автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Оптимальное управление процессом вакуумной цементации деталей буровых долот

На правах рукописи

ДЕРЕВЯНОВ Максим Юрьевич

ОПТИМАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ВАКУУМНОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ ДЕТАЛЕЙ БУРОВЫХ ДОЛОТ

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

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Самара-2007

003162272

Работа выполнена на кафедре "Управление и системный анализ в теплоэнергетике" ГОУВПО «Самарский государственный технический университет»

Научный руководитель - доктор технических наук

Лившиц Михаил Юрьевич

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Защита состоится "14" ноября 2007 г в 13 00 на заседании диссертационного совета Д 212 217 03 в Самарском государственном техническом университете по адресу. 443010 г Самара, ул. Галактионовская, 141,6 корпус, ауд. №28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского государственного технического университета по адресу 443100, г.Самара, ул Первомайская, 18

Отзывы на автореферат просим высылать (в 2-х экземплярах) по адресу 443100 г Самара, ул Молодогвардейская, 244, Самарский государственный технический университет, главный корпус, ученому секретарю диссертационного совета Д 212 217 03

Автореферат разослан" Э " <хсг 2007 г.

Галицков Станислав Яковлевич, ГОУВПО «Самарский государственный архитектурно-строительный университет»

- кандидат технических наук, доцент Рогачёв Геннадий Николаевич, ГОУВПО «Самарский государственный технический университет»

Ведущая организация: ОАО «Черметавтоматика», г Москва

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.217 03

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Работа посвящена разработке алгоритмов оптимального управления процессом вакуумной цементации

Актуальность проблемы. Одной из главных задач современной промышленности является интенсификация производства на базе научно-технического прогресса При этом максимальное использование таких резервов, как снижение материалоемкости, себестоимости, улучшение качества продукции, является актуальной задачей по повышению эффективности производства

Повышение эффективности производства и качества выпускаемой продукции в машиностроении неразрывно связано с полным использованием возможностей, заложенных в конструкционных материалах, из которых изготавливаются детали, и технологиях обработки этих материалов

Проблема повышения эксплуатационной надежности деталей является комплексной и предполагает привлечение современных методов химико-термической обработки Одним из наиболее востребованных видов химико-термической обработки является цементация Свойства цементованного слоя и определяемый им ресурс работы детали в большой степени зависят от профиля распределения углерода по толщине слоя Современные конкурентные отношения в промышленности и требования международного стандарта качества ИСО 9000 диктуют необходимость создания автоматизированного и легко перестраиваемого оборудования для цементации деталей с целью получения регулируемого, в соответствии с эксплуатационными требованиями, профиля распределения углерода по толщине цементованного слоя

Работами А Г Бутковского, А И Егорова, Ю В Егорова, Ж Л Лионса, К А Лурье, ТК Сиразетдинова, МД Климовицкого, ЮН Андреева, ЭЯ Рапопорта в области оптимального проектирования и управления объектами с распределенными параметрами вообще, и процессами тепло-массопереноса в частности, заложены основы подавляющего большинства теоретических исследований и практических разработок в этой области При этом, несмотря на эффективность полученных к настоящему времени решений задач оптимизации процессов тепломассопереноса и построенных на их основе систем управления, сохраняются существенные резервы дальнейшего повышения качества технологий промышленной теплофизики

Опыт эксплуатации вакуумных печей показал, что существуют определённые недостатки существующих технологических режимов, связанные с низким качеством цементации при невысокой максимальной производительности оборудования

Исследования по теме диссертации включены в программу фундаментальных исследований Президиума РАН «Управляемые процессы и мехатроника». Диссертация выполнена в рамках проекта №19-3-4 этой программы, а также в соответствии с планом научно-исследовательской работы Самарского государственного технического университета №565-03-1

Программы поддержки ведущих научных школ Федерального агентства по образованию РФ

Целью работы является разработка и внедрение технологических режимов вакуумной цементации, обеспечивающих улучшение свойств поверхностного слоя обрабатываемого изделия и рост производительности оборудования

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи

• выявлены основные технологические параметры процесса вакуумной цементации, определяющие качество цементованного слоя,

• разработана проблемно-ориентированная математическая модель вакуумной цементации,

• идентифицированы параметры разработанной проблемно-ориентированной математической модели по экспериментальным данным,

• обоснованы, поставлены и решены задачи оптимального управления процессом вакуумной цементации в условиях технологических ограничений,

• разработана инженерная методика решения поставленных оптимальных задач,

• реализованы полученные алгоритмы в рамках соответствующей системы управления и проанализировано влияние параметров технологического процесса на оптимальные режимы вакуумной цементации.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использованы методы теории оптимального управления системами с распределенными параметрами, методы идентификации и методы статистической обработки результатов эксперимента, аналитические методы решения задач математической физики, экспериментальные методы фольговых проб и определение механических свойств металлических деталей

Научная новизна В диссертационной работе получены следующие основные научные результаты

— разработана проблемно-ориентированная на использование в оптимизационных процедурах математическая модель вакуумной цементации с переменными коэффициентами массопереноса, которая, в отличии от существующих моделей, позволяет учитывать характерные особенности оптимальных технологий вакуумной цементации,

— поставлены и решены краевые задачи оптимального управления по критериям максимальной производительности печи и максимальной абсолютной точности распределения концентрации углерода по толщине цементованного слоя для нового объекта с распределёнными и переменными параметрами процесса вакуумной цементации деталей в атмосфере ацетилена,

— разработана оригинальная инженерная методика определения параметров оптимального управления процессом вакуумной цементации,

учитывающая специфические особенности альтернансного метода для решения задач оптимального управления,

— впервые разработан оптимальный режим вакуумной цементации, обеспечивающий в условиях технологических ограничений на допустимый углеродный потенциал в качестве управляющего воздействия и допустимый уровень карбидообразования по критериям максимальной абсолютной точности и по максимальной производительности оборудования в условиях гарантированного качества профиль распределения углерода,

— предложена автоматизированная система оптимального управления (АСОУ), предназначенная для реализации разработанных оптимальных алгоритмов управления технологическими режимами вакуумной цементации,

— проанализировано влияние параметров математической модели вакуумной цементации на оптимальное управление технологическим процессом, что придает универсальный характер разработанным алгоритмам

Практическая значимость полученных в диссертации результатов заключается

- в разработанных алгоритмах вакуумной цементации, пригодных не только для долотных сталей, но и для сталей других марок,

- в построенных инженерных номограммах для определения режимов цементации, оптимальных по быстродействию и по абсолютному отклонению полученного профиля углерода от требуемого с учётом технологических ограничений, обеспечивающих высокое качество цементации при максимальной производительности оборудования в различных технологических условиях,

- в инженерной методике определения режимов оптимальных алгоритмов управления процессом вакуумной цементации, имеющей универсальный характер для решения задач оптимального управления объектами с распределенными параметрами альтернансным методом оптимизации Внедрение оптимальной технологии цементации шарошек буровых

долот на ОАО «Волгабурмаш» (г Самара) позволило при заданной погрешности науглероживания повысить производительность вакуумных печей на 13% Экономический эффект при этом составил 1,5 млн руб в год экономии на энергоресурсах и заработной плате рабочего персонала

Апробация результатов исследования. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и получили одобрение на международных, российских конференциях и конгрессах на Всероссийской научной конференции «Математическое моделирование и краевые задачи» (Самара, 2004), на международной научно-технической конференции «Информационные, измерительные и управляющие системы» (Самара, 2005), на Всероссийской с международным участием научно-технической конференции «Теплофизические и технологические аспекты управления качеством в машиностроении» (Тольятти, 2005), на 4-ой международной конференции «Материалы и покрытия в

экстремальных условиях исследования, применение, экологически чистые технологии производства и утилизации изделий» (г Жуковка, Украина, 2006), на 5-ой международной научно-технической конференции «Повышение качества, надежности и долговечности технических систем и технологических процессов» (г Шарм эль Шейх, Египет, 2006), на 8-ом международном конгрессе «Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов» (г. Харьков, Украина, 2007)

Публикации. Материалы диссертационных исследований опубликованы в 11 научных изданиях (в том числе два в изданиях из перечня, рекомендованного ВАК [1,2])

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения, библиографического списка из 131 наименований, трех приложений Основной текст работы изложен на 155 страницах, диссертация содержит 68 рисунков, 19 таблиц, приложения на 13 страницах, библиографический список на 13 страницах

Положения, выносимые на защиту:

1. Проблемно-ориентированная на использование в оптимизационных процедурах математическая модель вакуумной цементации с распределёнными и переменными параметрами

2 Постановка и решение задач оптимального управления процессом вакуумной цементации по критериям максимальной точности и максимальной производительности в условиях заданного качества и технологических ограничений

3 Инженерная методика определения оптимального управления процессом вакуумной цементации.

4 Результаты внедрения оптимального технологического режима вакуумной цементации в условиях технологических ограничений в широком диапазоне изменения производственных условий

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследуемой проблемы, сформулирована цель работы, отражены основные положения, выносимые на защиту, показаны их научная новизна и практическая значимость

В первом разделе обосновывается химико-термическая обработка (ХТО) в силу своей универсальности, экономичности и ряду других преимуществ по сравнению, например, с поверхностной закалкой, в качестве метода поверхностного упрочнения деталей Целью такой обработки является придание необходимых механических свойств тонкому поверхностному слою изделия Одним из широко применяемых видов ХТО является цементация, которая заключается в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали углеродом при нагреве в углеродосодержащей среде (карбюризаторе) Приведённый в работе обзор основных методов цементации выявил множество особенностей, влияющих на механизм образования цементованного слоя, свойства которого в значительной степени зависят от профиля

распределения углерода по толщине слоя Вакуумная цементация, по сравнению с другими видами цементации, обладает рядом существенных преимуществ

- возможность эффективного регулирования профиля распределения углерода в цементованном слое и его микроструктуры,

- отсутствие кислородсодержащих компонентов в атмосфере, что исключает внутреннее окисление деталей;

- лучшее проникновение карбюризатора в отверстия малого диаметра, что обеспечивает равномерную цементацию внутренних полостей,

- высокая повторяемость результатов процессов, проходящих в одинаковых условиях,

- получение светлой поверхности деталей после цементации и т д Однако, оборудование для вакуумной цементации относительно дорого,

что требует его эффективного использования

Опыт эксплуатации вакуумных печей на ОАО «АвтоВАЗ» и ОАО «Волгабурмаш» подтвердил, что цементация стали в атмосфере ацетилена при повышенных температурах и давлении ниже атмосферного высокоэффективна, но при ее осуществлении возникает ряд технологических трудностей, состоящих в определении температурно-временных параметров технологического процесса цементации Устранение этих трудностей является первоочередной задачей при широком внедрении вакуумной цементации в производство

В диссертационной работе в качестве определяющего свойства процесса цементации обоснованно рассматривается профиль С* (л) распределения концентрации углерода по толщине детали х. Именно этот профиль определяет качество упрочнения поверхности детали Этот факт диктует необходимость использования, для моделирования диффузионного насыщения, математическую модель, описывающую этот профиль К таким моделям относятся математические модели в форме дифференциального уравнения диффузии - уравнения математической физики параболического типа С позиций теории автоматического управления, объекты, описываемые уравнениями такого рода, относятся к объектам с распределенными параметрами (ОРП), а пространство состояний таких объектов является бесконечномерным

Установлено, что оптимальное управление рассматриваемым процессом ХТО относится к задачам оптимизации ОРП. Решению подобных задач посвящены основополагающие исследования отечественных ученых А Г Бутковского, К А Лурье, ЮВ Егорова, ТК Сиразетдинова, Э Я Рапопорта, М Ю Лившица, а также зарубежных Ж Л Лионса и др Из приведенного в этом разделе обзора явно следует, что для всех задач оптимизации ОРП характерны следующие принципиальные проблемы необходимо решать проблему априорной оценки области конечных состояний и формулировки соответствующих условий трансверсальности

Отметим, что даже в тех работах, где фиксируется правый конец оптимальной траектории, из-за погрешностей измерения, усечения бесконечномерных моделей и т п, фактически решается задача с подвижным правым концом траектории, а не учет этого обстоятельства на этапе постановки задачи приводят к существенным потерям по функционалу Корректная формулировка краевых оптимальных задач с подвижным правым концом траектории в первую очередь связана с метрикой оценки области конечных состояний

Из приведенного в работе обзора следует, что топология множества конечных состояний объекта управления определяется в большинстве работ среднеквадратичной метрикой Однако, при анализе конкретных технологических процессов ХТО очевидно, что величина абсолютного отклонения распределения легирующего элемента от требуемого непосредственно влияет на эксплуатационные свойства изделия. Технология большинства видов ХТО не допускает превышения абсолютной величины отклонений от заданного состояния Так при цементации регламентируется глубина слоя, где концентрация углерода снижается до 40% от поверхностной, а допустимая абсолютная погрешность составляет ±10-15% Поэтому в качестве критерия точности или ограничений в задаче быстродействия в диссертации используется минимаксная оценка отклонения

Во втором разделе описывается построение структурной модели вакуумной цементации в форме графа, путём декомпозиции блоков иерархической модели В качестве узлов структурной модели рассматриваются основные конструктивные параметры технологического процесса, которые определяют соответствующие конструктивные модели Полученная структура модели массопереноса, в форме дифференциального уравнения, рассматривается как базовая конструктивная математическая модель процесса. Влияние остальных процессов, происходящих в атмосфере, на поверхности детали и в самой детали, на модель массопереноса моделируются граничными условиями

Процесс вакуумной цементации можно разделить на два характерных этапа На первом этапе происходит взаимодействие молекул ацетилена между собой и с продуктами предыдущих реакций, а также взаимодействие молекул ацетилена с поверхностью металла в результате следующей каталитической реакции

Ре Fe Fe

Т Т Т 14

~ тт - катализ „ГТ „„ катализ „ „ ,г ,г „ СТ-Н-Кгж) ~> С2Н2(адс)->СН +СН-> С + С + Н + Н —> Нг (1)

На втором этапе происходит активная диффузия атомов углерода с поверхности вглубь изделия

Математическая модель диффузии углерода из атмосферы через поверхность детали в глубину при постоянной температуре, согласно второму закону Фика, построена в работе в форме дифференциального уравнения массопереноса

дс(х, r)= эГ ac(x,r) дт дх{ K ' дх

(2)

Полагая, что коэффициент диффузии незначительно зависит от концентрации, уравнение диффузии можно линеаризовать:

дС{х,т)_ д2С(х,т)

(3)

О Г Эх

где С(х,г) - концентрация углерода в детали; /J(C' ) - коэффициент диффузии углерода в сталь.

Граничными условиями, наиболее точно отражающими физику переноса углерода из газовой фазы к поверхности, являются граничные условия III рода:

дС(х,т)

-D-

№

Т

IV

д! V

I v,

■V

f(i) 'о

дх

= ß{r).[cp{T)-C{x,T)\x=0\.

х=0

(4)

ß J

ft

i\

1

«1

WM W

Рисунок 1 - Управляющее воздействие (p{j)

дС(х,т)

дх

= 0.

С учетом незначительной толщины х = Исл диффузионного слоя по сравнению с размерами детали и относительно малого времени цементации г = /г-, значительно меньшего, чем полное время насыщения, можно считать деталь полубесконечным телом с адиабатическими условиями:

(5)

Здесь /3(т)- коэффициент массопереноса; <р(т)- углеродный потенциал

атмосферы. Начальное распределение концентрации углерода в слое можно принять постоянным:

С(х,0) = С0 = const. (6)

В процессе цементации, естественно, требуется безусловное выполнение ограничений на максимальное значение концентрации углерода в металле, связанное с карбидообразованисм и рядом других условий:

С (х, т) < Cmax, V г е [0, t,], х е [0, со), (7)

а также технические ограничения на максимальную величину управляющего воздействия <р(т)

0 <<р(т)<<ртах, (8)

где (ртах- предельно допустимый уровень углеродного потенциала атмосферы по технологическим возможностям печи и сажеобразования (рис 1)

Причем в последнем случае, в разделе 4 диссертации показано, что (Ртах = (Рогр (г) (Рис 1) в этом же разделе диссертации установлено, что оптимальным является импульсный режим

Ч>тах'Т е пРи " = и,5

0,те , ^ |, при п = 2,4,6

,1 = 1,2, (9)

Приведено решение линейной неоднородной краевой задачи (3) - (6) с помощью метода функций Грина, который, в случае многоинтервального управления (г > 1), позволяет учитывать начальное распределение углерода в детали перед каждым последующим интервалом управления Для г интервалов управляющего воздействия решение краевой задачи (3) - (6) примет вид

С«(х,т) = в(х,1т)| и с!£-}8(т)-0(х,0,т-т)<1т, (10)

где - функция Грина

2л! я От

Ы?

АВт

+ е

Ы)2

4йг

° о

[*Ч+у)2 Р{г)

40т

В

йг)

4«)

,(Ц)

(12)

Функция распределения С"' (х, г) для I -ого интервала в (10) образуется

путем свёртки распределения С^' (х,т)

в конце предыдущего I -1

интервала с функцией Грина (11) при х = , причем как видно из рис 1, функция <р{т) в (12) представляет собой релейную функцию, принимающая поочередно свои граничные значения, согласно (9), поэтому на нечетных интервалах в (10) введена свёртка потока (12) и функции Грина 0{х,0,3~т) В третьем разделе поставленная задача идентификации сводится к

и

определению оценок параметров /?(г), <р(т), В математической модели с использованием априорной информации о структуре модели

Для определения углеродного потенциала внутри печи ср{т)

использован один из методов активной идентификации - метод фольговых проб, основанный на определении концентрации углерода на поверхности металла, находящейся в термодинамическом равновесии с окружающей средой при заданной температуре В ходе идентификации определено максимальное значение углеродного потенциала атмосферы печи

Для идентификации коэффициентов массопереноса /?(г) и диффузии

В проведены экспериментальные циклы науглероживания с одинаковыми параметрами технологического процесса В ходе идентификации выявлено, что использование при расчетах постоянного коэффициента массопереноса

уЗ(г) = Рсош( = 2 03 10~7 м/с в разработанной модели приводит к

значительному рассогласованию, около 20 7%, между экспериментальным и расчетным профилем (рис 2), что недопустимо

Причина неудовлетворительной идентификации объясняется особенностями физической картины вакуумной цементации в атмосфере ацетилена При вакуумной цементации механизм массопереноса на стадии насыщения п = 1,3,5, и стадии диффузии п = 2,4,6, в ходе импульсного оптимального режима, согласно (9), существенно различается

На стадии насыщения происходит взаимодействие молекул ацетилена с поверхностью стали согласно (1) На стадии диффузии при вакуумной цементации отсутствует науглероживающая атмосфера и углерод сублимирует с поверхности детали в вакуум Механизм массообмена атмосферы с поверхностью детали при вакуумной цементации на этапах диффузии и насыщения существенно различается. Поэтому, при идентификации технологических режимов вакуумной цементации в работе использова-

---расчетный профиль при р (г) <= = 2 03 10~7 м/с,

- Экспериментальный профиль

°0 02 04 06 0 8 1

Глубина х 10~3, м Рисунок 2 - Сравнение экспериментального и расчетных профилей концентрации углерода при (ртах = 4 1 %С

ны не одинаковые, как принято, например, в газовой цементации, а

различные значения коэффициентов для четных @{т) = 46 и нечетных /?(г) = Р\\п=1 , 5 интервалов управления

/м м \ (13)

В результате сравнения с экспериментом установлено, что после проведения идентификации параметров математической модели с переменными по (13) коэффициентами Р{т), максимальная величина рассогласования не

превышает 5% между экспериментальным и расчетным профилем распределения углерода (см рис 2) Такая погрешность может быть признана удовлетворительной

В четвёртом разделе обоснованы и поставлены задачи оптимального управления

• задача быстродействия- J°nm = mint1

<р{т)

(14)

C(x,t, )еП

- задача максимальной точности J°"m =min max \C(x,t,\ — C (x) ,(15)

которые представляют собой задачи с подвижным правым концом траектории в бесконечномерной негладкой области £2-\с{х,т) пах С(*,/г)-С*(х)

[ ЦоЛ.]1 1 J

допустимых результирующих состояний для заданной s — s3 или предельно

достижимой s = точности в области допустимых управлений

В качестве метода решения поставленных оптимальных задач принят альтернансный метод оптимизации (AMO), разработанный Рапопортом Э Я, который учитывает неполную управляемость процесса и негладкость априори заданной, и связанной с ненулевыми допусками на отклонение от требуемого

состояния С* [х), области £2 конечных состояний, обеспечивает оптимальное попадание в эту область в классе технически реализуемых управлений При этом поставленные задачи быстродействия и максимальной точности параметризуются и решение сводится к поиску количества i и длительности

, п = 1,2, ,г интервалов постоянства управления и предельно достижимой в каждом i -ом подмножестве управлений погрешности

(О

■mm =

С

(1б)

равномерного приближения результирующего профиля cjx.íj-^ j к заданному из условий удовлетворения эксплутационным требованиям профилю * / \

концентраций С (х) Процедура AMO предполагает получение неизвестных

параметров $, поставленных оптимальных задач (14) и (15), путем решения вспомогательной определяющей системы трансцендентных уравнений

<9 к ¿>;

дв\1Л

í«>

ы

--±е, m = \,S

= 0, r=l,p,p¿S

(17)

РИ)

при 5 = 1, если е^' >£ = £3> £$т и 5 = I +1, если £ = г, = £)'„',„ . Здесь &(13) = 0(£,&)-в*(£), &(Щ = С(1#)/<ртах, £=х!хтах,

9 = {т £>)/Хпох , 0* (£) = С* (х)/<ртах , £э - точки экстремума функции

=1,0- граничные точки при <9^ = , хтах -

п=1

максимально допустимая глубина науглероживания

(1)

При этом наименьшая точность е = £т'т достигается на подмножестве одноинтервальных управлений г = 1, а наибольшая точность е = = £т/ - 0 обычно достигается на подмножестве достаточно

большого количества интервалов 1 = 3 То решением последовательности задач максимальной точности (15) формируется ряд неравенств

> £тп > > £тт > > £тт = е,п/ * 0 > (18)

определяющий предельные по точности в каждом I -ом классе управлений возможности оборудования для вакуумной цементации Этот ряд является основой для выбора класса управляющих воздействий в разработанной инженерной методике решения соответствующих оптимальных задач.

В этом разделе также рассмотрен механизм образования сажи на изделиях и конструкционных деталях печи Осаждение сажи на поверхности

з тт

обрабатываемого изделия препятствует адсорбции атомарного углерода При этом не только снижается скорость цементации, но и упрочненный слой неравномерно распределяется по поверхности из-за неравномерного осаждения сажи Кроме того, образование сажи на деталях и узлах вакуумной камеры является центром образования молекул углерода, что приводит к интенсификации этого процесса, затрудняя работу механизмов печи Наконец, образование сажи приводит к непроизводительному расходу ресурса - ацетилена

Поэтому в диссертации разработан оптимальный режим цементации, учитывающий дополнительные ограничения на управление - углеродный потенциал <р{т), которые в совокупности с ограничениями (7) и (В) снижают интенсивность образования сажи на поверхности изделия и конструкционных деталях печи

Согласно экспериментальным данным, с учетом того, что сажа образуется на этапах насыщения углеродом изделия, те на нечетных интервалах управления, определен вид ограничения на сажеобразование, которое накладывается на управляющее воздействие <р{т) (рис 1)

A><p(T) = <p03p(r)><p6,TJtlm\tW

,т =1,3,5, ,i, (19)

>) м г0 •гк

,т = 1,3,5, 1,2, (20)

у

9огр(Т)= £ ¿а г<Х ' те а=0

На ОАО «Волгабурмаш» проведены экспериментальные исследования для определения закономерности образования сажи на поверхности обрабатываемого изделия и конструкционных деталях печи Исследования проводились на вакуумной печи марки УХГГ — (ЬСР) фирмы «Грвеп», в качестве образца использована стальная заготовка марки 14ХНЗМА

В ходе этих исследований получены следующие результаты. Значение углеродного потенциала для уровня % = 1 52%С при гртах = 4 1 %С

Управление достигает этого ограничения через = 3600с после начала процесса насыщения, для нечетных интервалов п = 1,3,5, г Сажа на поверхности начинает образовываться через = 360с после начала процесса насыщения, для нечетных интервалов п = 1,3,5, г.

В (20) достаточно ограничиться тремя членами суммы, те у- 3

<Рогр (0= 4) + А + ',0)2 , (21)

где А = {3 233,-6 4415, 4 7323}

Выявлено, что введение дополнительных фазовых ограничений (19) на управление ср[т), не изменяет принципиально структуру решения поставлен-

ных оптимальных задач (14) и (15). Управляющее воздействие <р(т) в

условиях ограничений (20) сохраняет кусочно-непрерывную интервальную форму (рис 1), чередующую интервалы насыщения углеродом п = 1,3,5, с интервалами диффузионного всасывания углерода я = 2,4,6, . Предложена инженерная методика решения поставленных задач оптимального управления с помощью AMO Она базируется на универсальной оптимальности алгоритмов оптимальных по точности и быстродействию, полученных с помощью AMO, и состоит в решении i задач на максимальную точность для

определения s - s^¡n через последовательное решение задач быстродействия

для заданной точности е

.0+0

<s,

•U)

3

-S </') °е ~ bmm '

i-1,2, ,J до момента, когда

Таким образом определяются члены ряда (18) Для решения задачи быстродействия по приведенной методике, сначала определяются количество интервалов управления, как ближайшее к большему в ряду (18), затем решается соответствующая система трансцендентных уравнений, образованная согласно AMO

Для реальной промышленной технологии вакуумной цементации, с помощью разработанной методики, решены поставленные оптимальные задачи (14),(15) в условиях переменных коэффициентов /?(т) для модели

6480

Длительности интервалов постоянства ,с Рисунок 3 - Зависимость длительностей интервалов постоянства 4! от погрешности науглероживания г (1- 4°, 2- ^2,3-4зх10,4- 4?х10), п = 14

(3) - (6) при управляющем воздействии <р(г) с учетом и без учета

ограничения на сажеобразование (рис 3)

Для автоматизации технологического процесса в работе предлагается использовать автоматизированную систему оптимального управления (АСОУ) (рис 4) АСОУ предназначена для оптимального управления технологическими режимами вакуумной цементации, а именно, для определения и реализации оптимальных алгоритмов управления Выявлено, что в ходе нескольких технологических процессов, из-за ряда неконтролируемых возмущений, требуется уточнение математической

Блок ввода начальных параметров моделирования

Переменные параметры А АДи»,^ Постоянные парыетры Со

Подсистема адаптации

\

Подсистема моделирования

Подсистема оптимизации -1

Блок вывода результатов моделирования

модели процесса, т е идентификация её параметров , , 2) , <ртах Идентификация параметров математической модели осуществляется в подсистеме адаптации В подсистеме оптимизации реализуется методика определения оптимального управления, в ходе которой определяются предельно

(О

достижимая точность управления ет'т и длительности интервалов

постоянства и = 1,2, л управляющего воздействия <р(т) Управление

осуществляется путем изменения подачи ацетилена в печь, в соответствии с алгоритмом (9) в условиях ограничений (8) и (19)

Установлено, что для рассматриваемого примера вакуумной цементации шарошки бурового долота, максимальному значению углеродного потенциала сртах ~ 4 1 %С соответствует расход

ацетилена Оац = 3750-^-, час

а балансовому уровню щ = 1 52%С, который

„ . - определяется количест-

Рисунок 4 - АСОУ процессом вакуумной

^ ^ вом ацетилена достаточ-

цементации

ным для образования атомов углерода, расход Оац - 2000 нл/час

В пятом разделе, с помощью разработанной методики, проанализирована зависимость расчетных режимов оптимального управления от параметров математической модели

Установлено, что с увеличением коэффициента диффузии £>, длительности интервалов постоянства 4°; 4 > 4? и общее время процесса

(см рис 5 «а») уменьшаются Это объясняется тем, что с увеличением коэффициента диффузии £> увеличивается скорость проникновения атомов углерода с поверхности в глубину стали, тем самым, уменьшая время процесса

С увеличением максимального значения углеродного потенциала (ртах,

длительности интервалов постоянства 4° и 4 уменьшаются Это объясняется тем, что с увеличением за счет увеличения расхода

ацетилена, на поверхности изделия образуется больше атомов углерода, и, следовательно, для насыщения поверхности детали до максимально

допустимого уровня требуется меньше времени, а значит 4° и умень-

Блок ввода-вывода параметров моделирования

шаются Для диффузии образовавшихся атомов углерода с поверхности вглубь изделия требуется больше времени с увеличением максимального значения углеродного потенциала (ртах, т к при одинаковых коэффициентах диффузии О увеличивается крутизна спада концентрации вглубь детали в конце нечётных интервалов и , поэтому длительности интервалов постоянства и и общее время процесса ^ (см рис. 5 «б») увеличиваются

Из приведенного в работе анализа влияния коэффициентов массоперено-са Д и ¡Зг на оптимальное управление процессом, выявлено, что с увеличением коэффициентов и /?2 оптимальные погрешности науглеро-

(0 (2) (3) (4) живания Ехт'т, ат/п, £кт1'п и £ут1'п увеличиваются Такая зависимость

обусловлена тем, что коэффициент Д совместно с углеродным потенциалом определяет интенсивность потока углерода из атмосферы печи на поверхность детали Поэтому с увеличением коэффициента Д увеличивается поток углерода на поверхности, что приводит к увеличению максимальной погрешности Также установлено, что максимальные погрешности

науглероживания , и увеличиваются с ростом коэффициента Д, который характеризует интенсивность обратного потока углерода с поверхности изделия в атмосферу печи

Общее время процесса ^ ,с Общее время процесса ,с

Рисунок 5 - Зависимость погрешности науглероживания а от общего времени процесса при различных коэффициентах диффузии В (а) и при различных максимальных значениях углеродного потенциала (ртах (б)

В работе установлено различное влияние коэффициента массопереноса Р2 на длительности интервалов постоянства Так, увеличение коэффициента

(2)

/32 приводит к уменьшению длительности интервала Ау ', за счет увеличения интенсивности обратного потока от поверхности в атмосферу Уменьшение длительности интервала А^ ' с ростом коэффициента р2,

объясняется тем, что при увеличенной интенсивности обратного потока от поверхности в атмосферу процессу требуется меньше времени Увеличение коэффициента /?2 приводит к увеличению длительностей нечетных

интервалов постоянства , , А^4^ и , что объясняется увеличением интенсивности обратного потока от поверхности в атмосферу Уменьшение длительностей интервалов , и А^ с ростом

коэффициента Д2> объясняется тем, что при увеличенной интенсивности обратного потока от поверхности в атмосферу процессу требуется меньше времени

Анализируя влияние коэффициентов массопереноса Д и /?2 на общее

время оптимального процесса ^ и ^, отметим, что увеличение

коэффициента Д приводит к уменьшению общего времени процесса цементации, за счет увеличения интенсивности граничного потока углерода от поверхности вглубь изделия и увеличение коэффициента Д2 приводит также к уменьшению общего времени процесса цементации, за счёт увеличения интенсивности граничного потока углерода от поверхности в атмосферу

Проведённый анализ влияния параметров Д, /?2, I), <Ртах математической модели (3) - (6) на оптимальное управление процессом вакуумной цементации показывает, что изменение параметров Д, /?2, О, <ртах в ходе процесса оказывает существенное влияние на характер оптимальных режимов вакуумной цементации Это подтверждает необходимость адаптации системы управления

В пятом разделе также приводится анализ влияния оптимальных режимов вакуумной цементации на механические свойства шарошек буровых долот (см табл 1) Экспериментально установлено, что прочность на разрыв ов после вакуумной цементации и окончательной термической обработки выше, чем после газовой, на 15 - 25%, а предел текучести о0;2 выше на 20 -30% В ходе опытно-промышленного внедрения оптимальных по быстродействию алгоритмов управления вакуумной цементацией экспериментально установлено, что при сохранении механических свойств стали (относительное удлинение 5 и относительное сужение значительно

сокращается длительность процесса Это подтверждает эффективность оптимального по быстродействию режима вакуумной цементации

Увеличение предела прочности на разрыв и предела текучести можно объяснить известным явлением перераспределения в микрообъемах и выделения по границам аустенитного зерна примесей неметаллического характера при охлаждении сталей после высокотемпературного нагрева Предполагается, что при вакуумной цементации за счет повышенной температуры происходит более интенсивное выделение примесей на границах зерна, чем при газовой, приводящее к очистке зерна от примесей, что и обеспечивает улучшение свойств

Таблица 1 - Механические свойства долотной стали после вакуумной и газовой цементации с учетом окончательной термической обработки

Вакуумная цементация Газовая цементация

Марка стали Существующий режим Оптимальный режим

2. 8, б, у, О0 2. 5,

МПа МПа % % МПа МПа % % МПа МПа % %

14ХЮМА 1380 1280 12,7 54 1350 1240 10 55 1180 1030 13 54

В заключении перечисляются основные результаты проведенных в диссертации исследований, которые заключаются в следующем

1 Разработана проблемно-ориентированная на использование в оптимизационных процедурах математическая модель вакуумной цементации с переменными коэффициентами массопереноса, зависящими от вида режима

2 Поставлены и решены краевые задачи оптимального управления процессом вакуумной цементации в атмосфере ацетилена деталей как объектом с распределенными и переменными параметрами по критериям максимальной производительности печи и максимальной абсолютной точности распределения концентрации углерода по толщине цементованного слоя в условиях ограничений параметров процесса цементации

3. Разработана инженерная методика определения параметров оптимального управления процессом вакуумной цементации

4 Разработаны оптимальные по абсолютной точности результирующего распределения концентрации углерода и по производительности оборудования в условиях заданного качества режимы вакуумной цементации деталей буровых долот в условиях технологических ограничений.

5 Предложена автоматизированная система оптимального управления (АСОУ), предназначенная для реализации разработанных оптимальных алгоритмов управления технологическими режимами вакуумной цементации деталей буровых долот

6 Проанализировано влияние условий вакуумной цементации на параметры оптимального управления технологическим процессом

Результаты работы использованы при разработке технологических режимов вакуумной цементации шарошек буровых долот на ОАО «Волга-бурмаш» (г Самара) Соответствующий акт приведен в приложении к диссертации Экономия средств составила 1 5 млн. руб за год

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1 Деревянов М Ю , Липкинд В Я, Лившиц М Ю Системная оптимизация упрочнения поверхности контактирующих деталей методами ХТО Вестник Самарского Государственного Технического Университета №33 - 2005г Серия «Технические науки», стр 28-34// СамГТУ 2005г

2 Головской А Л., Деревянов М Ю, Ищук А Г, Лившиц М Ю , Муратов В С Оптимизация вакуумной цементации как объекта управления с распределенными и переменными параметрами Вестник Самарского Государственного Технического Университета №1(19) -2007г Серия «Технические науки», стр 152-158// СамГТУ 2007г

3 Деревянов М Ю , Лившиц М Ю , Якубович Е А Оптимальное управление процессом вакуумной цементации в условиях технологических ограничений Сборник докладов 8-ого международного конгресса «Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов»- ОТТОМ-8 г. Харьков, Украина 28 мая - 1 июня 2007г, том 1, стр 150 - 155// ННЦ «ХФТИ»

4 Деревянов М Ю , Липкинд В Я, Лившиц М Ю Системная оптимизация упрочнения поверхности контактирующих деталей методами ХТО Материалы международной научно-технической конференции «Информационные, измерительные и управляющие системы» (ИИУС-2005) г Самара 24- 28 мая 2005г, стр 27 - 29// СамГТУ 2005г

5 Деревянов М Ю , Липкинд В Я , Лившиц М Ю Информационная технология системного моделирования и оптимизации процесса цементации деталей Труды Всероссийской с международным участием научно-технической конференции «Теплофизические и технологические аспекты управления качеством в машиностроении», г Тольятти 18-20 мая 2005г, стр 271-274 // ТГУ 2005г

6 Деревянов М Ю, Лившиц М Ю Обеспечение надежности изделий путем системной оптимизации поверхностного упрочнения деталей Сборник трудов 5-ой международной научно-технической конференции «Повышение качества, надежности и долговечности технических систем и технологических процессов» г Шарм эль Шейх, Египет 3-10 декабря 2006г, стр 87-91

7 Деревянов М Ю Оптимальное управление процессом газовой цементации Труды Всероссийской научной конференции «Математи-

ческое моделирование и краевые задачи» г Самара 26- 28 мая 2004г , часть 2, стр 69-72 //СамГТУ 2004г.

8. Деревянов М Ю, Липкинд В Я, Лившиц М Ю Системная оптимизация цементации шестерен Сборник докладов Второй Всероссийской научной конференции «Управление и информационные технологии» УИТ-2004, г Пятигорск 21-24 сентября 2004г, том 2, стр 76 - 83//г Пятигорск Изд-во «Спецпечать»

9. Деревянов М Ю, Липкинд В Я, Лившиц М Ю Оптимальное управление процессом цементации по системным критериям Сборник докладов 3-ей всероссийской научной конференции «Управление и информационные технологии УИТ-2005», г. Санкт-Петербург 30 июня - 2 июля 2005г, 2 том, стр 178-186// Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

10 Головской А Л, Деревянов М Ю Оптимизация технологического процесса вакуумной цементации шарошек буровых долот Труды Всероссийской научной конференции «Математическое моделирование и краевые задачи» г Самара 29- 31 мая 2006г, часть 2, стр. 52- 58 //СамГТУ 2006г

11 Деревянов М.Ю, Липкинд В Л, Лившиц М.Ю Системная оптимизация поверхностного упрочнения Труды 4-ой международной конференции «Материалы и покрытия в экстремальных условиях исследования, применение, экологически чистые технологии производства и утилизации изделий» г Жуковка, Большая Ялта, Авт. Респуб Крым, Украина 18-22 сентября 2006, стр 89.

Автореферат отпечатан с разрешения диссертационного совета Д 212 217 03 ГОУВПО «Самарский государственный технический университет» (протокол №12 от 05 10 2007г )

Заказ № 689 Формат 60x84 1/16. Уч.-изд л 1,1 Тираж 100 экз Отпечатано на ризографе ГОУВПО «Самарский государственный технический университет» Отдел типографии и оперативной печати 443100, г.Самара, ул Молодогвардейская, 244

Введение.

1 Химико-термическая обработка как объект управления.

1.1 Технология цементации.

1.2 Особенности вакуумной цементации как объекта управления.

1.3 Автоматизированные системы управления.

1.4 Проблемно-ориентированные математические модели.

1.5 Методы оптимизации объектов с распределенными параметрами.

Выводы.

2 Математическое моделирование процесса цементации.

2.1 Структурная модель цементации.

2.2 Конструктивная математическая модель массопереноса.

2.3 Анализ существующих конструктивных математических моделей цементации.

2.4 Математическая модель вакуумной цементации.

Выводы.

3 Идентификация математической модели вакуумной цементации.

3.1 Постановка задачи идентификации.

3.2 Идентификация углеродного потенциала внутри печи (р{т).

3.3 Идентификация коэффициентов массопереноса /?(г) и диффузии D

3.4 Методика экспериментального определения коэффициентов массопереноса, диффузии и углеродного потенциала атмосферы.

Выводы.

4 Оптимальное управление процессом вакуумной цементации. 4.1 Постановка задачи оптимального управления.

4.2 Обоснование метода решения оптимальных задач.

4.3 Параметризация задачи оптимального управления процессом вакуумной цементации.

4.4 Альтернансный метод оптимизации.

4.5 Влияние фазовых ограничений на оптимальное управление.

4.6 Инженерная методика расчета оптимального управления процессом вакуумной цементации.

4.7 Автоматизированная система оптимального управления процессом вакуумной цементации.

Выводы.

5 Анализ результатов.

5.1 Влияние параметров технологического процесса на оптимальные режимы вакуумной цементации.

5.2 Влияние режимов вакуумной цементации на механические свойства шарошек буровых долот.

Выводы.

Работа посвящена разработке алгоритмов оптимального управления процессом вакуумной цементации.

Актуальность проблемы. Одной из главных задач современной промышленности является интенсификация производства на базе научно-технического прогресса. При этом максимальное использование таких резервов, как снижение материалоемкости, себестоимости, улучшение качества продукции, является актуальной задачей по повышению эффективности производства.

Повышение эффективности производства и качества выпускаемой продукции в машиностроении неразрывно связано с полным использованием возможностей, заложенных в конструкционных материалах, из которых изготавливаются детали, и технологиях обработки этих материалов.

Проблема повышения эксплуатационной надежности деталей является комплексной и предполагает привлечение современных методов химико-термической обработки. Одним из наиболее востребованных видов химико-термической обработки является цементация. Свойства цементованного слоя и определяемый им ресурс работы детали в большой степени зависят от профиля распределения углерода по толщине слоя. Современные конкурентные отношения в промышленности и требования международного стандарта качества ИСО 9000 диктуют необходимость создания автоматизированного и легко перестраиваемого оборудования для цементации деталей с целью получения регулируемого, в соответствии с эксплуатационными требованиями, профиля распределения углерода по толщине цементованного слоя.

Работами А.Г. Бутковского, А.И. Егорова, Ю.В. Егорова, Ж.Л. Лионса, К.А. Лурье, Т.К. Сиразетдинова, М.Д. Климовицкого, Ю.Н. Андреева, Э.Я. Рапопорта в области оптимального проектирования и управления объектами с распределенными параметрами вообще, и процессами тепломассопереноса в частности, заложены основы подавляющего большинства теоретических исследований и практических разработок в этой области. При этом, несмотря на эффективность полученных к настоящему времени решений задач оптимизации процессов тепломассопереноса и построенных на их основе систем управления, сохраняются существенные резервы дальнейшего повышения качества технологий промышленной теплофизики.

Опыт эксплуатации вакуумных печей показал, что существуют определённые недостатки существующих технологических режимов, связанные с низким качеством цементации при невысокой максимальной произволительности оборудования.

Исследования по теме диссертации включены в программу фундаментальных исследований Президиума РАН «Управляемые процессы и мехатроника». Диссертация выполнена в рамках проекта №19-3-4 этой программы, а также в соответствии с планом научно-исследовательской работы Самарского государственного технического университета №565-03-1 Программы поддержки ведущих научных школ Федерального агенства по образованию РФ.

Целью работы является разработка и внедрение технологических режимов вакуумной цементации, обеспечивающих улучшение свойств поверхностного слоя обрабатываемого изделия и рост производительности оборудования.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

• выявлены основные технологические параметры процесса вакуумной цементации, определяющие качество цементованного слоя;

• разработана проблемно-ориентированная математическая модель вакуумной цементации;

• идентифицированы параметры разработанной проблемно-ориентированной математической модели по экспериментальным данным;

• обоснованы, поставлены и решены задачи оптимального управления процессом вакуумной цементации в условиях технологических ограничений;

• разработана инженерная методика решения поставленных оптимальных задач;

• реализованы полученные алгоритмы в рамках соответствующей системы управления и проанализировано влияние параметров технологического процесса на оптимальные режимы вакуумной цементации.

Методы исследования

Для решения поставленных задач использованы методы теории оптимального управления системами с распределенными параметрами, методы идентификации и методы статистической обработки результатов эксперимента, аналитические методы решения задач математической физики, экспериментальные методы фольговых проб и определение механических свойств металлических деталей.

Научная новизна

В диссертационной работе получены следующие основные научные результаты: разработана проблемно-ориентированная на использование в оптимизационных процедурах математическая модель вакуумной цементации с переменными коэффициентами массопереноса, которая, в отличии от существующих моделей, позволяет учитывать характерные особенности оптимальных технологий вакуумной цементации. поставлены и решены краевые задачи оптимального управления по критериям максимальной производительности печи и максимальной абсолютной точности распределения концентрации углерода по толщине цементованного слоя для нового объекта с распределенными и переменными параметрами процесса вакуумной цементации деталей в атмосфере ацетилена; разработана оригинальная инженерная методика определения параметров оптимального управления процессом вакуумной цементации, учитывающая специфические особенности альтернансного метода для решения задач оптимального управления; впервые разработан оптимальный режим вакуумной цементации, обеспечивающий в условиях технологических ограничений на допустимый углеродный потенциал в качестве управляющего воздействия и допустимый уровень карбидообразования по критериям максимальной абсолютной точности и по максимальной производительности оборудования в условиях гарантированного качества профиль распределения углерода; предложена автоматизированная система оптимального управления (АСОУ), предназначенная для реализации разработанных оптимальных алгоритмов управления технологическими режимами вакуумной цементации; проанализировано влияние параметров математической модели вакуумной цементации на оптимальное управление технологическим процессом, что придает универсальный характер разработанным алгоритмам.

Практическая значимость полученных в диссертации результатов заключается: в разработанных алгоритмах вакуумной цементации, пригодных не только для долотных сталей, но и для сталей других марок; в построенных инженерных номограммах для определения режимов цементации, оптимальных по быстродействию и по абсолютному отклонению полученного профиля углерода от требуемого с учётом и без учёта ограничения на образование сажи, обеспечивающих высокое качество цементации при максимальной производительности оборудования в различных технологических условиях; в инженерной методике определения режимов оптимальных алгоритмов управления процессом вакуумной цементации, имеющей универсальный характер для решения задач оптимального управления объектами с распределенными параметрами альтернансным методом оптимизации.

Внедрение оптимальной технологии цементации шарошек буровых долот на ОАО «Волгабурмаш» (г.Самара) позволило при заданной погрешности науглероживания повысить производительность вакуумных печей на 13%. Экономический эффект при этом составил 1,5 млн. руб. в год экономии на энергоресурсах и заработной плате рабочего персонала.

Апробация результатов исследования

Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и получили одобрение на международных, российских конференциях и конгрессах: на Всероссийской научной конференции «Математическое моделирование и краевые задачи» (Самара, 2004); на международной научно-технической конференции «Информационные, измерительные и управляющие системы» (Самара, 2005); на Всероссийской с международным участием научно-технической конференции «Теплофизические и технологические аспекты управления качеством в машиностроении» (Тольятти, 2005); на 4-ой международной конференции «Материалы и покрытия в экстремальных условиях: исследования, применение, экологически чистые технологии производства и утилизации изделий» (г.Жуковка, Украина, 2006); на 5-ой международной научно-технической конференции «Повышение качества, надежности и долговечности технических систем и технологических процессов» (г. Шарм эль Шейх, Египет, 2006); на 8-ом международном конгрессе «Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов» (г. Харьков, Украина, 2007).

Публикации

Материалы диссертационных исследований опубликованы в 11 научных изданиях (в том числе два в изданиях из перечня, рекомендуемых ВАК [122,131]).

Структура и объём работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения, библиографического списка из 131 наименований, трёх приложений. Основной текст работы изложен на 155 страницах, диссертация содержит: 68 рисунков, 19 таблиц, приложения на 13 страницах, библиографический список на 13 страницах.

7. Результаты работы использованы при разработке технологических режимов вакуумной цементации шарошек буровых долот на ОАО «Воглабурмаш». Соответствующий акт приведён в приложении к диссертации. Экономия средств составила 1.5 млн. руб. за год.

Заключение

В результате проведённых в диссертации исследований получены следующие основные результаты:

1. Разработана проблемно-ориентированная на использование в оптимизационных процедурах математическая модель вакуумной цементации с переменными коэффициентами массопереноса, зависящими от вида режима.

2. Поставлены и решены краевые задачи оптимального управления процессом вакуумной цементации в атмосфере ацетилена деталей как объектом с распределенными и переменными параметрами по критериям максимальной производительности печи и максимальной абсолютной точности распределения концентрации углерода по толщине цементованного слоя в условиях ограничений параметров процесса цементации.

3. Разработана инженерная методика определения параметров оптимального управления процессом вакуумной цементации.

4. Разработаны оптимальные по абсолютной точности результирующего распределения концентрации углерода и по производительности оборудования в условиях заданного качества режимы вакуумной цементации деталей буровых долот в условиях технологических ограничений.

5. Предложена автоматизированная система оптимального управления (АСОУ), предназначенная для реализации разработанных оптимальных алгоритмов управления технологическими режимами вакуумной цементации деталей буровых долот.

6. Проанализировано влияние условий вакуумной цементации на параметры оптимального управления технологическим процессом.

1. Лахтин, Ю.М. Химико-термическая обработка металлов Текст./Б.Н. Арзамасов. М.: Металлургия, 1985, 216 с.

2. Башнин, Ю.А. Технология термической обработки Текст./ Б.К. Ушаков, А.Г. Секей, -М.: Металлургия, 1986.

3. Земсков, Г.В. Многокомпонентное диффузионное насыщение металлов и сплавов Текст./ P.JI. Коган, М.: Металлургия, 1978. - 208 с.

4. Бондаренко, В.А. Технологические процессы машиностроительного производства Текст. /Под общ. редакцией С.И. Богодухова, -Оренбург: ОГУ, 1996.

5. Осипов, Н.М. Разработка и внедрение способов цементации для тяжелонагруженных изделий из коррозионно-стойких сталей мартенситного класса. Текст.: дисс. канд. техн. наук: 05.16.01 -Самара, 1991.

6. Рябченко, Е.В. Ионная цементация Текст./Техника машиностроения. -2002.-№1.-с. 77-80.

7. Заваров, А.С. Термическая обработка в кипящем слое Текст./А.П. Баскаков, С.В. Грачев, М.: Металлургия, 1981. - 84 с.

8. Химико-термическая обработка металлов и сплавов Текст./Справочник под общ ред. JI.C. Ляховича, М.: Металлургия, 1981.-424 с.

9. Кальнер, В.Д. Цементация и нитроцементация стали Текст./М.: Машиностроение, 1973. 40 с.

10. Литовченко, А.Н. Цементация изделий с регулированием концентрации углерода с поверхности путем изменения массообмена в загрузке. Текст.: дис. канд. техн. наук. Челябинск, 1986. - 169 с.

11. Стойкость буровых долот Текст./Под общ. редакцией К.Б. Кацова. -Киев: Наукова думка, 1979.

12. Козловский, И.С. Химико-термическая обработка шестерен Текст./М.: Машиностроение, 1970.

13. Жидовцев, Н.А., Долговечность шарошечных долот Текст./ В. Я. Кершенбаум, Э. С. Гинзбург и др. М.: Недра, 1992. - 266 с.

14. Тонодзука, Ф. Руководство по производственной технологии газовой цементации Текст./Киндзоку дзайре, 1977.

15. Авторское свидетельство № 560004.

16. Бутковский, А.Г. Методы управления системами с распределенными параметрами Текст./М.: Наука, 1975. 568 с.

17. Бутковский, А.Г. Теория оптимального управления системами с распределенными параметрами Текст./М.: Наука, 1965. 474 с.

18. Бутковский, А.Г. Оптимальное управление нагревом металла Текст./С.А. Малый, Ю.Н. Андреев, М.: Металлургия, 1972. 439 с.

19. Бутковский, А.Г. Управление нагревом металла Текст./С.А. Малый, Ю.Н. Андреев, М.: Металлургия, 1981. 271 с.

20. Сиразетдинов, Т.К. Оптимизация систем с распределенными параметрами Текст./М: Наука, 1977. 480 с.

21. Лурье, К.А. Оптимальное управление в задачах математической физики Текст./М.: Наука, 1975. 480 с.

22. Лионе, Ж.Л. Оптимальное управление системами, описываемыми уравнениями с частными производными Текст./М.: Мир, 1972. 416 с.

23. Егоров, А.И. Оптимальное управление тепловыми и диффузионными процессами Текст./М.: Наука, 1978. 464 с.

24. Островский, Г.М. Методы оптимизации сложных химико-технологических схем Текст./Ю. М. Волин, М.: Химия, 1970. 328 с.

25. Понтрягин, Л.С. Математическая теория оптимальных процессов Текст./В.Г. Болтянский, Р.В. Галекрелидзе, Е.Ф. Мищенко, М.: Наука, 1969. 384 с.

26. Егоров, Ю.В. Необходимые условия оптимальности управления в банаховом пространстве Текст./Математический сборник (новая серия).-1964.- Т. 64 (106), № 1. с. 79 - 101.

27. Дегтярев, Г.Л. Оптимальное управление процессами с распределенными параметрами при неполном измерении Текст./Г.Л. Дегтярев, Т.К. Сиразетдинов, Автоматика и телемеханика.- 1977.- №5. -с. 5-10.

28. Бутковский, А.Г. К исследованию быстродействия подвижного управления Текст./А.Г. Бутковский, В. А. Кубышкин, JI.M. Пустыльников, Б.П. Шафарец, Автоматика и телемеханика.- 1980.- №9. -с. 13-23.

29. Бутковский, А.Г. Оптимальные процессы в системах с распределенными параметрами Текст./Автоматика и телемеханика.-1961.- №1. с.17.

30. Бутковский, А.Г. На пути к геометризации управления Текст./Изв. РАН. Теория и системы управления. -1997.- №1. с. 16-27.

31. Бутковский, А.Г. Структурная теория распределенных систем Текст./М.: Наука, 1977. 320 с.

32. Лыков, А.В. Теория теплопроводности Текст./М.: Высшая школа, 1967.- 392 с.

33. Лившиц, М.Ю. Системная оптимизация процессов нагрева в промышленных установках Текст./Тезисы докладов и сообщений. V Минский международный форум по тепло и массообмену. Минск,2004. Т.1, с.257-259.

34. Рапопорт, Э.Я. Метод расчета оптимальных режимов нагрева массивных тел внутренними источниками тепла Текст./Изв. вуз. Энергетика.- 1978,- № 6. с. 89-96.

35. Рапопорт, Э.Я. Задача оптимального по быстродействию управления нестационарным процессом теплопроводности Текст./Изв. вуз. Математика.- 1976.- №11. с. 112.

36. Рапопорт, Э.Я. Альтернансный метод в прикладных задачах оптимизации Текст./М.: Наука. 2000.

37. Рапопорт, Э.Я. Оптимизация процессов индукционного нагрева металла Текст./М.: Металлургия, 1993. 279 с.

38. Цитович, И. С. Трансмиссии автомобилей./ Каноник И. В., Вавуло В.Л. //Минск. Наука и техника, 1979. С. 256.

39. Цепов, С.Н. Особенности науглероживания стали при вакуумной цементации Текст./МиТОМ.- №8. 1979. - с. 50 - 54.

40. Усатый, Ю.П. Вакуумная цементация стали 18ХГТ Текст./Э.Н. Мармер, С.Г.Мурованная, Ф.А.Палей, Л.И.Волкова, МиТОМ. -№11. -1977. с.74-76.

41. Гончаров, А.Г. Механические свойства сталей после вакуумной и газовой цементации Текст./ Р.П. Уварова, МиТОМ. №5. - 1990., с.10-12.

42. Цепов, С.Н. Особенности структурообразования в приповерхностных слоях металла при вакуумной цементации Текст./М.А. Криштал, МиТОМ. №5. - 1983. - с. 27 -29.

43. Криштал, М.А., Прочностные свойства сталей после вакуумной цементации Текст./ С.Н. Цепов, В.В. Малахов, В сб.: Технология автомобилестроения. Сер. С-ХШ. М.: НИИНавтопром, 1981, №4. -с.24-26.

44. Гюлиханданов, E.JL, Расчет концентрационного профиля углерода при цементации сталей в контролируемых атмосферах природного газа Текст./В.В. Кисленков, С.Н. Проворотов, МиТОМ. 1981. №8. -с.7-9.

45. Моделирование и автоматизация на базе ЭВМ процессов ХТО автомобильных деталей Текст./М.: ЦНИИТЭИАВТОПРОМ, 1987. -82с.

46. Самарский, А.А. Теория разностных схем Текст./М.: Наука, 1977. -645с.

47. J. Iron steel inst. 1972. - №210. - p. 785 - 789.

48. Trans inst. MC. 1979. - vol.l. - №3. - p. 159 - 164.

49. Comput Mater. Technol. Proc. Int. Conf. Tinroping, 4 5, June, 1980. -Oxford.-1981.-p. 69-79.

50. Мельник, П.И. Диффузионное насыщение железа и твердо-фазные реакции в сплавах Текст./М.: Металлургия. 1993 г.

51. Дроздов, П.Д. Номограммы нелинейного процесса вакуумной цементации сталей Текст./А. В. Драницин. Тез. докл. на

52. Всероссийской научно-технической конференции. Новые материалы и технологии. - Москва, 2000. - с. 14-15.

53. Артеменко, А.И./Справочное руководство по химии, И.В. Тикунов, В.А. Малеванный: Справ, пособие 2-е изд. М.:Высшая школа. 2003. -367 с.

54. Edenhofer, В. Einsatzharten ein prozess mit neuen entwicklungen und perspektiven Текст./НТМ 56 (2001) 1. p. 14 - 22.

55. Фромм, E. Газы и углерод в металлах Текст./Е. Гебхардт, Пер. с нем. М.: Металлургия. 1980. с. 712.

56. Лущик, М. М./Сборник трудов института "Теплопроект", 1975. с. 54 -62.

57. Suzuoka, T./Trans. Japan. Inst. Metals, 1961, v. 2, №1. p. 25.

58. Криштал, M. А. Многокомпонентная диффузия в металлах Текст./А.И. Волков, М.: Металлургия, 1985, - 176 с.

59. Metaloznomsturo i obrobka cieplna, wizesien paroziernik. 1975. №17. - p. 24-30.

60. Криштал, M. А. Механизм диффузии в железных сплавах Текст./М.: Металлургия, 1972. 400 с.

61. Metallurgica Italiana. 1982. - vol. 14. - №3. - p. 177 - 183.

62. Heat Treat of Metals. 1975. - vol 2. - №1. - p. 12 - 20.

63. Metallurgical Transationist. 1972. - vol 3. - p. 28 - 65.

64. Моделирование и разработка алгоритмов оптимизации термохимической обработки деталей двигателей Текст.: отчет о НИР (заключ.)/Куйбышевский политехнический институт; рук. М.Ю. Лившиц, Куйбышев, 1988. с. 57 - 59.

65. Андреев, Ю.Н. Оптимальное проектирование тепловых агрегатов Текст./ М.: Машиностроение, 1983. 299 с.

66. Чалый, В.Д. Планы эксперимента высоких порядков для идентификации объектов Текст./Учеб. пособие. М.: Изд-во МИФИ, 1987.-64 с.

67. Слотин, Ю.С. Композиционное планирование регрессионного эксперимента Текст./М.: Знание, 1983. 52 с.

68. Хартман, К., Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов Текст./Э. Лецкий, В. Шеффер, М.: Мир. 1977.-552 с.

69. Новик, Ф.М. Математические методы планирования экспериментов в металловедении Текст./Сборник задач. М.: МИСиС, 1972. с. 131.

70. Адлер, Ю.П. Введение в планирование эксперимента Текст./Изд. Металлургия. 1969.

71. Бураковски, Т. Состояние и перспективы применения диффузионных слоев с высокой износостойкостью Текст./Я. Сенаторски, Я. Тациковски, Металловедение и термическая обработка металлов. 1984. -№ 3. с. 11 -13.

72. Бокштейн, С.З. Диффузия в неравновесном металле Текст./Физика металлов и металловедение. 1968. т. 25. Вып.4. с. 702.

73. Андреев, Ю.Н. О сравнении двух методов решения задачи получения заданного распределения углерода за минимальное время Текст./Е.З. Черняховский. МиТОМ. 1989. № 3. с. 17 - 19.

74. Гахов, Ф.Д. Краевые задачи Текст./М., 1953.

75. Дезин, А.А. Общие вопросы теории граничных задач Текст./М.: Наука. Гл.ред.физ.-мат.лит., 1980.-207 с.

76. Симоненко, И.Б. Математический анализ и его приложения Текст./Ред.; Рост.ун-т.- Ростов: Изд-во Рост.ун-та, 1981.-165с.

77. Лаврентьев, М.М. Математический анализ и дифференциальные уравнения Текст./Межвуз. сб. науч. тр./Ред. Новосиб.ун-т.-Новосибирск: Новосиб.ун-т, 1987.-164с.

78. Карташов, Э.М. Аналитические методы в теории теплопроводности твёрдых тел. Текст./М.: Высшая школа, 1985.- 480с.

79. Лаврентьев, М.А. Методы теории функций комплексного переменного Текст./4-е, испр. изд. изд.- М.: Наука. Гл.ред.физ.-мат.лит., 1973.- 736с.

80. Пападимитриу, X. Комбинаторная оптимизация Текст./К. Стайглиц, Алгоритмы и сложность. Пер. с англ. М.: Мир, 1985.

81. Севостьянов, П.В. Многокритериальная идентификация и оптимизация технологических процессов Текст./Туманов Н.В. Минск: Наука и техника, 1990. 345 с.

82. Пешель, М. Моделирование сигналов и систем Текст./М.: Мир. 1981.

83. Банди, Б. Методы оптимизации. Вводный курс: Пер. с англ. Текст./М.: Радио и связь, 1988. 128с.

84. Головской, A.JI. Особенности структуры и свойств сталей 14ХНЗМА и 15НЗМА после вакуумной цементации Текст./В.С. Муратов, М.В. Надулин. Заготовительные производства в машиностроении. №9, 2005.-с. 41-43.

85. Никольский, С.М. Курс математического анализа Текст./М.: Издательство физико-математической литературы, 2001. 592 с.

86. Усовершенствованная высоковакуумная печь Текст./Носуасиит. -Ofen fur langlebide Produkte. HTM: harter techn. mitt. 2005, 60, № 1,2. C. 22. 1.

87. Самойленко, Ю.И. Пространственно распределенные системы автоматического управления и способы их реализации Текст./Автоматика и телемеханика. 1968. - № 2. - с.57-69.

88. Чубаров, Е.П. Управление системами с подвижными источниками воздействия Текст./М.: Энергоатомиздат, 1985. 288 с.

89. Буглак, Л.И. Автоматизация методических печей Текст./ И.Б. Вольфман, С.Ю. Ефроймович и др./ Под общ. ред. М.Д. Климовицкого. М.: Металлургия, 1981. - 196 с.

90. Маковский, В.А. Динамика металлургических объектов с распределенными параметрами Текст./М.: Металлургия, 1971. 384 с.

91. Ермольев, Ю.М. Конечно-разностный метод в задачах оптимального управления Текст./В.П. Гуленко, Т. И. Царенко, Киев: Наук, думка, 1978. - 164 с.

92. Асатурян, В.И. Теория планирования эксперимента Текст./М.: Радио и связь, 1983.-248 с.

93. Гласко, В.Б. Об одной обратной задаче теплопроводности Текст./В.Б. Гласко, Н.И. Кулик, А.Н. Тихонов И.Н. Шкляров, Журнал вычис-ительной математики и математической физики. 1979.- №3. с. 768-774.

94. Гачинский, Э.Е. Управление многосвязным объектом поисковым методом с адаптацией к априорно неизвестный и меняющимся параметрам Текст./Э.Е. Гачинский, Д.Н. Фицнер, Автоматика и телемеханика.- 1980.- №9. с. 91-101.

95. Гачинский, Э.Е. Автоматическая оптимизация в задачах пространственного распределения Текст./А.И. Дроздов, JI.H. Фицнер, М.: Наука, 1978. 160 с.

96. Будак, Б.М. Приближенные метода решения задач оптимального управления Текст./Б.М. Будак, Ф.П. Васильев, М.: МГУ, 1969.-Вып.2. - с. 68-127.

97. Горбатков, С.А. Метод итерационной линеаризации для построения алгоритмов функционирования индукционных нагревателей Текст./Алгоритмизация и автоматизация технологических процессов и промышленных установок. Куйбышев, 1976.- Вып.7. - с. 127-134.

98. Бурак, Я.И. Оптимизация переходных процессов в термоупругих оболочках Текст./Ю.Д. Зозуляк, Б.В. Гера. Киев: Наук, думка, 1984. -156 с.

99. Тихонов, А.Н. О методах регуляризации задач оптимального управления Текст./ДАНСССР, 1965. Вып. 162, №4. с. 763-766.

100. Веселовский, Л.П. Тиристорные регуляторы переменного тока в устройствах с активно-индуктивной нагрузкой Текст./А.Г. Стоякин, Ю.Г. Черных. Тиристорно-индукционные комплексы звуковой и ультрозвуковой частоты. Уфа, 1982. с.68-73.

101. Васильев, Ф.П. Численные методы решения экстремальных задач Текст./М.: Наука, 1980. 520 с.

102. Крылов, К.А. Повышение долговечности и эффективности буровых долот Текст./О.А. Стрельцова. М.: Недра, 1983.

103. Зинченко, В.М. Инженерия поверхности зубчатых колес методами химико-термической обработки Текст./М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001.- 303 с.

104. Неупокоев, В. Г. Вопросы теории и практики проектирования, производства и эксплуатации буровых шарошечных долот Текст./Самара: Самарский Государственный Аэрокосмический Университет, 2000. 376 с.

105. Болховитнов, Н. Ф. Атлас макро- и микроструктур металлов и сплавов Текст./Е. Н. Болховитнова. М.: Государственное научно техническое издательство машиностроительной литературы, 1959. с. 87.

106. Зинченко, В.М. Формироване фазового состава и микроструктуры поверхностных слоев цементованных деталей Текст./М.: Технология металлов. №2, 2004.

107. Дубинин, Г.Н. О перспективах развития химико-термической обработки металлов Текст./МиТОМ. №7,2004.

108. Металловедение и термическая обработка Текст./Справочник. Под общ. ред. М.Л.Бернштейна и А.Г.Рахштадта. М.: Металлургия, 1991. Т.1.-304 с.

109. Металловедение и термическая обработка Текст./Справочник. Под общ. ред. М.Л.Бернштейна и А.Г.Рахштадта. М.: Металлургия, 1991. Т.2.-464 с.

110. Садовский, В.Д. и др. Сталь, № 6, 1955.

111. Голыптейн, Я.Е., Муштакова Т.П. МиТОМ, № 5, 1978.

112. Рыжов, Н.М. Особенности вакуумной цементации теплостойкой стали в ацетилене Текст./А.Е. Смирнов, Р.С. Фахуртдинов, Л.М. Мулякаев, В.И. Громов. МиТОМ.- №6. 2004. - с. 10 - 15.

113. Рыжов, Н.М. Управление насыщенностью углеродом диффузионного слоя при вакуумной цементации теплостойких сталей Текст./ А.Е.Смирнов, Р.С. Фахуртдинов. МиТОМ.- №8. 2004. - с. 22 - 27.

114. Деревянов, М.Ю. Оптимизация технологического процесса вакуумной цементации шарошек буровых долот. Текст./ А.Л. Головской. Труды Всероссийской научной конференции «Математическое моделирование и краевые задачи» г.Самара 29- 31 мая 200бг//СамГТУ 2006г.

115. Деревянов, М.Ю. Оптимальное управление процессом газовой цементации. Текст./ Труды Всероссийской научной конференции «Математическое моделирование и краевые задачи» г.Самара 26- 28 мая 2004г., часть 2, стр. 69-72 //СамГТУ 2004г.