Зоны и оперативное время.

Суть технологического процесса состоит в определении по­следовательности операций над операндом 0d - Od, в резуль­тате чего происходит изменение Е,. Но любое преобразование

 

связано с изменением энергетического состояния операнда, кото­рое требует учитывать энергетический поток. Кроме этого, любое преобразование происходит в определенных временных и про­странственных режимных интервалах, которые требуется изме­рять, стабилизировать и изменять. Совокупность этих операций определяет технологию управления. При этом оперируют инфор­мационными потоками J. Таким образом, любая /-я операция тех-_; нологического процесса будет иметь вид, представленный на рис.2.

1.4. Понятие оперативной зоны

Из рис.2 можно сделать вывод, что существует место (объем пространства), называемое оперативная зона, где происходит соединение трех потоков П: потока операнда, потока управления и потока энергии. Эта оперативная зона образована элементами оборудования, а именно, инструментом, который обеспечивает взаимодействие указанных трех потоков. В данной работе понятие "технологическое оборудование" не рассматривается, поэтому укажем лишь некоторые его функции.

1. Организация зоны преобразований (оперативной зоны).

2. Позиционирование операнда (обеспечение необходимых координат в пространстве).

3. Преобразование потоков (изменение скорости, концентра-

 

ции, вида движения и т.д.).

4. Преобразование вида энергии (электрической в механиче­скую и т.д.).

5. Обеспечение безопасности при проведении преобразова­ний над операндами.

Следует отметить, что операндом может также быть поток энергии или информации. Наличие двух других потоков (энергии и информации) в этих случаях будет обязательно. То есть энергети­ческое и информационное обеспечение преобразований энергии и информации, когда они являются операндами, также обязательно.

В результате выполнения операции наряду с выходом Od_t будет выход Odi в виде вещественных отходов (например, обра­зующаяся на поверхности горячего металла окалина), Э, - энерге­тические отходы (например, выделяемое тепло), J, - информаци­онные отходы (например, шум). В общем случае эти отходы "загрязняют" окружающую среду и являются "заботой" специали­стов-экологов и специалистов по охране труда. Поэтому в пере­чень функций оборудования можно добавить еще одну - защита от отходных потоков другого оборудования и человека (защита от пыли, паров, шума, электромагнитного излучения и т.д.).

В зависимости от уровня защиты (отдельные операции, тех­нология защиты, безотходные технологии) конструируемая техно­логия существенно усложняется и приводит к переосмысливанию системы целей. При этом условно как бы параллельно проходят несколько систем преобразований с некоторым пересечением оперативных зон.

Согласно [1], все возможные варианты конструирования тех­нологических процессов можно представить в виде нескольких си­туаций, которые необходимо разрешить (табл. 1).

Таблица 1 Типичные инженерные задачи конструирования технологий

1.5. Представление технологических процессов (Технических систем типа "процесс")

В ходе конструирования ТП последний отображается в виде различных моделей, которые с некоторой точностью описывают реальные процессы и состояния.

1. Математическая модель.

Система уравнений, описывающая протекание процессов (физических явлений, эффектов) и определяющая их зависимости от технологических параметров.

2. Словесное описание (логические модели).

Наиболее простая модель, но она не обеспечивает одно­значности. Как правило, избыточна, трудно поддается формализа­ции, поэтому часто для наглядности и возможности формализации технологический процесс отображается структурно. При этом воз­можны несколько вариантов.

3. Представление ТП в виде блок-схемы.

В этом случае процесс в целом изображается в форме пря­моугольника, который представляет собой операцию (О,), с тек­стом, определяющим вид преобразований. Стрелки, подходящие к прямоугольнику и отходящие от него, указывают потоки операнда, энергии и информации (управления). Подобным образом пред­ставлены ТП на рис.1, 2.

4. Временные диаграммы.

Диаграмма позволяет наглядно представить последователь­ность операций, их временной интервал, паузы и холостые ходы оборудования.

1.6. Технологические процессы с совмещенными операциями (совмещенные технологии)

Технологические процессы выполняются при реализации операций последовательно во времени (см. рис.1,а-в). То есть со­единение потоков операнда, энергии и информации (см.рис.2) происходит в различное время и в различных местах. При этом необходимо учитывать тот факт, что имеются отходные потоки операнда, энергии и информации. Следует иметь ввиду, что от­ходными (выбросами) они являются только конкретно для данной операции и могут быть полезными (или даже необходимыми) для других операций. Кроме того, в ближайшем окружении оператив-

ной зоны могут находиться (существовать) вещество, энергия и информация, которые возможно использовать в технологии. Исхо­дя из вышесказанного, можно сформулировать понятие "ресурса". Под ресурсом при конструировании технологии следует понимать отходные потоки от преобразований операнда, вещества, энергии и информации, находящиеся в системе преобразований, т.е. в технологическом процессе.

Следовательно, актуальным при конструировании техноло­гий является использование ресурсов. Это позволяет решить не­сколько задач:

а) уменьшение отходов в целом, т.е. решение экологических
проблем;

б) удешевление технологии за счет использования отходов;

в) возможность проведения последующей операции за счет
ресурсов предыдущей. При этом если соблюдаются некоторые
условия, то возможно совмещение операций. Определим эти ус­
ловия.

1. Необходимо, чтобы объем преобразования (оператив­
ная зона) одной операции был вложен или имел пересечение с
оперативной зоной другой операции (рис.3, а-в).

2. Время одной операции (оперативное время) было соиз­меримо с временем (интервалом времени) другой операции (рис.4, а-в).

3. Возможности реализации двух или нескольких операций параллельно.

Эти требования следуют из того, что существует некоторая

 

последовательность операций, которая не может быть нарушена (например, сначала нагреть, а потом сдеформировать; сначала очистить поверхность, а потом нанести покрытие).

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что в случа­ях вложения или достаточного пересечения оперативных зон (Рис.За.б) и временных интервалов (оперативного времени -Рис.4а,б) возможна ситуация, когда две или несколько операций проводятся в совмещенном режиме, т.е. в одном месте простран­ства и в один и тот же интервал времени. При этом совмещенная оперативная зона больше или равна большей оперативной зоне, а совмещенное оперативное время равно или больше большего оперативного времени. Такие технологические процессы называ­ются совмещенными, или технологическими процессами с со­вмещенными операциями.

Как уже было указано для реализации операции необходимо взаимодействие потоков операнда, энергии и информации (рис.2). Эти потоки могут иметь различные состояния, что приводит к вве­дению понятия «режимы операций». Следовательно, функция ин­формационного потока J - измерение и контроль параметров тех­нологических операций (функция управления не рассматривается), и измерение и контроль компонентов вектора свойств, или, по дру­гому, параметров качества по ходу выполнения технологического процесса и его окончания.

Следовательно, изучение курса «Методы и средства изме­рений испытаний и контроля» имеет цель приобретения знаний и

навыков получения информации для организации системы управ­ления качеством, а выполнение курсового проекта направлено на решение ряда практических задач информационного сопровожде­ния технологического процесса.

2. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

В качестве примера рассмотрим технологию изготовления холоднокатаных листов 1,0x1250x1500 мм из стали марки 08пс по ГОСТ 9045.

Все требования, предъявляемые к изделию сформулирова­ны в нормативно-технической документации (ГОСТ, ТУ, СТО и т.д.).

В качестве примера рассмотрим производство холодноката­ных листов 1x1250x1500 мм из стали марки 06ПС по ГОСТ 9045.

Результат анализа технологического процесса (ТП) пред­ставлен в виде информационной технологической схемы (Прило­жение 1). На данной схеме технологический процесс методами де­композиции представлен в виде технологических операций, с ука­занием контролируемых режимов.

Описание технологической операции или блока технологи­ческих операций может иметь следующий вид.

Травление горячекатаных полос на непрерывных травильных агрегатах (НТА №1, HTA №2)

Исходным материалом для травления являются горячеката­ные полосы, смотанные в рулоны, поставляемые цехом горячей прокатки (ЛПЦ-4). Поставка производится в соответствии с требо­ваниями СТП-14-101-81-77 на горячекатаную полосу в рулонах для прокатки на стане холодной прокатки и для поставки в горячеката­ном травленом виде. ■

На травление подаются полосы с пределом прочности не более 50 кг/мм².

1. Задача рулонов в травление и сварка

Рулоны со склада поступают на гильотинные ножницы № 1 для обрези переднего и заднего концов рулона.

Полоса должна быть обрезана под прямым углом, не иметь загибов, заусенцев, рванин от выкрошки ножей.

Разнотолщинность полос после обрезки концов не должна превышать 20 мм, косина реза - не более 2 мм.

Контроль за качеством подготовки концов полос к сварке осуществляется оператором сварочной машины. Кантовка ножей производится одновременно с кантовкой электродов, то есть 2 раза в неделю.

Далее полоса поступает к стыкосварочной машине, на кото­рой производится сварка конца предыдущей полосы с передним концом последующей полосы.

Периодически на контрольных швах проверяется разнотол­щинность концов стыкуемых полос замерами ее толщины по кром­ке и качество сварных швов.

Контроль качества сварного шва осуществляется визуально и замером разнотолщинности состыкованных концов и высоты грата.

2. Блок операций травления горячекатаной полосы

Целью травления горячекатаной полосы является полное удаление окалины с ее поверхности, которое осуществляется в ванне непрерывного травильного агрегата при взаимодействии окалины с сернокислым травильным раствором.

Сначала полоса поступает в кислотную ванну. В качестве травильного раствора используется маточный раствор, получае­мый в результате переработки отработанного травильного раство­ра на вакуум-кристаллизационных агрегатах.

Оптимальный состав маточного раствора:

H₂SO,- 22-26% FeS0₄-до 9%

Наибольшую химическую активность сернокислотные тра­вильные растворы имеют при содержании H₂S0₄ - 20*22%. Под коэффициентом активности понимается отношение содержания кислоты к содержанию сульфата железа (FeS0₄). Общий коэффи­циент активности растворов должен быть в пределах 1,2-1,5. Ми­нимальное значение 1,0. Поэтому предусматривается контроль раствора с помощью рН метра.

 

Оптимальная температура травильных растворов поддержи­вается регулированием подачи острого перегретого пара с пара­метрами Р=2*8атм, Т=150*300°С.

Далее полоса поступает в ванну холодной промывки. Остат­ки травильного раствора удаляются путем струйной промывки хо­лодной водой, поступающей со станции нейтрализации и находя­щейся в оборотном цикле, рН промывной воды 7-10.

Далее полоса поступает в горячую промышленную воду для вторичной промывки.

Вода в ванне горячей промывки обновляется непрерывно со скоростью 20*50 м³/час. Температура воды в ванне горячей про­мывки не ниже 90 °С, подогрев осуществляется паром. Значение рН должно быть в пределах 6*9.

Сушка полосы производится горячим воздухом, подогревае­мым в калориферах до температуры 100°С и подаваемым на по­лосу. Поверхность полосы после сушки должна быть чистой и су­хой.

Метрологическое обеспечение технологического процесса травления горячекатаного металла представлено в таблице 3.

Таким образом описываются все основные технологический операции.

3. ВЫБОР ВАРИАНТА РАЗРАБОТКИ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ И КОНТРОЛЯ

Далее следует произвести анализ информационного сопро­вождения технологического процесса (ТП) по следующему принци­пу.

1. Если какой-либо параметр в реальном ТП не контролиру­ется, а его величина влияет на качество продукции, необходимо предусмотреть его контроль.

2. Если контроль технологического параметра предусмотрен методами разрушающего контроля, эпизодического контроля, то необходимо обеспечить метод неразрушающего контроля (НК), непрерывного контроля.

Если в ТП реализован непрерывный метод НК, необходи­мо перевести его в режим автоматизированного или автоматиче­ского контроля.
Таблица 3

Метрологическое обеспечение

 

 

При выполнении курсовой работы необходимо предусмот­реть следующие этапы:

1) определение метода и средства измерения режима тех­нологической операции;

2) определение метода и средства оценки параметра каче­ства изделия.

В качестве примера первого этапа можно привести измере­ние толщины листа после прокатки. Методы и средства этих тех­нологий достаточно хорошо описаны и поэтому в данной методи­ческой работе не рассматриваются.

Вторым этапом выполнения курсовой работы является кон­троль параметра качества изделия.

Важным показателем, влияющим на качество листового проката и на многие характеристики процесса дальнейшей пере­работки листа, является наличие поверхностных дефектов. В на­стоящее время этот метод контроля в ТП не предусматривается. Поэтому необходимо его ввести.

Т.к. многие нарушения структуры поверхностных объемов ферромагнитных материалов связаны с процессами намагничива­ния и рассеивания магнитных полей, то первичный преобразова­тель для определения пассивного параметра нарушения структуры (Стр) будет иметь вид (рис. 5)

Т.е. должны существовать функциональная или корреляци­онная зависимость Ф_р =f(CTp). Она является физической основой первичного преобразования, должна быть описана или в методе измерений, или в описании функционирования средства измере­ния. Например, это может быть представлено в следующем виде.