levitra bitcoin

+7(495) 725-8986  г. Москва

Журналы

  • Серия
  • Серия
  • Серия
  • Серия
  • Журнал
  • Журнал
  • Журнал
  • Журнал

А.М. Корнеев,  (Д.т.н., доцент, ФГБОУ ВО Липецкий государственный технический университет, г. Липецк)

А.В. Суханов,  (Ассистент, ФГБОУ ВО Липецкий государственный технический университет, г. Липецк)

Серия «Естественные и Технические науки» # 06 2018
Система управления
    Совершенствование методов системного анализа в приложении к формированию сплавов чугуна, в металлической матрице которых имеются композитные включения, - графит, феррит, перлит и аустенит, - является актуальной современной задачей. Цель проведенных автором исследований – построение системы принятия решений при управлении процессом формирования оптимального химического состава чугунных сплавов, свойства которых удовлетворяли бы заданным критериям качества: твердости по Бринеллю, прочности, относительной износостойкости и удельной теплоемкости. Для решения поставленной задачи авторами использовался системный подход: выделены системообразующие свойства отливок из чугуна, определены основные этапы системного исследования, построена структура системы принятия решений, описано пространство состояния объекта управления в системе, сформированы задачи применяемых в системе функционалов, разработаны математические модели на основе методов нечеткой логики и алгоритмов стохастической оптимизации.

Ключевые слова: Система управления, состояние объекта управления, принятие решений, химический состав, сплав, нечёткая логика.

 

Системный подход к формированию сплавов чугуна, в металлической матрице которых имеются композитные включения, - графит, феррит, перлит и аустенит, - с требуемыми свойствами может рассматриваться как способ конструирования систем совместно с методами их описания и исследования. В ряде случаев в материаловедении уже использовался системный подход. Будучи сложными системами, сплавы из нескольких металлов в соединении с неметаллами обладают системными атрибутами и характерными признаками системы: структура, целостность совокупности элементов, устойчивые существенные связи между элементами системы, определяющие её интегративные свойства [1].

Решение технологических задач с применением системного анализа позволяет рассматривать технологический процесс как сложную систему, в которую входят элементы с различными уровнями дискретности и детализации. Если производить анализ элементарных процессов в системе отдельно, то в большинстве случаев это не позволит установить соответствующие элементарным процессам стадии технологического процесса (например, изменение соотношения графита и перлита в металлической матрице сплава чугуна, изменение процентного содержания аустенита в сплаве чугуна может происходить сразу на нескольких технологических стадиях; то же может касаться добавления или переноса отдельных веществ и химических элементов при формировании состава материала). Аналогично невозможно судить в общем о технологическом процессе без рассмотрения взаимосвязей между отдельными стадиями процесса и окружающей средой.

В работах [1, 2] в качестве основного этапа построения систем управления сложными технологическими процессами выделяют математическое моделирование процессов и оценку их адекватности. Математические модели сложных процессов в большинстве случаев представляют собой системы уравнений, посредством которых описывают детерминированные законы, которые отражают только общую суть явлений с учётом ограничений и допущений. В реальности процессы протекают в условиях, далёких от идеальных, что приводит к задачам выбора различных коэффициентов и параметров в модели, определяемых экспериментальным путём [3]. Подобный подход успешно ранее применялся при построения систем управления процессом структуризации композиционных материалов [4, 5, 6] и иных сложных производственных систем [7].

Сокращение числа альтернатив выбора химического состава (рецептуры) чугунных сплавов специального назначения (высокопрочных чугунов, белых или серых чугунов) основано на изучении роли составных ингредиентов в формировании интегративных свойств материала как системы. Прочностные, физические и химические свойства сплавов на основе железа и углерода во многом определяются химическим составом и технологией производства, процентным содержанием графитовых и перлитовых фаз в металлической матрице, а также температурой, с которой началось охлаждение чугуна. Высокой степенью зависимости от указанных факторов обладают структурные свойства сплава.

Построение структуры системы принятия решений при формировании свойств и химического состава чугунных сплавов невозможно без выделения их системообразующих свойств. Как правило, сплавы чугуна полиструктурны, и на разных этапах управления их свойствами необходимо учитывать особенности поведения материала на разных уровнях: субмикроструктурном, микроструктурном и макроструктурном [6]. Например, за счет дисперсного расположения фаз в сплавах чугуна обеспечивается возникновение композитной структуры [8]. В условиях резко различающихся свойствах фаз в сплаве эффект композиционного упрочнения является положительным эффектом, который обуславливается чисто геометрическими факторами: взаимным расположением составляющих фаз, геометрической формой и размерами включений, ориентацией их относительно действующих напряжений [6]. Отметим, что подобный эффект упрочнения имеет место и в других материалах, обладающих композитной структурой [4, 5, 9].

В зависимости от условий, которым должен удовлетворять сплав чугуна, структурная схема управления формированием его свойств и химического состава должна содержать функционалы принятия решений о значениях параметров, характеризующих работу материала на том или ином структурном уровне. Для некоторых видов чугунов необходимым является выполнение требований прочности, износостойкости, твердости, а для других еще и теплопроводности, теплоемкости, хладостойкости, коррозийностойкости в жидких и газовых средах и др. Для удовлетворения данным требованиям в процессе формирования структуры и химического состава чугунного сплава достаточно рассмотреть сплав на макроструктурном уровне [8, 10]. Основными факторами, определяющими свойства сплава (для деталей, работающих на простые виды нагружений, а также изгибаемых элементов) на макроструктурном уровне, являются: дисперсность распределения фаз, геометрическая форма и размеры включений, взаимное расположение составляющих фаз, объемное содержание графита, перлита, аустенита и других включений, химическое взаимовлияние между отдельными фазами, температура охлаждения сплава и др. [8, 10].

Для построения системы принятия решений по управлению процессом формирования оптимального химического состава чугуна необходимо выделить характеристики, определяющие свойства сплава на макроуровне. Такими свойствами можно считать прочность, твердость, относительную износостойкость и удельную теплоемкость. В зависимости от наличия у чугунной отливки тех или иных свойств из перечисленных возможно определять состояние объекта управления, - сплава с заданными характеристиками.

Структурная схема системы принятия решений по формированию оптимального химического состава чугунного сплава представлена на рисунке 1. Здесь состояния, в которых может находиться система обозначены символами Sx, где индекс x может принимать первые 16 значений в двоичной форме (0001 ... 1111) и расшифровывается следующим образом: на первом месте - твёрдость чугунного сплава по Бринеллю (0 - не удовлетворяет требуемому значения, 1 - удовлетворяет), на втором месте относительная износостойкость отливки, на третьем месте - предельная прочность на растяжение, на четвертом месте - удельная теплоемкость. Например, состояние S1100 будет обозначать, что для отливки из чугуна с химическим составом, сформированном в процессе принятия решений, требования к твёрдости и относительной износостойкости удовлетворены, однако прочность и удельная теплоёмкость, наоборот, не соответствует заданным значениям.

Читать полный текст статьи …


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Прангишвили И. В. Системный подход и общесистемные закономерности: научное издание / И. В. Прангишвили - М.: СИНТЕГ, - 2000. - 528 с.
2. Прангишвили И. В. Повышение эффективности управления сложными организационными и социально-экономическими системами / И. В. Прангишвили // Проблемы управления. - 2005. - №5. – С. 28-32.
3. Гинсберг К. С. К вопросу об общей методологии идентификации / К. С. Гинсберг., Д. М. Басанов // Идентификация систем и задачи управления SICPRO-06: Труды V Международной конференции ИПУ РАН. — М., — 2006. — С.131-141.
4. Корнеев А. М. Математическое моделирование и анализ напряженно-деформированного состояния неоднородных сред с непрерывными и дискретными волокнами / Корнеев А. М., Бузина О. П., Суханов А. В. // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 8. – С. 39-44.
5. Корнеев А. М. Детерминированная математическая модель и алгоритм анализа напряженно-деформированного состояния изгибаемых элементов с дискретными волокнами / Корнеев А. М., Бузина О. П., Суханов А. В. // Современные наукоемкие технологии. – 2016. – № 9 (1). – С. 57–62.
6. Гарькина, И.А. Опыт оптимизации многоцелевой системы / И.А.Гарькина, Т.Н. Волкова // Современные научные исследования и инновации. - 2014. - №10. - Ч.1. – С. 120-124.
7. Корнеев А.М. Моделирование сложных производственных систем с помощью вероятностных автоматов / А.М. Корнеев, Т.А. Сметанникова, Л.С. Абдуллах // Вести высших учебных заведений Черноземья. – 2014. – № 1. – С. 39-43.
8. Печенкина Л.С. Оптимизация состава самозакаливающихся чугунов / Л.С. Печенкина // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2017. – №6. – С. 117-121.
9. Корнеев А.М. Вероятностная математическая модель оценки начальной надежности изгибаемых элементов, дисперсно-армированных дискретными волокнами / Корнеев А.М., Бузина О.П., Суханов А.В., Шипулин И.А. // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 9 (3). – С. 25–31.
10. Корнеев А.М. Системная методология в приложении к прогнозированию свойств чугунных сплавов / А.М. Корнеев, А.В. Суханов, И.А. Шипулин // Theoretical & Applied Science. – 2018. – №2 (58). – С. 181-186.
11. Корнеев А.М. Варианты организации и общие схемы алгоритма стохастической оптимизации на основе метода имитации отжига / А.М. Корнеев, А.В. Суханов, И.А. Шипулин // Theoretical & Applied Science. – 2018. – №3 (59). – С. 1-5.


©  А.М. Корнеев, А.В. Суханов, Журнал "Современная наука: актуальные проблемы теории и практики".
 

 

 

 
SCROLL TO TOP
viagra bitcoin buy

Rambler's Top100 �������@Mail.ru