novtexmechМехатроника, автоматизация, управлениеMekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie1684-64272619-1253Commercial Publisher «New Technologies»10.17587/mau.20.615-622novtexmech-706Research ArticleАВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИAUTOMATION OF PROCESS CONTROLРазработка алгоритма моделирования характеристик сталей в подсистеме управления производственными ресурсами сталеплавильного производстваDevelopment of Modeling Algorithm of the Characteristics of the Steels in the Subsystem of Management of the Production Resources of Steel ProductionКочковскаяC. C.KochkovskayaS. S.

старший преподаватель

Senior Lecturer

lana1905@mail.ruОрски й гуманитарно-технологический институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования "Оренбургский государственный университет"РоссияOrsk Humanitarian-Technology Institute (Branch) of Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Orenburg State University"Russian Federation2019101020192010615622Copyright © Commercial Publisher «New Technologies», 20192019Commercial Publisher «New Technologies»Commercial Publisher «New Technologies»https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://mech.novtex.ru/jour/article/view/706

Статья посвящена разработке алгоритма моделирования характеристик сталей в соответствии с требованиями заказчика. Представлена математическая модель, учитывающая оптимальные уровни основных факторов и их взаимодействия, обеспечивающие требуемые значения характеристик. Следующим этапом изучения математической модели послужило моделирование средствами методологии функционального моделирования IDEF0. Определены входные и выходные данные, а также нормативные документы управления моделью и механизмы этого управления для построения функциональной модели. Механизмом управления послужил программный продукт OptimalSostav, разработанный с использованием объектно-ориентированного языка программирования Delphi. Программный продукт предназначен для моделирования характеристик сталей с помощью заданных ограничений допустимых минимальных и максимальных значений механических свойств. Описан алгоритм реализации механизма управления, в основу которого положен дробный факторный анализ. Представленный алгоритм позволяет выявить влияние химического состава на механические свойства сталей в виде полученных математических и графических зависимостей и определить заданные механические свойства, удовлетворяющие требованиям заказчика. Рассмотрены основные возможности и область применения программного продукта, позволяющего решить задачу прогнозирования оптимального химического состава, обеспечивающего требуемые механические характеристики, а также скорректировать процесс выплавки сталей в рамках заданного химического состава для достижения требуемого комплекса свойств. Показано применение программного продукта на примере анализа влияния химических элементов на механические свойства валковой стали 75ХМФ. Приведены результаты моделирования в виде полученных математических и графических зависимостей и дана оценка эффективности применения программного продукта. Представлены результаты решения задачи аппроксимации полученных графических зависимостей влияния химических элементов на механические свойства исследуемой марки стали средствами Microsoft Excel. Установлено, что разработанное математическое и алгоритмическое обеспечение программного продукта позволяет изучить процентное содержание химических элементов по отношению к общему составу сплава на основе полученных круговых диаграмм и графиков зависимостей. Адекватность модели подтверждена результатами экспериментов.

The article is devoted to the development of an algorithm for modeling the characteristics of steels in accordance with customer requirements. A mathematical model is presented that takes into account the optimal levels of the main factors and their interaction, providing the required values of the characteristics. The next step in the study of the mathematical model was modeling by means of functional modeling methodology IDEF0. Input and output data, as well as normative documents of model management and mechanisms of this management for building a functional model are defined. The control mechanism was the software product OptimalSostav, developed using the object-oriented programming language Delphi. The software product is designed to simulate the characteristics of steels using the specified limits of permissible minimum and maximum values of mechanical properties. The algorithm of realization of the control mechanism, which is based on the fractional factor analysis, is described. The presented algorithm allows to identify the influence of chemical composition on the mechanical properties of steels in the form of mathematical and graphical dependencies and to determine the specified mechanical properties that meet the requirements of the customer. The main possibilities and the scope of the software product, which allows to solve the problem of predicting the optimal chemical composition, providing the required mechanical characteristics, as well as to adjust the process of steel melting within a given chemical composition to achieve the desired set of properties. The application of the software product on the example of the analysis of the influence of chemical elements on the mechanical properties of 75HMF roll steel is shown. The results of modeling in the form of mathematical and graphic dependences are given and the estimation of efficiency of application of the software product is given. The results of solving the problem of approximation of the obtained graphic dependences of the influence of chemical elements on the mechanical properties of the studied steel grade by means of Microsoft Excel are presented. It is established that the developed mathematical and algorithmic software of the software product allows to study the percentage of chemical elements in relation to the total composition of the alloy, based on the obtained pie charts and dependency graphs. The adequacy of the model is confirmed by experimental results.

алгоритм моделированиястальтребуемые характеристикиматематическое моделированиепрограммный продуктmodeling algorithmsteelrequired characteristicsmathematical modelingsoftware productReferencesКабулова Е. Г. Применение математического моделирования для прогнозирования свойств сплавов // Естественные и технические науки. 2015. № 4 (82). С. 198—200.Kabulova E. G. Estestvennye i Tekhnicheskie Nauki, 2015, no. 4 (82), pp. 198—200 (in Russian).Шестакова Е. Н., Потапов А. И., Орлов Г. А. Пути повышения качества кованых прокатных валков // Инновационные технологии в металлургии и машиностроении: материалы международной конференции, посвященной памяти члена-корреспондента РАН, почетного доктора УрФУ В. Л. Колмогорова. Екатеринбург: Изд-во Уральский федеральный университет имени Президента России Б. Н. Ельцина. 2014. С. 483—486.Shestakova E. N., Potapov A. I., Orlov G. A. Materials of the international conference dedicated to the memory of corresponding member of RAS, honorary doctor of UrFU V. L. Kolmogorov "Innovative technologies in metallurgy and mechanical engineering, Ekaterinburg, Publishing house of Uralskii federalnyi universitet imeni Prezidenta Rossii B N Eltsina, 2014, pp. 483—486 (in Russian).Кузнецов Л. A., Корнеев А. М., Журавлева М. Г. Идентификация статистических моделей технологических процессов с заполнением пропусков в данных // Проблемы управления. 2007. № 1. С. 46—50.Kuznetsov L. A., Korneev A. M., Zhuravleva M. G. Problems of management, 2007, no. 1, pp. 46—50 (in Russian).Кузнецов Л. А., Журавлева М. Г., Вишняков Д. Ю. Техника построения многомерных непараметрических карт контроля качества // Электротехнические комплексы и системы управления. 2008. № 3. С. 50—53.Kuznetsov L. A., Zhuravleva M. G., Vishnyakov D. U. Electrotechnical complexes and control systems, 2008, no. 3, pp. 50—53 (in Russian).Кузнецов Л. А., Черных М. В. Статистическая модель металлургической технологии // Известия вузов. Черная металлургия. 2007. № 11. С. 61—65.Kuznetsov L. A., Chernykh M. V. News of higher education institutions. Ferrous metallurgy, 2007, no. 11, pp. 61—65 (in Russian).Kozak L. Y. Conversion of the initial indices of the technological process of the smelting of steel for the subsequent simulation // Computer Research and Modeling, 2017, vol. 9, no. 2, pp. 187—199.Kozak L. Y. Computer Research and Modeling, 2017, vol. 9, no. 2, pp. 187—199.Фрейдензон М. Е., Соколкин Б. П. и др. К вопросу комплексной оценки качества продукции // Сталь. 1977. № 1. С. 82—84.Friedenson M. E., Sokolkin B. P. et al. Stal, 1977, no. 1, pp. 82—84 (in Russian).Kochkovskaya S. S., Kletsova O. A., Kochkovskaya S. S. Study of the structure and properties of hot-rolling rolls from steel 70KH3G2VTB after heat treatment // Metal Science and Heat Treatment. 2015. Vol. 57, N. 1. P. 87—90.Kochkovskaya S. S. Metal Science and Heat Treatment, 2015, vol. 57, no. 1, pp. 87—90.Кочковская С. С., Сердюк А. И. Автоматизация процесса обработки экспериментальных данных по оптимизации химического состава опытных марок валковых сталей на основе дробно-факторного анализа // Автоматизация в промышленности. 2017. № 8. С. 54—56.Kochkovskaya S. S., Serdyuk A. I. Avtomatizatsiia v Promyshlennosti, 2 017, no. 8, pp. 54—56 (in Russian).Агекян Т. А. Основы теории ошибок для астрономов и физиков. М.: Наука, 1972. 170 с.Agekyan T. A. Fundamentals of error theory for astronomers and physicists, Moscow, Nauka, 1972, 170 p. (in Russian).Кочковская С. С., Сердюк А. И. Моделирование химического состава валковых марок сталей с помощью программного обеспечения OptimalSostav // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: тезисы докладов 76-й международной научно-технической конференции. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г. И. Носова. 2018. Т. 1. С. 260—261.Kochkovskaya S. S., Serdyuk A. I. Modeling of chemical composition of roll steel grades by means of the software of OptimalSostav, Theses of reports of the 76th international scientific and technical conference "Current problems of modern science, the equipment and education", Magnitogorsk, Publishing house of Magnitogorsk gos tekhn un-ta im G I Nosova, 2018, vol. 1, pp. 260—261 (in Russian).Кочковская С. С. Применение программного комплекса для расчета и контроля показателей качества валковых сталей и сплавов // Мехатроника, автоматика и робототехника: материалы III Международной научно-практической конференции. Новокузнецк: НИЦ МС, 2019. № 3. C. 82—84.Kochkovskaya S. S. Proceedings of the III International scientific and practical conference "Mechatronics, automation and robotics", Novokuznetsk, SIC MS, 2019, no. 3, pp. 82—84 (in Russian).Рожков И. М., Власов С. А., Мулько Г. Н. Математические модели для выбора рациональной технологии и управления качеством стали. М.: Металлургия, 1990. 184 с.Rozhkov I. M., Vlasov S. A., Mulk G. N. Mathematical model for choice of rational technologies and quality control of steel, Moscow, Metallurgiia, 1990, pp. 184 (in Russian).Кочковская С. С., Сердюк А. И. Расчет оптимальных механических свойств по отношению к процентному содержанию легирующих элементов валковых марок сталей "OptimalSostav" // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2018613600, Роспатент, 2018.Kochkovskaya S. S., Serdyuk A. I. Calculation of optimum mechanical properties in relation to the percentage of the alloying elements of roll steel grades "OptimalSostav", Svidetelstvo ob ofitsialnoi registratsii programmy dlia EVM, no. 2018613600, Rospatent, 2018 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.