по
Меню журнала
> Архив номеров > Рубрики > О журнале > Авторы > О журнале > Требования к статьям > Редакция и редакционный совет > Порядок рецензирования статей > Рецензирование за 24 часа – как это возможно? > Политика издания > Ретракция статей > Этические принципы > Политика открытого доступа > Оплата за публикации в открытом доступе > Публикация за 72 часа: что это? > Политика авторских прав и лицензий > Политика цифрового хранения публикации > Политика идентификации статей > Политика проверки на плагиат
Журналы индексируются
Реквизиты журнала

Публикация за 72 часа - теперь это реальность!
При необходимости издательство предоставляет авторам услугу сверхсрочной полноценной публикации. Уже через 72 часа статья появляется в числе опубликованных на сайте издательства с DOI и номерами страниц.
По первому требованию предоставляем все подтверждающие публикацию документы!
ГЛАВНАЯ > Вернуться к содержанию
Кибернетика и программирование
Правильная ссылка на статью:

Сравнение методов представления знаний на основе продукционной модели и семантико-фреймовой сети для поиска причин возникновения дефектов отливок.
Камаев Валерий Анатольевич

доктор физико-математических наук

профессор, кафедра САПР и ПК, Волгоградский Государственный Технический Университет

400050, Россия, Рокоссовского область, г. Волгоград, ул. Рокоссовского, 58

Kamaev Valerii Anatol'evich

Doctor of Physics and Mathematics

Professor, Department of CAD and PC, Volgograd State Technical University

400050, Rossiya, Rokossovskogo oblast', g. Volgograd, ul. Rokossovskogo, 58

dkamaev71@rambler.ru
Воронин Юрий Федорович

доктор технических наук

профессор, кафедра САПР и ПК, Волгоградский Государственный Технический Университет

400011, Россия, г. Волгоград, ул. Алексеевская, 21

Voronin Yurii Fedorovich

Doctor of Technical Science

Professor, Department of CAD and PC, Volgograd State Technical University

400011, Rossiya, g. Volgograd, ul. Alekseevskaya, 21

voronin@vstu.ru

Аннотация.

В статье рассматривается методология качественного анализа для снижения брака отливок. Рассматривается место методологии в комплексе средств повышения качества литья. Подробно рассмотрены автоматизированные этапы методологии идентификации дефектов, выявления причин их возникновения и способов ликвидации. Рассматривается алгоритм методологии качественного анализа дефекта отливки. Приводятся примеры процесса идентификации дефекта с использованием визуально-логических схем. Рассматривается этапы поиска причин и способов ликвидации дефектов отливок на примере светлой газовой раковины. Рассматривается место автоматизированных систем анализа дефектов отливки в рамках комплекса систем повышения качества литья. Отдельно рассматривается автоматизированный атлас литейных дефектов, выполняющий роль справочной системы при выборе способа ликвидации дефектов. Описывается функционал атласа и структура его базы данных. Рассматривается алгоритм методологии качественного анализа дефекта отливки.Приводятся примеры процесса идентификации дефекта с использованием визуально-логических схем. Рассматривается этапы поиска причин и способов ликвидации дефектов отливок на примере светлой газовой раковины. Рассматривается место автоматизированных систем анализа дефектов отливки в рамках комплекса систем повышения качества литья.Отдельно рассматривается автоматизированный атлас литейных дефектов, выполняющий роль справочной системы при выборе способа ликвидации дефектов. Описывается функционал атласа и структура его базы данных.

Ключевые слова: математические расчеты, литейные заготовки, брак, примеры дефектов, атлас дефектов, анализ дефектов, раковины, шлаковые включения, обжим, причины

DOI:

10.7256/2306-4196.2015.1.13402

Дата направления в редакцию:

28-12-2014


Дата рецензирования:

29-12-2014


Дата публикации:

20-01-2015


Abstract.

In article the methodology of the qualitative analysis for decrease in marriage of castings is considered. The methodology place in a complex molding quality improvement means is given. The automated stages of defects identification methodology, identifications of the reasons their emergence and ways of elimination are described in detail. The algorithm of methodology of the qualitative analysis of defect of casting is presented. The article shows examples of process of identification of defect with use of visual and logical schemes. The stages of the search of the reasons and ways of elimination of defects of castings on the example of a light gas sink are shown. The place of the automated systems of the analysis of defects of casting within a complex of systems of improvement of quality of molding is considered. The automated atlas of foundry defects which is carrying out a role of help system at a choice of a way of elimination of defects is reviewed separately. The functionality of the atlas and structure of its database is described.

Keywords:

mathematical calculations, casting billets, defect, examples of defects, atlas defects, defect analysis, shell, slag inclusions, wringing out, reasons

Анализ работы литейных цехов показывает, что доля бракованного литья в России стоит на достаточно высоком уровне. В результате заводы несут многомиллионные убытки. Причина трудности ликвидации дефектов состоит в бессистемном подходе к их ликвидации. Зачастую борьба с браком проводится методом проб и ошибок, а иногда и бессмысленных действий. В частности (пример из практики), газовые раковины из отливки пытаются выводить через прибыли для питания термических узлов или забывают, что форма может способствовать образованию газовых раковин при наличии в нижней полуформе термических узлов. Можно приводить множество примеров неправильных подходов при разработке литейных технологий.

Следует помнить, что литейное производство относится к классу сложных систем, формальное представление которых затруднительно. Это вызвано значительным количеством параметров, определяющих функционирование системы, сложностью, а подчас и не возможностью точного определения их значений.

В течение многолетней работы по повышению качества отливок нами проведен системный анализ и создана новая методология выявления и ликвидации дефектов литых заготовок [1]. Она позволяет рассмотреть и использовать различные направления по повышению качества отливок. Схема методологии представлена на рис. 1. Методология использует качественные и количественные методы, способствующие выявлению и ликвидации дефектов, или моделированию литейных процессов [2].

Качественные методы не требуют специальных математических расчетов и базируются на логическом или эмпирическом определении дефектов. К качественным методам в представленной методологии относится

методика логического определения дефектов, содержащая:

─ дерево систематизации дефектов, позволяющее по характерным отличиям точно определить разновидность дефектов;

─ граф цепочек причинно-следственных связей, который создается при исследовании этапов процесса формирования дефекта. По графу можно определить истинную причину возникновения дефекта;

─ граф способов ликвидации дефектов, способствующий определению наиболее эффективного способа устранения дефекта.

Методика предназначена для технологов, которые владеют информацией о протекающих в литейной форме процессах формирования и затвердевания отливки. Если же знания о литейных процессах недостаточны,

Рисунок 1. Дерево компонентов методологии выявления дефектов и снижения брака отливок

можно использовать методику эмпирического определения дефектов [3]. В настоящей информации, в качестве примера, рассмотрим методику логического определения светлых гладких блестящих раковин, которые зачастую образуются от повышенного содержания влаги, азота и ряда других веществ в форме или стержне [4].

В качестве начальной стадии проработки системного подхода к определению дефектов, проведен тщательный анализ известных, а иногда и не описанных разновидностей пороков отливок из железоуглеродистых сплавов. В результате анализа было сформировано многоуровневое дерево разновидностей дефектов.

Многоуровневое дерево является совокупностью представления характерных отличий дефектов, причин их возникновения и способов ликвидации. Они объединены единством цели, заключающимся в полном описании цикла определения и ликвидации дефектов. Объединение в систему осуществляется в результате формирования последовательных накопительных образов дефектов, причин их возникновения и способов ликвидации.

При создании общего многоуровневого дерева сформировано 7 отличительных групп [1], в которые входили конкретные дефекты в количестве 37 разновидностей.

  1. Несоответствие по геометрии (коробление, механическое повреждение, искажение размера, смещение).
  2. Неслитины и недоливы (неспай, недолив).
  3. Несплошности в теле отливки (раковины, трещины, королек).
  4. Приливы (залив, распор, задир, размыв, обжим, обвал, подрыв).
  5. Несоответствие по структуре металла (ликвация, отбел).
  6. Неметаллические включения (шлаковые включения).
  7. Дефекты поверхности (пригар, ужимины, складчатость, окисные плены).

Описанное выше содержание многоуровневого дерева дефектов дает направление для дальнейшего расширения детального обследования разновидностей дефектов. Таким направлением является разработка инфологического метода идентификации разновидностей литейных дефектов [5]. Результат проработки состоял в построении логического дерева по определению разновидностей дефектов с их характерными отличиями [6].

На рис. 2. представлена часть логического дерева по классификации усадочных дефектов, которая позволяет определить конкретные характерные отличия рассматриваемых дефектов.

Рисунок 2. Фрагмент логического дерева по определению дефектов усадочного характера

Первым шагом качественного анализа дефектов отливки является идентификация дефекта. После идентификации дефекта и определения причины его возникновения, является определение способов его ликвидации. Структура экспертных знаний по выбору способов устранения дефекта представлена с помощью концептуальной модели. При этом совокупность уже известных фактов или представлений относительно исследуемого объекта или системы истолковывается с помощью некоторых специальных знаков, символов, операций над ними или с помощью естественного или искусственного языков [7].

На первом уровне модели рассматривается группа дефектов, описанная выше.

На втором уровне модели рассматриваются основные причины возникновения дефектов.

На третьем уровне рассматриваются основные способы ликвидации дефектов. Здесь показано, что следует снизить повышенное содержание влаги в стержне или в форме и повысить газопроницаемость. При затруднении проведения этих мероприятий, их можно компенсировать созданием хорошей вентиляционной системы формы.

На четвёртом уровне рассматриваются дополнительные способы ликвидации дефектов в виде схематического изображения равнодействия технологических параметров. Например, при возможности увеличения металлостатического напора можно снизить время заливки металла и уменьшить его температуру. Можно сделать и другой вариант. Следующим шагом после идентификации дефекта и определения причины его возникновения, является определение способов его ликвидации. Структура экспертных знаний по выбору способов устранения дефекта представлена с помощью концептуальной модели. При этом совокупность уже известных фактов или представлений относительно исследуемого объекта или системы истолковывается с помощью некоторых специальных знаков, символов, операций над ними или с помощью естественного или искусственного языков [8]. В основу автоматизированной системы качественного анализа технологии изготовления отливок положен метод, описанный выше.

В процессе производства отливок технологические параметры претерпевают частые динамические изменения в различных направлениях от оптимального значения. Математическое описание таких изменений практически невозможно в связи с большой сложностью улавливания направлений реализации технологического процесса. Исследование процесса оптимизации качества литья сводится к изучению моделей (набора технологических параметров), совершенствование и развитие которых определяется анализом экспериментальных и теоретических результатов при их сопоставлении. Исследуя одну и ту же динамическую систему (к примеру, заливку металлом литейной формы) в зависимости от степени учета различных технологических параметров, можно получать различные модели [9].

После определения разновидности дефектов возникает очередная сложность, заключающаяся в определении истинных причин возникновения дефектов. Одним из эффективных способов определения причин возникновения дефектов является результат обобщения личного опыта с практическим опытом литейщиков. В процессе проработки материалов созданы матрицы вероятностей возникновения дефектов от воздействия негативных технологических параметров производства отливок. Рассматривается возможность использования такого способа на примере устранения газовых раковин [10].

Сложность определения причин возникновения дефектов заключается в том, что часто образование газовых раковин возможно от различных факторов и причин, которых в общем случае насчитывается до 20 и более на один дефект [11]. При этом одновременно могут оказывать влияние несколько факторов и причин.

Причины и факторы могут оказывать влияние как самостоятельно, так и могут взаимодействовать и между собой, тем самым усиливая или ослабляя общее воздействие на возникновение дефекта отливки [12]. В табл. 2 приведены причины возникновения дефектов на различных уровнях, где отражено положительное воздействие фактора (например, 1.1), средне расчетный уровень причины (например, 1.2), который наиболее часто используется в производстве, и негативный уровень – причина (например 1.3), приводящий отливку к возникновению брака.

Таблица 2. Причины и разновидности возникновения дефекта «Газовая раковина»

№ п/п

Причина возникновения дефекта

Значение разновидностей причины

1.

Эффективность вентиляции стержней

1.1. Имеется полная вентиляция стержней

1.2. Имеется центральный вентиляционный канал

1.3 Вентиляции в стержне нет

2.

Температура заливаемого металла

2.1 С большим перегревом

2.2 Средний перегрев (расчетное)

2.3 С минимальным перегревом

3.

Время заливки формы

3.1 Увеличенное (выше расчетного)

3.2 Обычное (расчетное)

3.3 Уменьшенное (ниже расчетного)

4.

Газотворность стержней

4.1 Уменьшенная до 10 см3/г.смеси

4.2 Обычная – 10-15 см3/г.смеси

4.3 Увеличенная – более 15 см3/г.смеси

5.

Газотворность формовочной смеси

5.1 Уменьшенная до 12 см3/г.смеси

5.2 Обычная – 12-16 см3/г.смеси

5.3 Увеличенная – более 16 см3/г.смеси

6.

Газопроницаемость стержней

6.1 Увеличенная, более 130 ед.

6.2 Обычная –100-130 ед.

6.3 Уменьшенная – 70 – 100 ед.

7.

Газопроницаемость формовочной смеси

7.1 Увеличенная, более 100 ед.

7.2 Обычная –70-100 ед.

7.3 Уменьшенная – 40 – 70 ед.

8.

Количество вентиляционных наколов на поверхности формы

8.1 Æ5 мм, 10 шт./дм2

8.2 Æ5 мм, 4 шт./дм2

8.3 Наколов нет

9.

Противодавление газа в стержне при заливке металла

а) б)

Рисунок 13. Схема противодавление газа.

9.1 Противодавление газа нет рис. 5б

9.2 Противодавление незначительно

9.3 Противодавление значительное рис. 5 а

10.

Наличие ремонтного состава на стержнях

10.1 Площадь заделки незначительна: глубина менее 0,5 см., площадь менее 2 см2

10.2 Площадь заделки допустимая: глубина 1 см., площадь 4 см2

10.3 Площадь заделки значительная: глубина более 2см, площадь более 5 см

Обобщая изложенное, можно предположить следующее. Если логически определить степень влияния каждой причины на возникновение дефекта (в %) и степень взаимодействия этих причин между собой, то можно построить обобщенную матрицу влияния технологических параметров на качество отливки в общем или на возможность ликвидации конкретного дефекта. Используя конкретные технологические параметры изготовления отливок и базу данных матрицы, можно построить трехмерные графики влияния причин на вероятность возникновения, например, газовой раковины [13]. По этим графикам легко определить основную причину возникновения дефекта. Кроме этого, варьируя изменениями причин и факторов, можно моделировать условия снижения и полной ликвидации дефекта с созданием устойчивого техпроцесса. Следовательно, для создания экспертной системы определения дефектов отливок строится таблица «Причины возникновения дефектов и их разновидностей» (табл. 2) и матрица «Вероятностная оценка парных связей разновидностей факторов и причин возникновения дефекта» (табл. 3).

При разработке интегрированной экспертной системы, основанной на знаниях идентификации литейных дефектов и выявления причин их возникновения, было детально изложено научное решение и реализация ряда сложных вопросов [14]:

1. Процесс заполнения литейной формы металлом, последующее его затвердевание и происходящие динамические превращения относятся к реальной, слабоструктурированной динамической системе. Это позволяет состояние системы с числом N технологических параметров представить как движение значений параметров в N-мерном фазовом пространстве и

Таблица 3. Вероятностная оценка парных связей разновидностей факторов и причин возникновения дефекта

Светлые блестящие гладкие раковины

Увеличенные

Мелкие

У поверхности отливки

По толщине

В различных местах

отливки

Сферич.

от 5 до 15 мм

Сферич.

«вскип.»

Светлая

сферич.

от 5 до 15 мм

Каплеобраз.,

сферич.,

свищеобр. разм. 0,5-5 мм

Сферич. или вытянутые 1-5 мм

Светлая рассредоточенная

Светлая

подкорковая

Светлая

разм.

более 15 мм

Матрица вероятностей возникновения дефектов

Трёхмерный график вероятности возникновения дефектов

База знаний и корректир.

параметров

Модуль корректировки матрицы

Модуль выбора технологических факторов и причин

Модуль выбора факторов и причин

Модуль построения графиков и таблицы причин

создать матрицу одинарных, парных и более сложных взаимодействий технологических параметров между собой.

2. Разработана методология создания матрицы моделирования условий ликвидации дефектов изделия, основанной на результатах обобщения практического опыта большинства специалистов данного направления на примере литейного производства.

3. Построена модель структурно-древовидной экспертной системы определения дефектов изделий и на ее основе создана новая автоматизированная система определения и выявления дефектов при использовании вероятностной оценки парных связей разновидностей факторов и причин.

4. Производственные испытания подтвердили высокую эффективность разработанной системы при моделировании условий образования и ликвидации дефектов отливок.

Библиография
1.
Воронин Ю.Ф., Камаев В.А. Атлас литейных дефектов. Черные сплавы. М. – Машиностроение – 1. – 2005. – 328 с. с ил.
2.
Воронин, Ю.Ф. Методология снижения брака отливок // Литейщик России.-2008.-№ 12.-C. 22-27.
3.
Воронин Ю.Ф., Камаев В.А., Бойко Н.А. Эмпирическая методика снижения брака отливок // Управление техническими системами и технологическими процессами : сб. науч. тр. / Ин-т проблем управления РАН.-2008.-№ 23.-C. 137-155.
4.
Воронин Ю.Ф. Система определения и ликвидации светлых газовых раковин в отливках из чугуна и стали : учеб. пособ. (гриф). Доп. УМО по образованию в области металлургии // ВолгГТУ.-Волгоград, 2014.-152 с.
5.
Заболеева-Зотова А.В., Камаев В.А. Лингвистическое обеспечение автоматизированных систем // учебное пособие для студентов ВУЗов, обучающихся по направлению «Информатика и вычислительная техника». – Москва. – 2008.
6.
Воронин Ю.Ф. Система определения и ликвидации трещин в отливках из чугуна и стали: учеб. пособ.(гриф). Доп. УМО по образованию в области металлургии // ВолгГТУ.-Волгоград, 2010.-136 с.
7.
Камаев В.А., Кастерин В.В. Технология программирования // учеб. для студентов вузов, обучающихся по направлению подгот. Специалистов «Информатика и вычислительная техника». – Москва. – 2005.
8.
Воронин Ю.Ф., Матохина А.В. Моделирование влияния причин возникновения дефектов на качество отливок // Литейщик России. – 2004.-№ 8. – С. 33.
9.
Воронин Ю.Ф., Камаев В.А., Матохина А.В. Определение условий возникновения дефектов отливок на примере горячей трещины // Заготовительное производство в машиностроении. – 2005.-№3. – С.
10.
Воронин Ю.Ф., Парфенов Ю.А., Шешенева А.В. Характерные особенности распознавания и устранения газовых раковин // Заготовительные производства в машиностроении. – 2003.-№ 12. – С. 7.
11.
Воронин Ю.Ф., Лосев А.Г., Матохина А.В., Бегма В.А. Моделирование газового режима литейной формы // Литейщик России.-2004.-№4.-C. 35-41.
12.
Воронин Ю.Ф., Камаев В.А. Архитектура разновидностей светлых газовых раковин. Анализ качества промышленного литья // Оборудование. Технический альманах.-2006.-№1 (март).-C. 69-73.
13.
Воронин Ю.Ф., Камаев В.А. Экспертная оценка качества литья. Черные сплавы: монография /-М.: Машиностроение-1, 2006.-180 с.
14.
Воронин Ю.Ф., Камаев В.А. Методология разработки экспертной системы идентификации видов дефектов, а также причин их возникновения по прецедентам // Интеллектуальные системы (AIS`06). Интеллектуальные САПР (CAD-2006): тр. Междунар. н.-техн. конф., Дивноморское, 3-10 сент. 2006 / Таганрогcкий государственный радиотехнический университет.-Таганрог, 2006.-Т.1.-C. 219-221.
References (transliterated)
1.
Voronin Yu.F., Kamaev V.A. Atlas liteinykh defektov. Chernye splavy. M. – Mashinostroenie – 1. – 2005. – 328 s. s il.
2.
Voronin, Yu.F. Metodologiya snizheniya braka otlivok // Liteishchik Rossii.-2008.-№ 12.-C. 22-27.
3.
Voronin Yu.F., Kamaev V.A., Boiko N.A. Empiricheskaya metodika snizheniya braka otlivok // Upravlenie tekhnicheskimi sistemami i tekhnologicheskimi protsessami : sb. nauch. tr. / In-t problem upravleniya RAN.-2008.-№ 23.-C. 137-155.
4.
Voronin Yu.F. Sistema opredeleniya i likvidatsii svetlykh gazovykh rakovin v otlivkakh iz chuguna i stali : ucheb. posob. (grif). Dop. UMO po obrazovaniyu v oblasti metallurgii // VolgGTU.-Volgograd, 2014.-152 s.
5.
Zaboleeva-Zotova A.V., Kamaev V.A. Lingvisticheskoe obespechenie avtomatizirovannykh sistem // uchebnoe posobie dlya studentov VUZov, obuchayushchikhsya po napravleniyu «Informatika i vychislitel'naya tekhnika». – Moskva. – 2008.
6.
Voronin Yu.F. Sistema opredeleniya i likvidatsii treshchin v otlivkakh iz chuguna i stali: ucheb. posob.(grif). Dop. UMO po obrazovaniyu v oblasti metallurgii // VolgGTU.-Volgograd, 2010.-136 s.
7.
Kamaev V.A., Kasterin V.V. Tekhnologiya programmirovaniya // ucheb. dlya studentov vuzov, obuchayushchikhsya po napravleniyu podgot. Spetsialistov «Informatika i vychislitel'naya tekhnika». – Moskva. – 2005.
8.
Voronin Yu.F., Matokhina A.V. Modelirovanie vliyaniya prichin vozniknoveniya defektov na kachestvo otlivok // Liteishchik Rossii. – 2004.-№ 8. – S. 33.
9.
Voronin Yu.F., Kamaev V.A., Matokhina A.V. Opredelenie uslovii vozniknoveniya defektov otlivok na primere goryachei treshchiny // Zagotovitel'noe proizvodstvo v mashinostroenii. – 2005.-№3. – S.
10.
Voronin Yu.F., Parfenov Yu.A., Shesheneva A.V. Kharakternye osobennosti raspoznavaniya i ustraneniya gazovykh rakovin // Zagotovitel'nye proizvodstva v mashinostroenii. – 2003.-№ 12. – S. 7.
11.
Voronin Yu.F., Losev A.G., Matokhina A.V., Begma V.A. Modelirovanie gazovogo rezhima liteinoi formy // Liteishchik Rossii.-2004.-№4.-C. 35-41.
12.
Voronin Yu.F., Kamaev V.A. Arkhitektura raznovidnostei svetlykh gazovykh rakovin. Analiz kachestva promyshlennogo lit'ya // Oborudovanie. Tekhnicheskii al'manakh.-2006.-№1 (mart).-C. 69-73.
13.
Voronin Yu.F., Kamaev V.A. Ekspertnaya otsenka kachestva lit'ya. Chernye splavy: monografiya /-M.: Mashinostroenie-1, 2006.-180 s.
14.
Voronin Yu.F., Kamaev V.A. Metodologiya razrabotki ekspertnoi sistemy identifikatsii vidov defektov, a takzhe prichin ikh vozniknoveniya po pretsedentam // Intellektual'nye sistemy (AIS`06). Intellektual'nye SAPR (CAD-2006): tr. Mezhdunar. n.-tekhn. konf., Divnomorskoe, 3-10 sent. 2006 / Taganrogckii gosudarstvennyi radiotekhnicheskii universitet.-Taganrog, 2006.-T.1.-C. 219-221.
Ссылка на эту статью

Просто выделите и скопируйте ссылку на эту статью в буфер обмена. Вы можете также попробовать найти похожие статьи


Другие сайты издательства:
Официальный сайт издательства NotaBene / Aurora Group s.r.o.
Сайт исторического журнала "History Illustrated"