Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Компьютерные технологии в металлургии и литейном производстве: Учебное пособие. Часть 1

Голосов: 2

В 1 части учебного пособия описаны методики решения типовых задач в области металлургии и литейного производства с применением современных средств вычислительной техники. Представлены практические приемы использования персональных компьютеров и существующего программного обеспечения для решения таких задач. Пособие предназначено для студентов специальности 110400 - "Литейное производство черных и цветных металлов" (специализация 110409 - "Литейное производство и экономика металлургии"). Оно может быть использовано студентами специальности 060800 - "Экономика и управление на предприятии" (специализация 060802 - "Экономика и управление на предприятиях металлургии"), а также слушателями факультета повышения квалификации профессорско-преподавательского состава, аспирантами, инженерами и всеми, кто желает в короткое время освоить персональный компьютер и использовать его в своей повседневной деятельности.

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
       Министерство образования Российской Федерации

     Северо-Западный государственный заочный

              технический университет

   Кафедра металлургии и литейного производства




                В. В. Дембовский



       Компьютерные технологии

в металлургии и литейном производстве


                      Часть 1



    Утверждено редакционно – издательским советом
        университета в качестве учебного пособия




                 Санкт – Петербург

                        2003


                              2

УДК 512/972

Дембовский В.В. Компьютерные технологии в металлургии и
литейном производстве. Учеб. пособие. Часть 1. СПб.: СЗТУ,
2003. 145 с.
     В 1 части учебного пособия описаны методики решения
типовых задач в области металлургии и литейного производства
с применением современных средств вычислительной техники.
Представлены практические приёмы использования персональ-
ных компьютеров и существующего программного обеспечения
для решения таких задач.
     Пособие предназначено для студентов специальности
110400 – «Литейное производство чёрных и цветных метал-
лов» (специализация 110409 – «Литейное производство и эконо-
мика металлургии»). Оно может быть использовано студентами
специальности 060800 – «Экономика и управление на предпри-
ятии» (специализация 060802 – «Экономика и управление на
предприятиях металлургии»), а также слушателями факультета
повышения квалификации профессорско-преподавательского
состава, аспирантами, инженерами и всеми, кто желает в ко-
роткое время освоить персональный компьютер и использо-
вать его в своей повседневной деятельности.
     .
     Рецензенты:

1. Кафедра металлургии и литейного производства Северо –
   Западного государственного заочного технического универ-
   ситета (заведующий кафедрой А. А. Яценко, канд. техн. наук,
   доц.);
2. Н.А.Хлямков, канд. техн. наук, начальник отделения качества
   стали и слитка Центральной лаборатории ОАО «Ижорские
   заводы».




                          Северо -Западный государственный
                        заочный технический университет, 2003
                                       Дембовский В.В., 2003


                               3

                          ПРЕДИСЛОВИЕ

     Успехи микроэлектроники, начиная с 80-х гг. ХХ в., обусло-
вили бурный рост производства и стремительное совершенство-
вание схемно-конструктивных решений в области персональных
компьютеров. Соответственно этому быстрыми темпами разви-
вается системное и прикладное программное обеспечение со-
временных средств вычислительной техники. Без преувеличения
можно утверждать, что компьютерная проблематика, включаю-
щая её аппаратное и всё более интеллектуально - насыщенное
программное обеспечение, а также вопросы практического ис-
пользования персональных компьютеров находятся на острие на-
учно-технического прогресса во всех промышленно развитых
странах мира.
     Еще десяток лет тому назад специалисты насчитывали до
400 тысяч видов применения компьютеров и компьютерных тех-
нологий в различных сферах человеческой деятельности.
     Обеспеченный соответствующими программами компьютер
многократно усиливает научно-технические и производственные
возможности персонала, существенно повышает эффективность
производства и научных исследований. Именно эта эффектив-
ность является движущей силой неуклонно расширяющегося
ежегодного выпуска многомиллионной массы персональных ком-
пьютеров. Причём темпы качественного совершенствования и
количественного роста производства этого вида продукции веду-
щих мировых фирм оставляют далеко позади аналогичные пока-
затели для изделий других видов.
     Металлургия, к которой относится и литейное производство,
является наукоемкой, сложной в производственном отношении и
многосвязной отраслью промышленности. Металлурги и литей-
щики, кроме задач непосредственного управления технологи -
ческими процессами, в своей деятельности часто сталкиваются с
необходимостью выполнения достаточно сложных научно-
технических и инженерно-экономических расчетов, решать зада-
чи математического моделирования и оптимизации металлурги-
ческих (литейных) объектов, обоснованно принимать те или иные
решения, причем последние должны быть оптимальными с точки
зрения достигаемых при их выполнении результатов.
     Обычно время для решения подобных задач жестко ограни-
чено, а производственная ситуация может стремительно изме-


                               4

няться. В подобных условиях неоценимую помощь оказывает
персональный компьютер, но для реализации этой помощи тре-
буются определенные знания и умение применить компьютер на
практике.
     Обретению таких знаний и практических навыков призва-
но содействовать настоящее учебное пособие. В нём приведены
сведения теоретического характера и практические методики ис-
пользования IBM - совместимых персональных компьютеров, же-
лательно, класса Pentium с операционной системой Windows 95
/98 /2000, пакетами прикладных программ Microsoft Office 97 /
2000, Visual Basic 5.0 / 6.0, Mathcad 7.0 / 2000. Уделено внима-
ние вопросам передачи информации по компьютерным сетям.
Манипулятор типа «мышь» использован в режиме одного щелчка
рабочей (левой) клавиши мыши при необходимости выделения
того или иного объекта и двойного щелчка для открытия фай-
лов, т.е. их загрузки в оперативную память для выполнения.
     В пособии даны подробные пояснения к методикам ре-
шения часто встречающихся задач и конкретным примерам ме-
таллургической и литейной тематики. Научившись с помощью
данного пособия решать эти задачи, пользователь сможет ис-
пользовать персональный компьютер для решения и других задач
технологической, научно-технической и инженерно-экономи-
ческой направленности.
     Длительный опыт преподавательской работы автора в сис-
теме высшей школы позволяет ему надеяться на то, что приво-
димые в данном учебном пособии примеры имеют достаточно
«прозрачный» смысл, понятный широкому кругу читателей. При
этом сообщаемые пояснения являются вполне достаточными не
только для решения задач под руководством преподавателя,
например в компьютерном классе учебного заведения, но также
и при самостоятельной работе. Последнее обстоятельство мо-
жет оказать существенную помощь студентам - заочникам.
     Для компактности изложения в тексте приняты следующие
условные обозначения манипуляций с мышью:
  [1Л] − одиночный щелчок левой клавишей;
  [2Л] − двойной щелчок левой клавишей;
  [1П] − одиночный щелчок правой клавишей;
  [2П] − двойной щелчок правой клавишей.


                              5

     Названия других клавиш и кнопок (псевдокнопок на экране
монитора) приводятся в квадратных скобках. Команды, берущие
начало из главного меню, выделены полужирным шрифтом, по-
следовательность перехода от команды к следующей подко-
манде обозначена отрезком вертикальной линии.
     Предполагается знакомство читателя с курсом «Информати-
ка», знание общих принципов работы персонального компьютера
и элементарных действий пользователя в среде упомянутых опе-
рационных систем, умение выполнять операции над файлами и
файловыми структурами.
     Учебное пособие непосредственно предназначено для сту-
дентов специализации 110409 – «Литейное производство и эко-
номика металлургии» по дисциплине «Информационные техноло-
гии в металлургии»». Оно может быть использовано студентами
специализации 060802 «Экономика и управление на предпри-
ятиях металлургии» при изучении дисциплины «Информацион-
ные технологии в экономике», а также – слушателями факуль-
тета повышения квалификации профессорско - преподаватель-
ского и инженерного состава и всеми специалистами, которые
желают усовершенствовать умение использовать персональный
компьютер в своей повседневной работе.




                1.   ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ИНФОРМАЦИОННЫХ ПОТОКОВ В МЕТАЛЛУРГИИ

     Металлургическое, в том числе и литейное производство
как объект управления характеризуется высокой сложностью и
многосвязностью его технологических процессов и отдельных
операций. Эта сложность обусловлена устройством современных
металлургических агрегатов, работающих под воздействием вы-
соких температур, механических нагрузок и агрессивных физико-


                               6

химических процессов, которые протекают при выплавке метал-
лов или сплавов, а также при изготовлении из них отливок или
литых заготовок для последующих переделов. Кроме того, для
металлургического производства характерны крупномасштабные
материальные потоки, компоненты вещества которых подверже-
ны случайной изменчивости, что вносит частые и глубокие
возмущения, нарушающие стабильность хода технологических
процессов и оказывающие существенное влияние на качество
конечной продукции.
     В этих условиях управление отдельными металлургически-
ми процессами и всем производством базируется на разветвлен-
ной информационной сети (рис.1.1), включающей каналы прямой
и обратной связи между отдельными производственными звень-
ями и управляющим звеном.
     Принятие оптимальных решений управленческим персона-
лом требует оперативного представления ему объективной ин-
формации о качестве исходных материалов и полуфабрикатов,
включая химический состав и свойства компонентов плавильной
шихты, кварцевого песка, связующих и дополнительных мате-
риалов для процессов формообразования, о температуре и хи-
мическом составе металла и шлака в процессе плавки, о расходе
рафинирующих и легирующих добавок и т.д.
     Источниками такой информации являются специальные
средства анализа, испытаний и измерений [1].
     Аналитические средства, применяемые в экспресс–
лабораториях металлургических (литейных) цехов функциони-
руют в дискретном режиме по мере поступления проб сырых ма-
териалов или металла, отбираемых по ходу плавки.
     Средства измерений таких технологических параметров,
как давление и расход жидких и газообразных сред, уровень жид-
костей и сыпучих материалов в открытых и закрытых резер-
вуарах и пр., позволяют получать измерительную информацию в
непрерывном режиме. Что же касается измерения особо важно-
го в технологическом смысле параметра – температуры распла-
вов чугуна и стали, то здесь, на практике, к настоящему времени
наибольшее распространение получили дискретные устройства
на основе термопар погружения, хотя в отдельных случаях воз-
можно применение специальных термопар длительного погруже-


                                    7

ния в расплав или пирометров [1], [2], непрерывно визируемых
на искусственно создаваемую в расплаве замкнутую полость.

                                        Z


   Cырые         Дози-    Транс                                   Сер-
                 рова-    порт          ТЕХНО-        Изде –
   мате-                                ЛОГИ-                     тифи-
   риалы         ние                                  лия         кация
                                         ЧЕС-
                                         КИЙ

                                        ПРОЦЕСС



                                            X

  Контроль           Отбор и                               Отбор
  состава и          анализ         ИЗМЕРЕНИЕ              проб и
  свойств            проб           ПАРАМЕТРОВ             образцов,
  материа -                                                их ана-
  лов                                                      лиз и
                                                           испыта -
                                                           ния
                                                y1
              Принятие оптимальных решений и
                                                           y2
              их реализация при управлении



                                            Экономическая информация

                                             Информация от заказчика

                                  Информация от поставщика сырья

   Условные обозначения :                           Векторы ТОУ:
 Материальные потоки                        входа X ; выхода Y(y1, y2);
 Информационные потоки                                  возмущений Z

Рис. 1.1. Схема материальных и информационных потоков ме-
таллургического производства


                              8

     Готовая продукция в виде слитков или фасонных отливок
подвергается непрерывной или выборочной дефектоскопии и
другим способам разрушающего или неразрушающего контроля
качества. По результатам такого контроля осуществляется сер-
тификация продукции.
     На основе аналитической и измерительной информации, а
также информации из портфеля заказов и текущих данных
экономики предприятия реализуется управление технологичес-
кими процессами и металлургическим производством в целом.
     По мере совершенствования технических средств, приме-
няемых в металлургических цехах, и повышения их надежности
все большее распространение получают автоматизированные
информационные системы (АИС), системы управления техноло-
гическими процессами (АСУ ТП) и предприятиями (АСУП). Это –
человеко–машинные системы, в которых функция контроля и
принятия решения остается за человеком (управленцами различ-
ных рангов), а в качестве его помощника выступает компьютер с
такими его особыми свойствами, как огромная память (оператив-
ная, давно превысившая 256 Мбайт, дисковая – свыше 56 Гбайт)
и очень высокое быстродействие (у компьютеров Pentium IV пре-
высило 1 ГГц). Эти параметры позволяют реализовать достаточ-
но сложные программы подготовки производства и управления
им, способствующие совершенствованию металлургических тех-
нологий и повышению технико-экономических показателей ме-
таллургического производства.
     Для автоматической связи источников информации с компь-
ютерами АИС и АСУ, а также для связи этих компьютеров с ис-
полнительными устройствами необходимы специальные преоб-
разователи сигналов. В настоящее время серийные контрольно-
измерительные приборы, как правило, оснащаются системами
дистанционной     передачи    сигналов   на   расстояние   до
1000…2000 м с использованием постоянного тока, изменяющего-
ся в диапазоне 0…5 мА или 0…10 мА соответственно значению
измеряемой величины. Для ввода подобного рода – аналоговых
сигналов в компьютер необходимы аналого-цифровые преобра-
зователи (АЦП), преобразующие эти сигналы в воспринимаемый
компьютером цифровой код. В свою очередь, результаты пере-
работки компьютером цифровой информации для воздействия
на исполнительные устройства системы управления требуют
преобразования числа с выхода компьютера в функционально


                               9

связанные с этим числом ток или напряжение. Такое преобразо-
вание выполняется цифро-аналоговыми преобразователями
(ЦАП). На выходе последних электрические величины использу-
ются для приведения в действие исполнительных механизмов,
изменяющих входы технологического объекта управления. Комп-
лекс АЦП и ЦАП образует устройство сопряжения с объектом
(УСО), или соответствующий интерфейс.
     Ввиду наличия многоканальных цепей прямой и обратной
связей в системе «объект–управляющий компьютер», каждый из
каналов может подключаться к компьютеру поочередно через
специальный коммутатор. Частота переключения выбирается в
зависимости от динамических свойств контролируемого объекта
и применяемых измерительных приборов.
     Если выходной технологический параметр yi (рис.1.1), на-
пример, температура расплава или содержание в нем отдельных
химических элементов изменяется с постоянной скоростью во
времени y = const , то варьирование интервала Т опроса ком-
          '


пьютером источников информации не влечет за собой дополни-
тельной (динамической) погрешности измерения и влияет лишь
на своевременность ввода текущей информации о состоянии
технологического процесса. С изменением же этой скорости, т.е.
при возникновении ускорения y ≠ 0 , требуется оптимизация T
                               ''

по минимуму упомянутой погрешности. Согласно О.Н.Тихонову
[3], с.234 оптимальное значение интервала опроса составляет, с

                                    (∆y )c                  (1.1)
                        Tопт = 2     ,,
                                    ymax

где: (∆y )c – суммарная (систематическая и случайная) погреш-
ность, присущая средству измерения величины y, ед. изм.;
 y ,max – максимальное ускорение процесса изменения y во вре-
    ,


мени, ед. изм./с2.
     При этом дополнительная динамическая погрешность изме-
рения скорости изменения рассматриваемого параметра опреде-
ляется по формуле


                                  10

                        T ''      2 (∆y )c
                 δ' =     y max +                       (1.2 )
                        2            T

     Знание скорости и ускорения процессов изменения выход-
ных величин технологического процесса во времени необходимо
для прогноза и коррекции управляющих воздействий x i, i =1,K
(рис.1.1), вырабатываемых по ходу принятия оптимальных реше-
ний при управлении.
     Применение современных средств вычислительной техники
в сочетании с автоматическими средствами анализа и измерении
позволяет наряду с функциями оперативного управления произ-
водственными процессами осуществлять автоматизированный
сбор, переработку и накопление текущей информации для ее
централизованного контроля и технико-экономического анализа
на предмет выявления скрытых резервов производства, прогно-
зирования возможного брака продукции и дальнейшего подъе-
ма технического и экономического уровня металлургических за-
водов.
     При выполнении расчетов с использованием в них резуль-
татов измерений различных физических величин важную роль иг-
рает точность, с которой были определены эти величины.
     Известно, что средняя квадратичная погрешность одного
измерения из общего числа ряда n таких измерений оценива-
ется формулой Бесселя

                                        n

                                       ∑ ∆y   2
                                              i
                           σ (∆y ) =   i =1
                                                  ,   (1.3)
                                           n −1



в которой величина


                            ∆y = y * − y
                                   i                             (1.4 )



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика