Разработка алгоритма моделирования характеристик сталей в подсистеме управления производственными ресурсами сталеплавильного производства

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.

алгоритм моделирования, сталь, требуемые характеристики, математическое моделирование, программный продукт

1. Кабулова Е. Г. Применение математического моделирования для прогнозирования свойств сплавов // Естественные и технические науки. 2015. № 4 (82). С. 198—200.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. Кузнецов Л. А., Черных М. В. Статистическая модель металлургической технологии // Известия вузов. Черная металлургия. 2007. № 11. С. 61—65.

6. 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.

7. Фрейдензон М. Е., Соколкин Б. П. и др. К вопросу комплексной оценки качества продукции // Сталь. 1977. № 1. С. 82—84.

8. 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.

9. 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.

10. Агекян Т. А. Основы теории ошибок для астрономов и физиков. М.: Наука, 1972. 170 с.

11. 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.

12. 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.

13. Рожков И. М., Власов С. А., Мулько Г. Н. Математические модели для выбора рациональной технологии и управления качеством стали. М.: Металлургия, 1990. 184 с.

14. 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.