CC BY
78
КОМПЛЕКС ТРЕНАЖЕРОВ «ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УСТРАНЕНИЯ ДЕФЕКТОВ ОТЛИВОК»
Ю. Ф. Воронин, д. т. н., профессор каф. САПР и ПК, Тел.: (8442) 24-84-92, e-mail: [email protected] В. А. Камаев, д. т. н., зав. каф. САПР и ПК Тел.: (8442) 24-84-92, e-mail: [email protected] А. В. Матохина, к. т. н., ст. преподаватель каф. САПР и ПК Тел.: (8442) 24-84-92, e-mail: [email protected] Волгоградский государственный технический университет
http://www.vstu.ru
The increase of the professional level of founders is an important problem nowadays. Volgograd STU has developed a new methodology of revealing and liquidation of foundry defects on the basis of which the complex of training apparatus «Technological bases of elimination of castings defects» is created and used. The complex of training apparatus is used when studying corresponding discipline by the students of Volgograd STU, and also in the courses of improvement of qualification of employees of the foundry enterprises of Russia and Ukraine.
Повышение профессионального уровня литейщиков является важной задачей сегодняшнего дня. Волгоградским ГТУ разработана новая методология выявления и ликвидации литейных дефектов, на основе которой создан и используется при обучении комплекс тренажеров «Технологические основы устранения дефектов отливок». Комплекс тренажеров используется при изучении соответствующей дисциплины студентами ВолгГТУ, а также на курсах повышения квалификации сотрудников литейных предприятий России и Украины.
Ключевые слова: автоматизированная обучающая система, качество, отливка, литейщики, студенты, мастерство, опыт, система, сталь, чугун, снижение брака.
Keywords: automation learning systems, quality, casting, founders, students, skill, experience, system, a steel, pig-iron, decrease of defects.
Посещение в течение ряда лет литейных предприятий позволило выявить недостаточный уровень знаний технологов, что явно приводит к невысокому уровню качества отливок [1]. Для повышения качества выпускаемого литья требуется быстро и точно определить [2]:
а) разновидности дефектов на забракованном литье;
б) выявить этапы формирования дефектов, используя характерные особенности литейной формы, анализируя технологическую ветвь производственного процесса и др.;
в) определить эффективные способы ликвидации дефектов.
В Волгоградском государственном техническом университете разработано пять тренажеров (автоматизированных систем) для повышения навыков бездефектного изготовления отливок из чугуна и стали, позволяющих улучшить визуальное восприятие получаемых знаний [3]. Информационное наполнение тренажера выполнено на основе многолетнего опыта работы в области повышения качества литья [4-8]. В тренажер вошли практические приемы и мате-
риалы по ликвидации дефектов реальных отливок [9].
Архитектура тренажеров представлена на рис. 1. Автоматизированная система включает три основных блока. Главным является блок «Тренажер». С использованием тренажеров происходит обучение пользователя идентификации и ликвидации дефектов отливок. Для повышения эффективности устранения литейных дефектов пользователю предлагается апробированная методика, позволяющая по визуальным характеристикам точно определить разновидность дефекта и способ его формирования. Кроме того, предлагаемая методика позволяет определить причину возникновения дефекта и выбрать наиболее эффективные приемы его устранения. Методика включает:
ТКамаёвЩ
- набор деревьев идентификации дефектов с цветными фотографиями, описанием внешнего вида поверхности и образа дефекта [10];
- цепочки причинно-следственных связей, приведших к возникновению дефектов. Для каждой разновидности дефектов построены наборы цепочек, позволяющих с высокой точностью определить последовательность технологических операций, приведших к
___ _ возникновению дефекта;
- способы ликвидации дефектов представлены анимационными роликами, схематически демонстрирующими процессы, протекающие в литейной форме. В роликах представлены процессы, приводящие к возникновению дефектов, а также технологические приемы для повышения качества литья с подробным описанием поэтапного устранения дефекта.
Помимо визуальных приемов, в тренажерах имеется богатейший материал по технологическим параметрам производства, местами подкрепленный модулями, позволяющими рассчитать основные технологические параметры и конструкционные элементы, необходимые для производства отливки.
Как показала практика, конкретная разновидность дефектов проявляется при определенных недочетах или неточностях допущенных при производстве отливки. Нередко ликвидацию дефектов следует начинать с анализа или расчета технологических параметров, позволяющих определить направление ликвидации дефектов. Так, по темам распределены подсистемы:
- Анализ газового режима. Подсистема позволяет по реальной модели отливки рассчитать давление в форме и стержне литейной формы и, варьируя различные технологические параметры, добиться его снижения до допустимого уровня [11].
- Анализ процессов затвердевания. Подсистема позволяет посмотреть в динамики процесс затвердевания любого сечения модели отливки. Варьируя параметры заливки или меняя облицовочную смесь фрагмента или всей формы, пользователь может добиться требуемого затвердевания или подпитки ответственных участков отливки для улучшения качества металла как на по-
верхности, так и внутри. Для упрощения работы с системами анализа пользователь может выбрать готовые файлы проектов ликвидации дефектов по реальным отливкам [12].
- Подсистема проектирования литниковой системы. Подсистема позволяет по параметрам отливки и формы рассчитать и получить чертежи основных элементов литниковой системы. Как показала практика работы на литейных предприятиях, в спроектированных литниковых системах зачатую отсутствуют технологические элементы, позволяющие фильтровать поступающий в форму металл. В подсистеме реализована возможность выбора и расчета зумфов, дросселей и шлакоуловителей, позволяющих очищать металл от возможных примесей или фрагментов формы.
- Набор экспертных систем определения причин дефектов. Системы позволяют оценить степень влияния отдельных технологических параметров или их сочетаний на возможность образования конкретных дефектов. Экспертные системы реализованы для всех разновидностей дефектов [13].
Для закрепления полученных знаний, имеются контрольные вопросы, после ответа
на которые сту-
дент оценку, ленную жером».
получает выстав-«Трена-Тесты
включают основные теоретические и практические вопросы повышения качества литья, а также вопросы по реальным производственным примерам с фотографиями и моделями дефектных отливок. Тесты формируются в базе данных с помощью подсистемы формирования тестов. База данных тестов связана не только с модулем контроля знаний, но также и с базой дополнительных справочных материалов. В процессе тестирования по желанию пользователя ему будет предоставлена краткая и развернутая информация по вопросам, на которые он дал неверный ответ. Пример работы «Тренажера» представлен на сайте http://otlivka.vstu.ru.
http://otlivka.vstu.ru.
Рис. 1. Автоматизированный комплекс «Технологические основы устранения дефектов отливок»
Для пояснения эффективности использования тренажеров в качестве обучающей автоматизированной системы, приведем несколько фрагментов по анализу дефектов отливки «Рама боковая», представленной на рис. 2 [14, 15]. Отливка предназначена для железнодорожного транспорта. При производстве отливки на ее поверхности возникают дефекты, показанные на рис. 3.
Идентификация дефектов отливки осуществляется с использованием визуально-логической модели [16], представленной на рис. 4. Следуя по рис. 4 сверху вниз по направлению стрелок устанавливаем, что рассматриваемые на рис. 3 раковины являются гладкими, окисленными, матовыми, серо-синего цвета, сферической и свищевидной
формы, располагаются в различных местах отливки. Следовательно, рассматриваемые раковины относятся к окисленным и вызваны выделением газа от сгорания органического вещества в составе формовочной смеси.
Для получения навыков определения этапов возникновения дефекта и построения цепочек причинно-следственных связей используем поэтапные фрагменты анимационного процесса формирования окисленной газовой раковины на отливке. По каждому этапу приводятся комментарии, описывающие причины происходящего на протяжении цикла изготовления отливки, соответственно на рисунках 5а-5г:
Рис. 2. Отливка «Рама боковая» для грузовых вагонов
Рис. 3. Фрагмент отливки
Рис. 4. Визуально-логическая модель характерных отличительных особенностей раковин гладких окисленных с определением их разновидностей
а) Процесс заполнения формы металлом. Сочетание негативных факторов литейной формы (формовочная и стержневая смеси имеют способность выделять газ), отсутствие вентиляционной системы в форме и стержне, влияющих на возникновения дефекта;
б) Повышение давления в форме и стержнях отливки. В этот момент по всей рабочей поверхности формы и стрежня происходит газообразование органических составляющих смесей с выделением газа, который, проникая в поры формы и стержня, создает в них повышенное давление;
в) Начальный процесс образования окисленных газовых раковин в отливке. Образующийся в форме газ проникает в металл в виде пузырьков, располагающихся на поверхности рельефа формы;
г) Формирование дефекта. Формирование окисленных газовых раковин сферической или другой формы (в зависимости от интенсивности образования давления газа).
Изучение фрагментов анимации позволяет студентам разделить факторы формирования дефекта на технологические и производственные. К технологическим этапам формирования газовых раковин, заложенным при разработке проекта, относятся:
• существующие газотворные способности стержней и формовочной смеси;
• отсутствие вентиляционных каналов в форме;
• отсутствие вентиляционной системы в стержне;
Рис. 5а. Форма в сборе без вентиляционных каналов, заливаемая расплавленным металлом
Рис. 5в. Начальный процесс образования окисленных газовых раковин в отливке
Следует отметить, что технологические этапы могут быть отражены в документации, но не выполняться на производственном участке. К производственным этапам формирования дефекта в данном случае претензий нет.
Анимационный процесс ликвидации окисленных газовых раковин сферической или другой формы с использованием установленных причинно-следственных связей в виде этапов формирования дефекта, приводится аналогично рассмотренной выше методике.
Разработанные тренажеры применяются при обучении студентов ВолгГТУ в рамках дисциплины «Технологические основы образования и устранения дефектов отливок». Тренажеры позволяют наглядно, с использованием мультимедийной техники продемонстрировать основные разделы изучаемой дисциплины, а именно:
• системное представление дерева дефектов отливок;
• определение этапов формирования дефектов отливок с построением цепочек причинно-следственных связей между разновидностью дефекта и причиной его возникновения;
Литература
1. Воронин Ю. Ф., Камаев В. А., Матохина А. причин его возникновения и способа ликвидации //
Рис. 5б. Форма в сборе без вентиляционных каналов в начальной стадии повышения газового давления в форме и стержнях
Рис. 5г. Завершающий процесс образования окисленных газовых раковин в отливке
• определение возможных условий производства для использования эффективных приемов устранения выявленных дефектов.
Известно, что использование в процессе обучения визуализации, в частности наглядных пособий, повышает уровень запоминания информации на 60%. Все слушатели показали усвояемость знаний не ниже 80%. Для изучения лекционного курса разработано пять учебных пособий (с грифом Минвуза) по выявлению и ликвидации основных групп литейных дефектов [17-21]. Дополнительно изучаются условия поддержки технического обслуживания автоматических линий по производству отливок [22].
В 2011 году были проведены 80-часовые учебные курсы на градообразующих заводах ОАО НПК «Уралвагонзавод» и ОАО «Азовмаш». Для обучения были организованы группы технологов, мастеров и представителей ОТК, с которыми проводилось обучение в две смены. На заключительных этапах обучения проводились экзамены с использованием в качестве экзаменатора «Тренажеров».
В., Карпов С. А. Компьютерное определение дефекта, Литейное производство, 2004. № 7. С. 17-24.
2. Воронин Ю. Ф., Матохина А. В. Моделирование влияния причин возникновения дефектов на качество отливок // Литейщик России, 2004. № 8. С. 33-37.
3. Воронин Ю. Ф., Бегма В. А., Давыдова М. В., Михалев А. М. Автоматизированная система повышения эффективности обучения студентов вузов и технологов литейных специальностей // Сборник КГУ: Материалы международной научно-технической конференции, 2010. С. 237-244.
4. Воронин Ю. Ф., Камаев В. А., Матохина А. В., Карпов С. А. Компьютерный «Атлас литейных дефектов». Чугун и сталь // Литейщик России, 2004. № 1. С. 31-36.
5. Воронин Ю. Ф., Камаев В. А., Матохина А. В., Куликов Д. Ю. Управление процессом снижения усадочных дефектов отливок // Литейщик России, 2004. № 12. С. 37-40.
6. Воронин Ю. Ф., Камаев В. А. Атлас литейных дефектов. Черные сплавы. - М.: Машиностроение-1, 2005. 328 с.
7. Воронин Ю. Ф., Камаев В. А. Комплексное решение вопросов повышения качества литых заготовок // Литейное производство, 2005. № 2. С. 7-11.
8. Воронин Ю. Ф. Повышение качества литья. Системный подход. - М.: Машиностроение-1, 2007. 264 с.
9. Воронин Ю. Ф. Методология снижения брака отливок // Литейщик России, 2008. № 12. С. 22-27.
10. Камаев В. А., Щербаков М. В. Абдукция в концептуальном проектировании, когнитивном моделировании и интеллектуальном анализе данных // Открытое образование, 2011. № 2. Ч. 2. С. 62-67.
11. Воронин Ю. Ф., Лосев А. Г., Матохина А. В., Бегма В. А. Моделирование газового режима литейной формы // Литейщик России, 2004. № 4. С. 35-41.
12. Воронин Ю. Ф., Куликов Д. Ю. Литейное производство. Моделирование условий снижения или ликвидации усадочных дефектов // Оборудование: Технический альманах, 2006. № 3. С. 34-39.
13. Воронин Ю. Ф., Камаев В. А. Экспертная оценка качества литья. Черные сплавы. - М.: Машино-строение-1, 2006. 180 с.
14. Воронин Ю. Ф., Камаев В. А. Проблемы обеспечения качества литых деталей грузовых вагонов // Техника железных дорог, сентябрь 2010. № 3. С. 70-75.
15. Воронин Ю. Ф., Воронин С. Ю. Условия разработки технологического проекта бездефектного изготовления отливок // Техника железных дорог, август 2011. № 3. С. 82-85.
16. Воронин Ю. Ф. Моделирование условий ликвидации газовых раковин // Литейщик России, 2006. № 2. С. 38-42.
17. Воронин Ю. Ф. Система определения и ликвидации трещин в отливках из чугуна и стали: Учебное пособие, цветное, ф. А4. - Волгоград: ВолгГТУ, 2010. 172 с.
18. Воронин Ю. Ф. Система определения и ликвидации усадочных дефектов в отливках из чугуна и стали: Учебное пособие, цветное, ф. А4. - Волгоград: ВолгГТУ, 2010. 160 с.
19. Воронин Ю. Ф. Система определения и ликвидации светлых газовых раковин в отливках из чугуна и стали: Учебное пособие, цветное, ф. А4. - Волгоград: ВолгГТУ, 2010. 163 с.
20. Воронин Ю. Ф. Система определения и ликвидации окисленных газовых раковин в отливках из чугуна и стали: Учебное пособие, цветное, ф. А4. - Волгоград: ВолгГТУ, 2010. 138 с.
21. Воронин Ю. Ф. Система определения и ликвидации неметаллических включений в отливках из чугуна и стали: Учебное пособие, цветное, ф. А4. - Волгоград: ВолгГТУ, 2011. 180 с.
22. Кизим А. В., Чиков Е. В., Мельник В. Ю. Задачи прогнозирования и планирования для программно-информационной поддержки технического обслуживания и ремонта оборудования // Открытое образование, 2011. № 2. Ч. 2. С. 224-227.
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДЛЯ МОНИТОРИНГА
ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ВУЗА
Д. А. Кочетов, аспирант Института качества высшего образования Тел.: (915) 398-46-45, e-mail: [email protected]
Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»
http://www.misis.ru
The system of indicators as a base of universal pattern of higher school activity monitoring has been developed. The system of indicators covers all the areas of higher school activities and can be utilized for self-assessment, for accreditation educational programmes by independent professional associations as well as the state accreditation of the higher education establishment.
