлива, вызванные простоями.

4. Установлены расчётные взаимосвязи для рационального комплектования садки слябов методической печи, учитывающие технологические требования режимных карт нагрева и портфель производственных заказов, что позволяет предотвратить потери тепловой энергии и металла, обусловленные одновременным нахождением в печи заготовок из разных групп нагрева.

Достоверность полученных результатов и выводов обеспечивается обоснованным использованием основ теории теплопроводности при моделировании температурного поля рабочего пространства печи, корректным применением метода последовательных уступок, совмещённого с задачей линейного программирования, адекватностью и сходимостью результатов теоретического и экспериментального исследований.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Полученная конечно-элементная модель использована для анализа распределения температурного поля в садке металла и рабочем пространстве методической печи. Созданная программа рационального комплектования садки слябов (свидетельство о государственной регистрации № 2013619307) применена инженерами-фабрикаторами прокатного производства на металлургических и машиностроительных предприятиях. Результаты диссертационной работы приняты к внедрению на ЗАО «ВМЗ «Красный Октябрь» и ОАО «ПО «Баррикады», г. Волгоград.

На защиту выносятся:

1) трёхмерная математическая модель температурного поля рабочего пространства методической печи, разработанная с учётом теплотехнических и конструктивных особенностей печного агрегата.

2) алгоритм оптимизации процесса нагрева слябов на основе метода последовательных уступок и метода линейного программирования с применением частных критериев: перепада температур по толщине заготовки на выходе из печи, удельного расхода топлива на печь и потерь металла с окалиной.

3) методика учёта воздействия простоев различного типа на процесс нагрева слябов в методической печи при автоматизированном управлении.

4) алгоритм рационального комплектования садки слябов методической печи, учитывающий принадлежность сляба к группе нагрева.

Соответствие паспорту специальности. Область исследования соответствует п. 4 «Теоретические основы и методы математического моделирования организационно-технологических систем и комплексов, функциональных задач и объектов управления и их алгоритмизация».

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и получили одобрение на международной научной конференции «Education and science without borders» («Образование и наука без границ») (Мюнхен, Германия, 2013), на юбилейной XX Международной Интернет-ориентированной конференции молодых ученых и студентов по современным проблемам машиноведения (МИКМУС-2008), посвящённой 70-летию ИМАШ РАН (Москва, 2008), на XXII Международной Инновационно-ориентированной конференции молодых учёных и студентов (МИКМУС-2010) «Будущее машиностроения России» (Москва, 2010), на второй Всероссийской научно-практической конференции «Ресурсо-энергосбережение и эколого-энергетическая безопасность промышленных городов (Волжский, 2008), на XII, XIII, XV-XVII региональных конференциях молодых исследователей Волгоградской области (Волгоград, 2007, 2008 -работа удостоена поощрительной премии, 2010, 2011 - работа удостоена поощрительной премии, 2012), на смотре-конкурсе научных, конструкторских и технологических работ студентов Волгоградского государственного

технического университета (ВолгГТУ) (2008) и на ежегодных научных конференциях ВолгГТУ (2008, 2009, 2011, 2012).

Научные и практические результаты работы реализованы при выполнении госбюджетной научно-исследовательской работы № 35-53/445-112 «Исследование показателей качеств систем контроля и управления многосвязными объектами».

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 17 работ [2025, 29, 113, 116, 132, 137, 151, 170, 171, 174, 175] (две работы [24, 132] без соавторов), в том числе шесть в изданиях, рекомендованных ВАК РФ [29, 113, 116, 132, 151, 175]. Получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ [174].

Личный вклад. Автором выполнен основной объём исследований: проведён анализ, решены задачи разработки модели температурного поля, алгоритма оптимизации процесса нагрева, методики учёта возд�