Анотація до роботи:

Пелих С.Г. Управління якістю виливків із залізовуглецевих сплавів на основі кібернетичних моделей. – Рукопис.

Дисертація на здобуття ученого ступеня доктора технічних наук за фахом 05.16.04. – Ливарне виробництво. – Фізико-технологічний інститут металів і сплавів НАН України, м. Київ, 2004.

Дисертація присвячена розробці методів вирішення проблеми управління якістю виливків на основі використання системного підходу і математико-кібернетичних нормативних моделей технологічних процесів і систем. Здійснено декомпозицію проблеми, пов’язану з необхідністю рішення задач на трьох рівнях: проектно-конструкторському, технологічному і системно-виробничому. Визначено номенклатуру розв’язуваних задач, розроблені алгоритми і програми їхнього рішення. Розроблено методики: моделювання технологічних процесів лиття заданої точності, моделювання динаміки функціонування складних ливарно-технологічних систем, адаптивної і фінішної стабілізації технологічних процесів лиття.

Вирішено практичні задачі по удосконалюванню ряду технологічних процесів. Кількісно вивчений вплив простоїв на якість виливків, розроблені і впроваджені заходи щодо зниження простоїв технологічного устаткування. організаційно-технічні заходи щодо вирівнювання пропускних здібностей підсистем плавки, транспортування і заливання рідкого металу ливарного цеху.

Для вирішення інформаційно-діагностичних задач в рамках виробничо-технологічного процесу виготовлення виливків пов’язаних з визначенням причин появи ливарних дефектів розроблені і реалізовані методики і комп'ютерні алгоритми.

Основні положення дисертаційної роботи опубліковані в 44 статтях, захищені 6 авторськими свідоцтвами і впроваджені на 6 заводах з економічним ефектом більше 780 тис. крб. (у цінах 1990 р.).

Основною задачею ливарного виробництва України є підвищення якості виливків до рівня сучасних вимог. Одним з важливих напрямків рішення задач, пов'язаних з підвищенням якості виливків є використання кібернетичних моделей ливарних процесів і систем. У даній роботі для повного вивчення всіх процесів, пов'язаних з формуванням якості виливків, проблема керування вивчалася на трьох рівнях: проектно-конструкторському, технологічному і системно-виробничому, що дозволило систематизувати керовані перемінні і параметри якості виливків і їх взаємозв'язку. Отримано наступні результати.

1. Для вирішення задачі ефективного керування технологічними процесами виготовлення виливків із залізовуглецевих сплавів із заданими експлуатаційними властивостями розроблені і впроваджені методики:

синтезу математичних моделей ливарних процесів підвищеної точності на основі ідей регуляризації, адаптації і активного експерименту;

математичного моделювання динаміки робочого процесу складних технологічних систем лиття для кількісного вивчення впливу системно-виробничих факторів на якість виливків;

адаптивної стабілізації параметрів технології лиття;

фінішної стабілізації параметрів якості виливків.

2. В рамках вирішення задачі керування якістю виливків на стадії їх конструювання розроблені:

метод оптимального синтезу ливарних сплавів із заданими технологічними і механічними властивостями, вирішення цієї задачі дозволило підвищити якість виливків при зниженні вартості однієї тонни шихти на 5...10% за рахунок оптимізації процесу приготування розплаву і раціонального вибору шихти;

методика, математична модель і машинний алгоритм розрахунку несучої здатності, ресурсу і надійності литих деталей, що працюють в умовах впливу знакоперемінних напруг, що дозволяє знизити їх масу на 20-25% при забезпеченні їх гарантованої стовідсоткової надійності;

для підвищення точності несучих перерізів литих деталей розроблені методика й алгоритм оптимізації розмірної взаємодії елементів модельного оснащення, ливарної форми і стрижня;

алгоритм розрахунку напружено-деформованого стану литих корпусних деталей моторної групи, який враховує спільний вплив конструктивних і технологічних факторів, що дозволяє знизити їх металоємність і підвищити надійність за рахунок раціоналізації конструкції деталі і стабілізації технологічного процесу її виготовлення;

для підвищення точності розрахунку оптимального складу шихти з урахуванням випадкового характеру її параметрів розроблені методика та ітераційний алгоритм, використання яких дозволяє забезпечити надійність одержання заданого хімічного складу сірого чавуну в межах 0, 95 – 0,97 при зниженні витрат на тонну шихти в межах 10...40 грн за рахунок оптимізації хімічного складу і раціонального складу шихти.

3. На технологічному рівні керування якістю розроблені і впроваджені:

методика адаптивної стабілізації властивостей формувальних сумішей в умовах неритмічної роботи технологічного устаткування, що дозволило зменшити брак виливків з вини формувальних матеріалів;

методика фінішної стабілізації параметрів якості виливків, впровадження якої дозволило в три рази зменшити кількість випадів структурно-механічних властивостей сірого чавуна, підвищити на 20-30 % експлуатаційну стійкість литих чавунних прокатних валків за рахунок оптимізації і стабілізації технологічних параметрів їх виготовлення;

заходи щодо удосконалення й оптимізації технологічних процесів: виготовлення автотракторних гільз циліндрів, виливків із сірого чавуна, блоку циліндрів, литих секцій опалювальних радіаторів, виливків з низьколегованого чавуна, що дозволило:

по відцентроволитій гільзі циліндрів – зменшити величину припусків на 0,5-1,5 мм, знизити брак за вибілом з 3,9 до 1,5%, а за газовими раковинами і подовжніми тріщинами – з 27,6 до 16,3% ;

по блоку циліндрів СМД-22 – зменшити брак виливків на 0,98% і зменшити штучну масу блоку на 4,7 кг за рахунок впровадження системи діагностики ливарних дефектів і оптимізації його конструкції;

по литих секціях опалювальних радіаторів марки М-140 – знизити брак стрижнів з 44 до 22%, а виливків - на 1,2% від загального їх випуску;

підвищити стабільність структурно-механічних властивостей серійних різностінних виливків із сірого чавуну з різними вимогами до їх хімічного складу, що відливаються з рідкого металу однієї плавки.

Розроблено економнолегований чавун для цукрової промисловості, використання якого замість сірого чавуна дозволяє підвищити твердість з 180 до 190...200 од. НВ, міцність з 160 до 210...220 МПа, у 3...5 разів зменшити швидкість абразивного зносу й у 1,5 рази збільшити його корозійну стійкість.

4. Дослідження впливу системно-виробничих факторів на формування параметрів якості виливків дозволило розробити:

методику, математичну модель і чисельний алгоритм моделювання динаміки функціонування складних технологічних систем ливарного виробництва;

математичні моделі та методи чисельного експерименту для вирішення задачі зниження простоїв технологічного устаткування ливарних цехів на основі структурної оптимізації, підвищення експлуатаційної надійності устаткування, розробки оптимального оперативного плану роботи ливарного цеху та синхронізації роботи підрозділів ливарного цеху за критерієм максимального випуску виливків із заданим рівнем властивостей;

логіко-математичні алгоритми діагностування технологічного процесу для визначення причин появи дефектів лиття і розробки заходів щодо їх попередження, які використані для удосконалення технологічних процесів виробництва виливків;

Визначено кількісні залежності між характеристиками нерівномірності роботи устаткування і параметрами якості виливків для ливарних цехів з потоковим характером виробництва, встановлено, що при збільшенні простою потокових ліній формування з 2...4 хв. до 30...40 хв. кількість браку за засміченням і обвалові форми збільшується в 1,5...2 рази.

Практичне використання отриманих результатів дозволило:

підвищити стабільність параметрів якості виливків в умовах нестабільної роботи технологічного устаткування;

знизити простої високопродуктивного технологічного устаткування на 70 годин на одну автоматичну або потокову лінію формування;

програмно вирішити на ЕОМ задачі синхронізації роботи структурних підрозділів ливарного цеху, розробити і реалізувати план технічного переозброєння ливарного цеху СП «Слов’янець»(м. Конотоп), що забезпечує одержання заданих параметрів якості і продуктивності.

5. Практичне застосування розроблених математичних моделей, методик і алгоритмів оптимізації на заводах: Лутугінському прокатних валків, Куп'янському ливарному, Харківському тракторному, Луганських ливарно-механічному і тепловозобудівному, Конотопському «Мотор-деталь» – дозволило одержати економічний ефект більш 780 тис. руб. (у цінах 1990 р.). Методики й алгоритми моделювання складних ливарних технологічних систем використовуються ВАТ «Гіпротракторсільгоспмаш» (Харків) при рішенні задач проектування і реконструкції ливарних цехів і ділянок.

6. Розроблені і впроваджені в навчальний процес для підготовки і перепідготовки фахівців з ливарного виробництва в НТУ «ХПІ» (м. Харків) і ВНУ ім. В. Даля (м. Луганськ) три принципово нові навчальні курси: «Оптимізація ливарних процесів», «Аналіз і синтез ливарних систем», «Управління якістю виливків».

Отримані результати можуть бути використані для розробки двох нових наукових напрямків, необхідних для трансформації планового ливарного виробництва в ринкове: «Інжиніринг якості і конкурентноздатності виливків» і «Менеджмент ливарного виробництва».

Публікації автора:

1. Пелых С.Г., Семесенко М.П. Оптимизация литейных процессов. – Киев: Вища школа, 1977. – 192 с.

2. Пелих С.Г., Литвиненко М.Н. Аналiз i cинтез ливарних систем. – Харкiв: Основа, 1994. – 172 с.

3. Семесенко М.П., Пелых С.Г. ЭВМ в управлении литейными процессами. – Донецк: Донбасс, 1975. – 96 с.

4. Пелых С.Г., Пономаренко О.И., Литвиненко М.Н. Повышение надежности смесеприготовительных систем литейного цеха. – М.: ВНИИТЭМР, 1988. – 52 с.

5. Пелых С.Г., Кульчицкий Н.Г. Повышение эффективности использования производственной мощности литейных цехов. – М.: ВНИИТЭМР. – 1989. – 56 с.

6. Акимов О.В., Ребик А.А., Пелых С.Г. Системные методы в управлении качеством отливок. – М.: ВНИИТЭМР, 1990. – 48 с.

7. Пелых С.Г., Литвиненко М.Н., Акимов О.В. Применение вычислительной техники для повышения эффективности литейного производства. – М.: ВНИИТЭМР, 1991. – 64 с.

8. Пелых С.Г., Семесенко М.П. Применение ЭВМ в литейном производстве // Литейное производство. – 1972. – №12. – С. 45-46.

9. Пелых С.Г. Функции распределения параметров литейных процессов // Литейное производство. – 1975. – №1. – С. 2-4.

10. Пелых С.Г. Математическое моделирование свойств литейных сплавов // Литейное производство. – 1975. – №4. – С. 4-5.

11. Пелых С.Г. Современное состояние моделирования и оптимизации литейных процессов // Оптимизация теплофизических процессов литья. – К.: ИПЛ АН УССР. – 1977. – С. 23-39.

12. Пелых С.Г. Кибернетические методы повышения качества отливок // Теплофизика процессов затвердевания стали. – К.: ИПЛ АН УССР. – 1979. – С. 153-162.

13. Пелых С.Г. Методы повышения точности математических моделей // Литейное производство. – 1981. – №8. – С. 3-5.

14. Пелых С.Г. Концептуальная модель систем управления процессом формирования отливок // Вестн. Харьк. политехн. ин-та. – 1981. – №182: / Прогрессив. технология литейного производства. Вып. 8. – С. 60-64.

15. Пелых С.Г. Алгоритм расчета химического состава отливок // Литейное производство. – 1983. – №9. –С. 9-10.

16. Пелых С.Г. Расчет оптимального состава шихты // Литейное производство. – 1983. – №6. – С. 5-7.

17. Пелых С.Г. Синтез математических моделей литейного производства // Вестн. Харьков. политех. ин-та. – 1985. – №225 / Прогрессив. технологии обраб. металлов. – Вып. 6. – С. 3-4.

18. Вощенко А.И., Пелых С.Г., Кульчицкий Н.Г. Совершенствование технологии изготовления гильз цилиндров // Вестн. Харьк. политехн. ин-та. – № 261: Прогресс. технол. обработ. металлов. – 1988. – С. 60-63.

19. Пелых С.Г., Литвиненко М.Н. Компьютерная система управления качеством отливок //Литейное производство. – 1991. – №10. – С. 32-33.

20. Литвиненко М.Н., Пелых С.Г. Современные методы управления качеством отливок //Металл и литье Украины. – 1994. – № 7-8. – С. 38-41.

21. Пелых С.Г., Пономаренко О.И. // Прочностная надежность литых деталей // Вестн. Харьков. гос. политех. ун-та. Харьков: ХГПУ. – 1999. – №55/99. – С. 44-46.

22. Пелых С.Г., Пономаренко О.И. Качество и надежность отливок // Литейное производство. – 2000. – №12. – С. 27-28.

23. Пелых С.Г., Пономаренко О.И. Структуризация знаний о процессах литья // Процессы литья. – К. 2000. – №3. – С. 73-75.

24. Пелых С.Г., Пономаренко О.И. Агрегативные модели технологических систем литейного производства. Часть 1. Обоснование и выбор математического аппарата // Вестник Харьков. гос. политех. ун-та. Харьков: ХГПУ. – 2001. – №128. – С. 106-108.

25. Пелых С.Г., Пономаренко О.И. Агрегативные модели технологических систем литейного производства. Часть 2. Моделирование формовочно-смесеприготовительных систем // Вестник нац. тех. ун-та «ХПИ». Харьков: НТУ «ХПИ». – 2001. – №14. – С. 152-157.

26. Пелых С.Г. Диагностика качества отливок // Процессы литья. – 2001. – №1. – С. 75-77.

27. Пелых С.Г., Пономаренко О.И., Радченко А.А. Моделирование физических полей в управлении качеством литья // Процессы литья. – 2001. – №3. С. 66-69.

28. Пелых С.Г., Пономаренко О.И. Кибернетические методы управления качеством в литейном производстве. // Процессы литья. – 2002. – №1. – С. 53-56.

29. Пелых С.Г., Пономаренко О.И. Агрегативный подход в моделировании работы формовочно-смесеприготовительных систем литейного производства // Теория и практика металлургии. – 2002. – №2. – С. 20-24.

30. Пелых С.Г., Пономаренко О.И., Радченко А.А. Диагностика технологических процессов изготовления отливок// Литье и металлургия. – 2002. – №2. – С. 92-94.

31. Пелых С.Г. Оптимизация технологических процессов литья. // Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2002. – №4. – С. 28-30.

32. Пелых С.Г. Математические методы в исследовании технологии литья // Металлургия в машиностроении. – 2002. – № 5 (8). – С. 44-49.

33. Вощенко А.И., Пономаренко О.И., Пелых С.Г. Выбор эффективного модификатора для отливки гильз цилиндров автотракторных двигателей // Вестник национального технического университета «ХПИ». – 2002. – №6. – т.1. – С. 36-39.

34. Литейная форма: А.с. 1447530 СССР, МКИ В22 С 9/10 /А.А. Радченко, С.Г. Пелых, В.П. Шабанин (СССР). – №4129706/23-02; Заявлено 01.10.86; Опубл. 30.12.88, Бюл. №48. – 2 с.

35. Модельно-опочная оснастка: А.с. 1463377 СССР, МКИ В22 С 7/04 / А.А. Радченко, С.Г. Пелых, В.А. Руденко (СССР). – №4283113123; Заявлено 13.07.87; Опубл. 07.03.89, Бюл. №9. – 2 с.

36. Барабанный грохот А.с. 1438856 СССР, МКИ В07 В1/18/М.Н. Литвиненко, Сумцов В.Ф., Пелых С.Г. (СССР). – 34229492/29-03; Заявлено 17.03.87; Опубл. 23.11.88, Бюл. – №43 – 2 с.

37. Гибкая роликоопора ленточного конвейера: А.с. 1461709 СССР МКИ В65 G39/12/Б.П. Коваленко, М.Н.Литвиненко, С.Г. Пелых (СССР . – 34191871/27-03; Заявлено 10.02.87; Опубл. 28.02.89, Бюл. – №8 – 2 с.

38. Автоматическая литейная линия: А.с. 1519839 СССР, МКИ В22 D9/00, 47/02 /В.Ф. Сумцов, С.В. Иванов, С.Г. Пелых, Ю.А. Кравец, О.И. Пономаренко (СССР).– №4308813/3/02; Заявлено 11.08.87; Опубл. 07.11.89, Бюл.–№41– 2 с.

39. Надставная литниковая чаша: А.с. 1770033 СССР, МКИ В22 С9/08 /Б.П. Коваленко, С.Г. Пелых, М.Н.Литвиненко, О.И. Пономаренко (СССР). №4748645/02; Заявлено 02.08.89; Опубл. 23.10.92, Бюл. – №39 – 2 с.

40. Пелых С.Г. Оптимизация химического состава отливок // Технология производства, научная организация труда и управления. – 1977. – №3. – С. 1-3.

41. Пелых С.Г. Математические модели литейных процессов // Применение ЭВМ и повышение эффективности литейного производства. – Ленинград: ЛДНТП. –1983. – С. 6-9.

42. Пономаренко О.И., Пелых С.Г. Применение агрегативного подхода в моделировании работы технологических систем литейного производства // Труды пятого съезда литейщиков России. – 2001 г. – М: РАЛ, 2001. – С. 14-18.

43. Пелых С.Г. Синтез размерных цепей литейных форм // Литейное производство и металлургия: Сб. статей междунар. научно-техн. конф. – Минск: БелОЛ и М. – 1999. – С. 46-48.

44. Вощенко А. И., Пономаренко О. И., Пелых С. Г. Совершенствование технологии изготовления и повышения качества гильз цилиндров // Процессы литья. – 2003. – №3. – с. 43 – 46.