CC BY
18
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОГРЕСС
УДК 621.771+ 681.51 ГРНТИ 50.13.13
ИЗ ИСТОРИИ СОЗДАНИЯ САПР ПРОКАТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА УРАЛМАШЗАВОДЕ
(Хроника и апофеоз вычислительной технике и компьютеру от лица первого поколения пользователей)
Б.Н. Поляков
Российский государственный профессионально-педагогический университет
620012, Россия, Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Машиностроителей, 11
Представлены хронология и последовательность работ за более чем 20-летний период (1960-1970-е годы) по созданию пакетов различных компьютерных программ, которые сформировали фундамент будущей системы автоматизированного проектирования (САПР) технологий и прокатного оборудования на Уралмашзаводе; даются описания разработанных в 70-х годах прошедшего столетия наиболее эффективных пакетов компьютерных программ для решения задач оптимизации различных процессов деформации заготовок, параметров механизмов и их приводов, конструктивных параметров несущих деталей и сложных конструкций с позиций достижения прочности и долговечности.
Ключевые слова: САПР, Уралмашзавод, оптимизация, компьютерные программы, несущие детали, прочность.
CAD ORIGIN OF THE ROLLING EQUIPMENT AT URALMASHZAVOD
(Chronicle and apotheosis to computing technology and to a computer on behalf of the first user generation)
B.N. Polyakov
Russian State Professional Teachers University
620012, Russia, Sverdlovsk region, Ekaterinburg, ul. Mashinostroiteley, 11
The article introduces the chronology and sequence of work for more than 20-year-old period (1960s -1970s) while building the packets for different software applications. They have generated the base of the future system of the computer-assisted design ^AD) of technologies and the rolling equipment at Uralmashzavod. The author describes the most effective packets of software applications developed in 1970s for optimal solution of various processes of work pieces deformation, mechanisms and their drives parameters, design parameters of bearing parts and complex designs from the perspective of strength and durability.
Keywords: CAD, Uralmashzavod, optimization, software applications, bearing parts, strength.
© Б.Н. Поляков, 2017_
За последние лихие двадцать лет «перестройки» существенно понизился производственный потенциал отечественного машиностроения, в равной мере это относится и ко многим предприятиям тяжёлого машиностроения. Например, сегодняшний уровень производственных возможностей Уралмашзавода несоизмеримо и резко контрастирует с достославным периодом 50-70-х годов прошедшего столетия - временем максимальной активности трудового коллектива, в частности, конструкторских подразделений завода.
Отмеченные годы - это «золотой век», ренессанс конструкторской, научной и производственной деятельности Уралмашзавода -авторитетнейшего, знаменитого (к сожалению, уже в прошлом) и уникального предприятия отечественного тяжёлого машиностроения. В этот замечательный период были созданы самые высокопроизводительные и впервые в мире автоматизированные блюминги 1300 (1964), построена в цехе № 36 Уралмашзавода опытно-промышленная установка непрерывной разливки стали (УНРС) радиального типа (1964), а в дальнейшем введена в эксплуатацию УНРС криволинейного типа (1968) на Нижнетагильском металлургическом комбинате (НТМК), были созданы проекты и построены термоотделения для закалки рельсов на НТМК (1968) и на Кузнецком металлургическом комбинате (1978), создан первый отечественный автоматизированный универсально-балочный стан на НТМК (1977), разработан эффективный проект унификации оборудования всех обжимных станов Союза и осуществлена реконструкция многих из них, а также выполнено много других оригинальных конструкторских разработок станов холодной
прокатки, прессового, горного и бурового обо-
1
рудования .
Именно в этот замечательный период интересных и увлекательных конструкторских работ, в начале 60-х годов, и были сделаны первые, весьма скромные шаги в применении
1 и
В соответствии с моей специализацией ниже приводятся конкретные примеры, касающиеся проектирования оборудования только станов горячей прокатки («век всё более прогрессирующей узкой специализации»!).
Да, были люди в наше время, Не то, что нынешнее племя: Богатыри ...!
М.Ю. Лермонтов,1837
электронно-цифровых вычислительных машин (ЭВМ или ЭЦВМ), в частности, для решения математических задач, возникающих в процессе проектирования прокатного оборудования, которые постепенно в своей совокупности сформировали крепкую основу для создания будущей системы автоматизированного проектирования (САПР)2.
Жизнь движется со всё большей скоростью (чем больше возраст, тем выше скорость), и прошло уже почти 50 лет с начала наших работ с ЭЦВМ. Что-то уже окончательно потеряно памятью, поэтому желательно оставить надёжный след на бумаге, о том какие мы были... Богатыри (!).
Прежде всего, необходимо обратить внимание на следующее обстоятельство. Мы -будущие инженеры-механики - студенты 50-х годов, проходя «свои университеты», не изучали (если мне не изменяет память) самостоятельных (среди основных дисциплин) или специальных курсов ни по вычислительной технике, ни по программированию. И, естественно, имели лишь поверхностные представления об этих научных новациях, скорее всего, на уровне «звона». Так что ЭЦВМ была для нас абсолютным котом в мешке. К этому времени в моём активе имелась только прочитанная книга Н. Винера «Кибернетика и общество», которая, видимо, серьёзно повернула мои мозги в направлении ЭВМ и автоматизации. Книга вызвала большой интерес, и я почувствовал, что кибернетика - это наука будущего и этим следует заниматься. Кроме того, у меня было «математическое окружение» в лице моей сестры - Э.В. Смирновой и её подруг, одних из первых программистов - научных сотрудников Свердловского отделения Математического института им. В.А. Стеклова АН СССР (сейчас Институт математики и механики УрО РАН Свердловска - города огромного и высочайшего научного интеллекта в описываемый временной период), которые в определённой
2 Автору, принимавшему участие в разработке первых алгоритмов и программ, трудно вспомнить подробности и всех участников начального этапа построения САПР, поэтому он не ставит перед собой задачи дать подробное описание всех аспектов создававшейся системы. Но определённые конкретные разработки попытается отразить.
мере оказали влияние на мои профессиональные интересы. Поэтому и первым моим настольным пособием по программированию стала книга авторов А.И. Китова и Н.А. Кри-ницкого «Электронные цифровые машины и программирование».
Эволюционный процесс накопления практического опыта в работе с ЭВМ, естественно, формировался по индуктивному методу: от простых задач к более сложным3. Первая «встреча» с ЭВМ «Урал-1» у меня состоялась в 1962 г. на предмет решения трансцендентного алгебраического уравнения. Познакомил меня с «Урал-1» и его атрибутами и оказал первую помощь в освоении программирования математик-программист уважаемый Г.А. Джапаридзе - спокойный, терпеливый и достаточно эрудированный специалист. По существу, он и составил первую программу для ЭВМ с моим небольшим участием (точнее эпизодическим присутствием и наблюдением), за что выражаю ему искреннюю благодарность и признательность. В дальнейшем «Урал-1» применяли для решения систем нелинейных уравнений невысокого порядка и аппроксимации различных экспериментальных данных, используя методы, замечательно и просто изложенные в книге А.Н. Крылова «Лекции о приближённых вычислениях».
Я хорошо помню большой зал вычислительного центра (ВЦ) Уралмашзавода, плотно заполненный однотипными шкафами, образующими ЭВМ «Урал-1», постоянный раздражающий гул и шум АЦПУ (устройств ввода и вывода информации ) и громадные электронные лампы, которые в упаковке носили на своих плечах электронщики.
Создание проекта архитектуры будущей системы САПР, конечно, не предполагалось и не планировалось. Да и слово «САПР» было для нас неизвестным. И разговоров о такой системе не было и не могло быть в те времена. Всё начиналось с конкретных расчётных конструкторских работ с применением ЭВМ, ведь мы были в составе огромного завода и «фантазиями и прожектами» не занимались. В общем, мы не были архитекторами будущей компью-
3
Автор как свидетель более чем 50-летней эволюции ЭВМ, перед глазами которого прошли многие и довольно частые смены их отечественных поколений (от «Урал-1» до персональных IBM), имеет достаточно оснований для аргументированной оценки этапов развития САПР.
терной системы и никакого проекта не разрабатывалось.
Главная цель начала работ по применению ЭВМ при проектировании заключалась в повышении качества проектных решений как в области применяемых технологий, так и в реализующих их конструкциях, так как ЭВМ позволяет применять в расчётных методиках (математических моделях) современные и более сложные аналитические и численные методы (нереализуемые при ручных расчётах), обеспечивающие повышенную точность, достоверность и информативность, а значит, и собственно качество проектируемого оборудования. При этом использование ЭВМ позволяет минимизировать объём расчётных работ, выполняемых вручную, а в дальнейшем полностью их исключить.
Так объективно сложилось, что дальнейшее наше освоение ЭВМ и программирования было вызвано также необходимостью выполнения абсолютно новых для нас экспериментальных научно-исследовательских работ, связанных с освоением и совершенствованием систем автоматизации спроектированного и изготовленного Уралмашзаводом самого высокопроизводительного в мире блюминга 1300 завода «Криворожсталь», особенно с созданием систем с управляющими вычислительными машинами (УВМ). В преддверии начала этих практических работ (1964) мне посчастливилось близко познакомиться с современными математическими основами теории оптимального управления.
В начале 60-х годов нам, простым смертным, становится известным ряд монографий отечественных и зарубежных математиков (акад. Л.С. Понтрягин, открывший в 1956 г. всемирно известный «принцип максимума», и американский математик Dr. R. Bellman, опубликовавший в 1957 г. свои работы по методу «динамического программирования»), посвящённых математической теории оптимальных процессов. В это же время в г. Москве прошёл международный математический конгресс (где присутствовал Dr. R. Bellman), отдельная секция которого была посвящена математическим проблемам оптимизации систем. Исследования по теории оптимального управления, естественно, были инициированы и в первую очередь отвечали интересам разработчиков ракетно-космических комплексов и атомной энергетики. Эти
работы становятся весьма «модными» и достаточно часто начали появляться публикации по решению прикладных инженерных задач (но, главным образом, экономических) с использованием различных методов оптимизации (в основном линейного программирования) и даже появились научно-популярные издания, например, брошюры профессора Е.С. Вентцель.
Автор статьи по отношению к этим методам также не безгрешен. Началу наших работ по оптимизации способствовали знакомство (а в дальнейшем и сотрудничество) с обаятельным, эрудированным и весьма креативным учёным В.А. Святославским (в тот период заведующим отделом ВНИИЭлектропривод, г. Москва), под руководством которого проводились совместные работы по созданию алгоритмов систем управления механизмами блюминга с помощью УВМ. Совместно с математиком-программистом Ю.Д. Макаровым были теоретически решены и на ЭВМ получены численные результаты ряда задач, связанных с оптимизацией режимов управления электроприводами прокатного оборудования. Например, на основе принципа максимума были решены задачи по поиску оптимальных по быстродействию переходных процессов и режимов управления в безынерционном электроприводе постоянного тока при постоянном или переменном моменте статических сопротивлений, а также в инерционной электромеханической системе с учётом упругости, ряд других практических задач важных для проектирования и эксплуатации4 [1]. Эти решения частных задач оптимального управления затем вошли составным элементом в последующие решения крупных проблем по оптимизации технологических параметров и режимов управления на реверсивных и непрерывных станах горячей прокатки сортовых и листовых заготовок [1]. Вообще, поиск оптимальных решений, т.е. применение современных строгих математических методов - это естественная инженерная черта, получил отражение почти на всех последующих показанных ниже пакетах компьютерных программ (КП).
4 Принимаемые критерии оптимальности в этих и последующих задачах - максимальное быстродействие и минимальный (или заданный) нагрев двигателя - соответствовали принятой в то время главной цели экономической политики: максимальная производительность любых технологических процессов, машин и агрегатов.
С 1962 г. начались теоретические и экспериментальные работы (совместно с ВНИИЭлектроприводом), направленные на создание технологических основ алгоритмов управления, применительно к первой в отечественной металлургии системе комплексной автоматизации самого высокопроизводительного в мире блюминга 1300, в том числе и от УВМ «ВНИИЭМ-3». Разработка систем автоматического управления, особенно создание впервые в отечественной металлургии системы с УВМ, выдвинули ряд новых, сложнейших в математическом отношении научных и серьёзных технических задач, абсолютно не свойственных инженерным и констукторским кадрам существующей на Уралмашзаводе системы проектирования прокатного оборудования. Но поскольку задачи касались технологий и их реализующего оборудования, изготовляемого Уралмашзаводом, мы «ничтоже сумняшеся» (ибо были не в состоянии адекватно оценить всю глубину трудностей и сложностей стоящих задач) смело приступили к их решению. Руководством была одобрена наша инициатива.
После пуска блюминга в эксплуатацию (октябрь 1964) первая задача, поставленная перед нами состояла в том, чтобы параллельно проведению экспериментальных работ по автоматизации всеми научными методами способствовать скорейшему достижению проектной производительности. То есть вышеуказанные задачи и многие другие требовали полной и достоверной информации в реальном масштабе времени.
Нами была предложена структурная схема информационной системы на основе двух УВМ «ВНИИЭМ-3» - средства получения представительных массивов точной и надёжной научной информации, требуемой для построения математической модели объекта автоматизации и разработки алгоритмов управления. Такая система была спроектирована организациями-участниками проекта, смонтирована (1966) и являлась первой в отечественной металлургии информационной системой на основе вычислительной техники (подробнее см. [2]).
Первооснову математического обеспечения информационной системы образовали комплексы программ автоматизированного сбора, предварительной обработки и накопления информации и программ по математической статистике, на уровне теории случайных
величин и случайных процессов, создание которых мы приняли на себя. Разработка алгоритмов и программ (совместно с ВЦ Урал-машзавода, применительно в ЭВМ «Урал-4») по математической статистике была закончена в 1968 г. в объёме следующих программ: статистического анализа, одно- и двухфакторного дисперсионного анализа, двумерного и многомерного линейного и криволинейного (на основе метода D.B. Brandon) регрессионного анализа, а также выбора шага квантования по времени, вычисления корреляционной функции и спектральной плотности мощности и других параметров марковских стационарных эргодических случайных процессов (ответственные исполнители Ю.Д. Макаров, Ф.М. Карлинская, в дальнейшем Н.Г. Беляви-на, и ряд сотрудников ВЦ) [3]. Удивительно, но это факт, что созданный комплекс алгоритмов и программ был вторым пакетом программ по математической статистике, созданным в Советском Союзе, тогда как первый пакет был впервые разработан в Ленинградском институте Арктики и Антарктики (ЛАА НИИ) [3]. Комплекс этих программ в течение почти тридцати лет последовательно переводился в ВЦ Уралмашзавода на системы команд ЭВМ: Минск-2, Минск-22, ЕС-1020 (и 1060) и, наконец, на персональный компьютер IBM, что дополнительно подтверждает корректность математических постановок, высокую устойчивость, надёжность, работоспособность и широкие прикладные возможности созданных алгоритмов.
Программы по статистике и другие статистические методы [1] применялись для обработки и анализа экспериментальной информации при решении многообразных задач автоматизации, при исследованиях процесса прокатки на блюминге 1300, механо- и электрооборудования и систем их регулирования, при создании ряда автоматических систем программного управления динамически нагруженными механизмами. Пожалуй, впервые в прокатном производстве, да и в отечественной металлургии, так широко и разносторонне были применены статистические методы. Созданные программы в течение трёх десятилетий (до появления зарубежных разработок) были популярны во всех научных и конструкторских подразделениях Уралмашза-вода и широко применялись при проведении многочисленных экспериментальных работ,
для создания методик расчёта процессов и машин и даже для решения ряда серьёзных производственных проблем и, кроме того, нескольких задач по медицине, имевших место в моей практике.
Обширными комплексными статистическими исследованиями математически строго было доказано (подробно см. [2]), что процесс прокатки на блюминге является нестационарным, стохастическим, многофакторным процессом, деформационные, энергосиловые, скоростные, временные и динамические параметры которого представляют собой случайные величины, имеющие собственные, часто «ненормальные» функции распределения. С позиции автоматизации этот процесс обладает свойством дискретности, является нестабильным (даже на высоком уровне производительности), с ограниченной наблюдаемостью, т. е. функционирует в условиях неполной информации, при этом влияние случайных возмущений на процесс прокатки существенно. Все вышеотмеченные особенности были максимально возможно учтены при формировании математической модели, содержащей совокупность статистически достоверных уравнений регрессии с оценками точности и надёжности, для построения которой и максимизации целевых функций были применены принципы системного анализа и строгие методы математической теории оптимальных процессов.
На основе созданной модели был разработан (исполнитель Ю.Д. Макаров) пакет компьютерных программ (КП) для оптимальных распределений обжатий по пропускам (выбор схем и режимов прокатки) методом динамического программирования Р. Беллмана и максимальных скоростей (или ускорений), а также для обоснования параметров оборудования и приводов, который на протяжении более трёх десятилетий систематически применялся в расчётной практике при проектировании новых и реконструкции действующих реверсивных и непрерывных станов горячей прокатки.
Выполненные научные работы по оптимизации технологии прокатки обосновали целесообразность проведения некоторого совершенствования оборудования, реализация которого способствовала надёжному достижению высокой проектной производительности блюминга, и позволяла автоматическим системам на уровне жёсткого программного
управления, при высоком уровне организации производства, реально обеспечить годовую производительность в объёме 5,5-5,7 млн т по всаду.
Созданный пакет КП по оптимизации технологии и оборудования был успешно применён при разработке эффективного проекта «комплекса унифицированного механо- и электрооборудования участка рабочей клети обжимных станов» (инженер проекта А.Г. Семовских), реализация которого обеспечила значительное сокращение сроков проектных работ, снижение себестоимости изготовления, а также сформировала резерв повышения производительности обжимных станов.
В связи с автоматизацией блюминга было также создано несколько сопутствующих КП по расчёту и оптимизации кольцевых схем транспортировки заготовок и проката, по оптимизации рычажных механизмов, ведомое (исполнительное) звено которых должно воспроизводить требуемую форму траектории или обладать определённой линейной скоростью при заданном перемещении, и ряд других разработок, направленных на повышение качества и культуры проектирования и эксплуатации.
Итак, работы по автоматизации блюминга 1300 заложили первый и весьма солидный «краеугольный камень» в фундамент будущей САПР, и явились успешным началом по формированию этой системы.
Одна из важнейших, но сложных задач, стоящих перед любым конструктором, заключается в обеспечении прочности деталей и надёжности проектируемой машины. И, несомненно, в этом направлении применение ЭВМ и современных численных математических методов, обеспечивающих дифференциальную картину напряжённости в любых сечениях детали и их точках, является актуальной и весьма прагматичной задачей.
С целью повышения статической несущей способности тяжелонагруженных деталей и конструкций сложных конфигураций и их термостойкости при работе в условиях интенсивных нестационарных тепловых воздействий, их оптимизации и построения параметрических рядов и, в конечном итоге для повышения надёжности проектируемого оборудования, нами в середине 70-х годов, совместно с Пермским политехническим институтом были разработаны математические
постановки и пакеты КП для решения на ЭВМ краевых задач теории упругости в перемещениях, в плоской и объёмной постановках, методом конечных элементов (МКЭ) для исследований напряжённо-деформированных (НДС) и термоупругих состояний (ТУС) областей сложных геометрических форм5.
Работоспособность, достоверность и эффективность КП доказана на тестовых примерах и сравнением результатов расчётов с экспериментальными исследованиями, а также более двухдесятилетним периодом выполнения многочисленных расчётов при проектировании прокатного, горного, бурового и другого металлургического оборудования. Все пакеты программ переданы и зарегистрированы в ГОСФАП СССР [1].
Кроме того, для оформления результатов исследований НДС и ТУС (в том числе и статистических) было разработано программное обеспечение, позволяющее выполнять на графопостроителе ВБШОК-2320 ВЦ Урал-машзавода различные виды рисунков, на которых показываются напряжённое и деформированное или термоупругое состояния и температурные поля всей конструкции или её фрагмента, а также построенная сетка КЭ и система граничных условий.
Созданные программы были успешно применены для исследования на ЭВМ НДС станин закрытого типа (также с целью анализа и обобщения опыта предшествующих поколений конструкторов в проектировании сложных фундаментных деталей) станов горячей и холодной прокатки, в том числе с учётом концентраторов напряжений, универсальных шарниров с вкладышами скольжения (исполнитель И.Ф. Волегов), тяг различных конструктивных исполнений (исполнитель -А.П. Поляков) и многих других несущих деталей и сложных конструкций (подробнее см. [1]). На основе результатов исследований НДС созданы унифицированные конструкции станин и построены параметрические ряды тяг и универсальных шарниров, впервые содержащие оценки нагрузочной способности каждого типоразмера, а для последних разработан и
5 К слову, первые КП, реализующие МКЭ, появились, если довериться Интернету, в середине 70-х годов в США (разработки NASA). Так что мы тоже «не лыком шиты» и « щи не лаптем хлебали», а были в «теме и на уровне» (относительно того, что мы делали одновременно с передовым Западом).
утверждён новый ГОСТ 8059-83. Применение процедуры планирования численных экспериментов на ЭВМ (представляя модель детали в формате МКЭ) и многофакторного статистического анализа позволило получить эффективные для проектирования уравнения множественной регрессии с оценками точности и надёжности для зависимостей максимальных величин эквивалентных напряжений и перемещений (оптимизируемые параметры) как функции конструктивных параметров детали. Такие уравнения получены для станин заготовочных и листовых станов горячей и холодной прокатки, универсальных шарниров и тяг.
Были выполнены компьютерные исследования ТУС термонагруженных сложных конструкций прокатных цехов (исполнитель А.Ф. Трусов): слитковозов, линеек манипулятора, суппортов ножниц и ряда других деталей, на основе результатов которых созданы новые конструкции, успешно работающие в настоящее время [1].
Новые конструкторские решения для многих ответственных несущих деталей были разработаны благодаря многолетнему тесному творческому контакту с конструкторами: С.Н. Красносельским, Ю.К. Панкратовым, А.К. Филатовым, Н.К. Корякиным, Ю.П. Чистяковым, А.И. Госьковым, А.В. Гладковым, А.Н. Сулимовым и многими другими. Автор выражает им искреннюю признательность и сердечную благодарность.
Высокая информативность результатов проявилась в исследованиях НДС деталей и конструкций четырёхвалковых листовых прокатных станов. Были исследованы НДС валковых систем станов «кварто» (с оценкой концентраторов напряжений в области галтелей рабочих и опорных валков), результаты которых позволили выполнить сравнение эффективности различных систем противоизгиба.
Следующая достаточно интересная и сложная разработка, которая оставила неприятные ощущения и воспоминания вследствие ограниченности необходимой исходной экспериментальной информации, при дальнейшем обсуждении результатов вызвала много нервных, но безрезультатных споров. С целью получения оценок достоверности расчётов поперечной разнотолщинности и диапазона её изменения было проведено исследование взаимодействия рабочего и опорного валка с учётом сил трения скольжения рабочего валка
вдоль образующей опорного. Отличительная особенность и новизна математической постановки задачи заключалась в применении МКЭ к решению контактной задачи теории упругости для тел сложной формы [1]. В результате было доказано, что учёт сил трения даёт более достоверную величину разнотолщинности. А в дальнейшем появилась публикация экспериментально подтвердившая наличие сил трения скольжения между рабочим и опорным валками в направлении их продольной оси применительно к станам горячей прокатки.
На основе созданных пакетов КП выполнено много других практических исследований с неизменным получением новых эффективных конструкторских и технологических решений [1].
Следует особо обратить внимание на следующий немаловажный и радующий факт, которого явно не хватало для приятных ощущений полноты счастья и успеха при выполнении таких многотрудных и трудоёмких исследований. Несмотря на то что большинство типовых деталей оборудования прокатных станов проектировалось на протяжении нескольких столетий отечественными и зарубежными конструкторами, и казалось бы, должно иметь оптимальные конструктивные параметры, применение современного математического аппарата - численных методов и ЭВМ, выявило ряд новых важных особенностей, реализация которых позволила достичь высокого уровня совершенства конструкций, в том числе и эстетического. И многолетняя практика применения созданных пакетов прикладных КП для проектирования широкой гаммы разнообразных деталей и конструкций сложных конфигураций действительно убедительно доказала реальность достижения прекрасного - красоты компьютерных конструкторских решений (см. [1])!
На основе решения ряда теоретических задач по оптимизации и опыта совершенствования режимов работы электроприводов механизмов блюмингов 1300 в конце 70-х годов, используя методы идентификации и регистрацию параметров электропривода (как исходной информации), впервые были созданы КП для определения величины постоянной времени привода, махового и статического моментов (постоянных и переменных) для любых машин и механизмов прокатного оборудования и формировалась математическая поста-
новка для определения суммарного зазора (люфта) в механических системах и в зубчатых передачах6. Эти разработки имеют большое значение для качественной наладки и совершенствования режимов функционирования электроприводов и динамики (т. е. срока службы) механооборудования.
В начале 80-х годов, в связи с проведением теоретических и экспериментальных исследований процесса правки рельсов, с целью повышения качества технологии и конструкций правильных машин совместно с Пермским политехническим институтом была создана современная научная методология исследования и оптимизации НДС профиля при правке, основанная на решении МКЭ объёмной стационарной изотермической задачи упругопла-стичности, и разработана КП для расчёта дифференциальных и интегральных параметров процесса знакопеременного изгиба рельсов и других фасонных профилей. Программа позволяет вычислить компоненты векторов перемещений, тензоров напряжений и деформаций и их распределение в любой точке подвергаемого правке профиля; распределение остаточных напряжений и величины конечной кривизны и многие другие параметры. С помощью КП выполнены численные и параметрические исследования некоторых аспектов применяемых на НТМК технологий правки, в результате которых обоснован ряд технологических и конструктивных рекомендаций, в частности, предложен оптимальный режим правки термоупрочнённого рельса, уменьшающий конечную кривизну примерно в 25 раз, и показана целесообразность автоматизации правильного комплекса - микропроцессорной программной системы.
В середине 80-х годов, в связи с разработкой малоотходных и менее энергоёмких технологий производства заготовок и фасонных профилей, совмещаемых с машинами непрерывного литья, и реализуемых при реконструкции обжимно-заготовочных комплексов, были созданы две очень информативные КП для исследований НДС обода железнодорожного колеса в процессе его осадки и НДС непрерывнолитого сляба при его прессовании в двух взаимно перпендикулярных направле-
6 Разработчик алгоритмов и программ - инженер-математик В.Я. Гольденберг. Выражаю ему искреннюю признательность и благодарность.
ниях (исполнитель Б.М. Беккер). Результаты применения этих программ способствовали более точному обоснованию.
Но не все работы были успешными. Были и неудачи. Например, у меня всегда была мечта (которая, к сожалению, так и останется только мечтой) построить комплекс КП для поиска оптимальных структур (кинематических схем) рычажных, а может быть, и любых механизмов, базируясь на методах идентификации, при внешней нагрузке, задаваемой в форме статистических оценок по величине и времени (в частности корреляционной функции). Но попытка создать (70-е годы) программу для решения соответствующего интегрального уравнения с заданной точностью не увенчалась успехом. Видимо, возможная причина заключалась в весьма ограниченных технических возможностях применяемой в то время ЭВМ «Минск-22».
Итак, вся совокупность вышеприведённых компьютерных программ и многие другие компоненты [1], созданные в 70-е годы прошедшего столетия, главным принципом разработки которых всегда были корректная физическая и математическая постановка задачи и строгие математические методы реализации её решения на ЭВМ, по нашему мнению, являются представительным комплексом современных средств качественного проектирования технологий и оборудования прокатных станов и могли бы вполне сформировать надёжную основу эффективной САПР.
Следует особо отметить, что большинство работ и достижений по созданию САПР и внедрению их результатов в конструкторскую практику, с разработкой новых, более надёжных несущих деталей и сложных конструкций выполнено на протяжении не более двадцати лет (начало 60-х - начало 80-х годов) и осуществлялось в условиях относительной свободы творчества, в атмосфере доверия, доброжелательности и взаимопонимания, только лишь благодаря опыту, интуиции, дальновидности и личностных качеств главного конструктора прокатного оборудования Георгия Лукича Химича и его заместителя по станам горячей прокатки Константина Варфоломеевича Корякина. Их, как правило, позитивное отношение к деловой и творческой активности и инициативам и, в частности к применению ЭВМ на разных этапах процесса проектирования, способствовали успехам в
нашей работе. Конечно, все душевные слова благодарности и признательности надо было бы высказать лично, но... по объективным житейским обстоятельствам («суета сует»!) этого сделать, к сожалению, не удалось. Огромная им благодарность и вечная память.
В мае 1986 года, находясь в кабинете главного конструктора (ранее произошли существенные изменения в руководстве отделом), я предложил организовать самостоятельное подразделение САПР с целью разработки пакетов программ по проектированию на ЭВМ типовых деталей и узлов машин, проведения обучения конструкторов основам САПР и овладения навыками в работе на компьютере. Реакция была удивительная, но показательная: злой саркастический смех, сопровождаемый возгласом: «Что он предлагает? Как это можно спроектировать редуктор на вычислительной машине?! Чушь полная!!!». Вот такая была «картина маслом». Я понял что, «лучше ужасный конец, чем ужас без конца»! Я устал постоянно доказывать, что «Ты - не верблюд». И мне вновь напомнили, что «инициатива наказуема»! Меня пригласили работать в другой отдел. А с мая 1989 г. я перешёл работать в университет. Поэтому мне не известна судьба наших разработок, как не известна судьба огромного, более чем 60-летнего конструкторского архива прокатного отдела и завода, аккумулирующего опыт, овеществлённый в многочисленных чертежах уникальных машин и оборудования, созданных несколькими поколениями талантливых инженеров и рабочих, а также многих научных (в том числе программных разработок), поте-
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ря которых адекватна падению производственного, конструкторского и научного потенциала завода, усугубляемого исчезновением наиважнейшего принципа для профессии конструктора - преемственности поколений.
В лихие 90-е годы в огне «перестройки» было вновь разрушено до основания много производств, и не исключено и не удивительно, что в эти жернова попали и многие научные проекты. Именно в этот период на необъятный российский рынок хлынул неудержимый поток зарубежных компьютерных программ (а также персональных компьютеров IBM) и графических пакетов, который, естественно, «задавил» российские подобные разработки. Поэтому не трудно представить судьбу наших САПРовских трудов. Многолетние компьютерные наработки, которые создавались энтузиастами в условиях «бега впереди паровоза», когда мы неудержимо выдвигали новые инициативы, тем самым творили себе новые трудности и мужественно с нервотрёп-кой их преодолевали, канули в Лету. Так что информация о наших разработках сохранилась, в основном, в научных публикациях, в диссертациях (в пяти кандидатских и одной докторской) и... в головах наших коллег, высокий профессионализм которых (достигнутый благодаря самостоятельным работам над созданием сложных КП) уверенно гарантировал им возможность быстрого освоения зарубежных компьютерных программ и получение надёжного «рабочего» места.
Всё-таки будем надеяться, что рукописи не горят и труды наши восстанут из пепла!
REFERENCES
1. Поляков Б.Н. Повышение качества технологий, несущей способности конструкций, долговечности оборудования и эффективности автоматических систем прокатных станов. СПб.: Реноме, 2006. 528 с.
2. Статистический анализ и математическое моделирование блюминга / С.Л. Коцарь, Б.Н. Поляков, Ю.Д. Макаров, В.А. Чичигин. М.: Металлургия, 1974. 280 с.
3. Поляков Б.Н. Статистические методы в алгоритмах и примерах (из практики прокатного производства): учебное пособие. СПб.: «Реноме», 2007. 182 с.
1. Polyakov B.N. Povyshenie kachestva tehnologiy, nesuschey sposobnosti konstruktsiy, dolgovechnosti oborudovaniya i effektivnosti avtomaticheskih sistem prokatnyh stanov. SPb.: Renome, 2006. 528 s.
2. Statisticheskiy analiz i matematicheskoe mod-elirovanie blyuminga / S.L. Kotsar', B.N. Polyakov, Yu.D. Makarov, V.A. Chichigin. M.: Metallurgiya, 1974. 280 s.
3. Polyakov B.N. Statisticheskie metody v algorit-mah i primerah (iz praktiki prokat-nogo proizvodstva): uchebnoe posobie. SPb.: «Renome», 2007. 182 s.
Поляков Борис Николаевич - доктор технических наук профессор, член-корреспондент Академии инженерных наук Российской Федерации. Награждён нагрудным знаком «Изобретатель СССР». Один из создателей первой в советской металлургии информационно-измерительной и диагностической компьютерной системы для совершенствования технологий, режимов эксплуатации оборудования и его автоматизации. Руководитель и
соавтор второго в бывшем СССР пакета компьютерных про-грамм по математической статистике (1970), который, совместно с системным анализом, был впервые широко применен для разработки технологических основ алгоритмов оптимального автоматического управления реверсивными и непрерывными станами горячей прокатки. C 1989 по 2002 г. - заведующий кафедрой автоматизации проектирования и инженерной графики в Российском государственном профессионально-педагогическом университете в Екатеринбурге; [email protected]
Polyakov Boris Nikolaevich - Doctor of Engineering, Corresponding Members of the Academy in Engineering, the Russian Federation; [email protected]
Статья поступила в редакцию 26.03.2017 г.
УДК 621.314 ГРНТИ 47.14.13
ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОЙ ОЧИСТКИ ТОКОПРОВОДЯЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ
В.А. Захаренко, А.С. Татевосян, Н.В. Захарова, А.А. Лукачева Омский государственный технический университет Россия, 644050, г. Омск, просп. Мира, 11
Поднимается проблема очистки поверхностей от налипания различных веществ. За основу принят метод моделирования устройства электроимпульсной очистки, позволяющий проверить эффективность взаимодействия магнитного поля, созданного ампервитками катушки, с токами Фуко, наводимыми в токопроводящей пластине. Предложен метод цепно-полевого подхода с использованием профессиональной версии программы ELCUT 6.0.
Ключевые слова: токопроводящие поверхности, электроимпульсная очистка, токи Фуко, цепно-полевой подход, программа ELCUT 6.0.
RESEARCH OF OPERATING PROCEDURE OF ELECTROPULSE CLEARING FOR CURRENT-CONDUCTING SURFACES IN INDUSTRIAL EQUIPMENT
V.A. Zaharenko, A.S. Tatevosyan, N.V. Zaharova, A.A. Lukacheva Omsk State Technical University Russia, 644050, Omsk, prosp. Mira, 11
The article cocerns the issue of surface clearing from different stuff adhering. The authors adopt a method of modelling of an electropulse-clearing device, which allows checking interac-tion efficiency of the magnetic field created by the coil ampere winding with Foucault currents guided in the current-conducting wafer. They offer a method of the chain-field approach using the professional version of ELCUT 6.0 programme.
Keywords: current-conducting surfaces, electropulse clearing, Foucault currents, a chain-field approach, a programme.
Введение. Электроимпульсные технологии очистки поверхностей от налипания различных веществ находят широкое приме-
нение в строительстве, машиностроении, железнодорожном транспорте, теплоэнергетике и других сферах производственной деятель-
© В.А. Захаренко, А.С. Татевосян, Н.В. Захарова, А.А. Лукачева, 2017
