Статистическое управление процессом контактной стыковой сварки рельсов. Двухуровневая система управления

Рассмотрен современный подход к созданию системы контроля и управления процессом контактной стыковой сварки рельсов, основанный на статистическом анализе совокупности данных, характеризующих этот процесс. Такой анализ позволяет обнаружить в полученных данных ряд ранее неизвестных и полезных интерпре...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2016
Hauptverfasser:	Кучук-Яценко, С.И., Руденко, П.М., Гавриш, В.С., Дидковский, А.В., Антипин, Е.А.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2016
Schriftenreihe:	Автоматическая сварка
Schlagworte:	Контактная стыковая сварка
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/146572
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Статистическое управление процессом контактной стыковой сварки рельсов. Двухуровневая система управления / С. И. Кучук-Яценко, П. М. Руденко, В. С. Гавриш, А. В. Дидковский, Е. А. Антипин // Автоматическая сварка. — 2016. — № 5-6 (753). — С. 17-20. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-146572
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1465722025-02-09T10:00:33Z Статистическое управление процессом контактной стыковой сварки рельсов. Двухуровневая система управления Statistical control of process of flash-butt welding of rails. Two-level control system Кучук-Яценко, С.И. Руденко, П.М. Гавриш, В.С. Дидковский, А.В. Антипин, Е.А. Контактная стыковая сварка Рассмотрен современный подход к созданию системы контроля и управления процессом контактной стыковой сварки рельсов, основанный на статистическом анализе совокупности данных, характеризующих этот процесс. Такой анализ позволяет обнаружить в полученных данных ряд ранее неизвестных и полезных интерпретаций знаний («обнаружение знаний в базах данных», англ. knowledge discovery in databases), необходимых для принятия решений по управлению процессом. Проведен анализ причин, которые могут приводить к отклонениям в ходе технологического процесса и, как следствие, к нарушению качества сварных стыков. Для выявления этих возмущений предложена двухуровневая система контроля и управления. На нижнем уровне в системе прямого цифрового управления используется традиционный контроль качества сварных соединений для «мгновенной» реакции на возникновения брака и предупреждения его дальнейшего распространения. На верхнем уровне (в диагностическом центре «Укрзалізниці») осуществляется статистическая обработка протоколов сварки рельсов для выявления возмущений, которые сложно проконтролировать прямыми измерениями. Разработанные алгоритмы прошли экспериментальную проверку и могут быть рекомендованы для дальнейшего внедрения в производство. The article deals with the modern approach to creation of system for control of process of flash-butt welding of rails based on statistical analysis of data collection, characterizing this process. In the received data such an analysis allows detecting a number of previously unknown and useful knowledge interpretations (knowledge discovery in databases), required for making decision on the process control. The analysis of causes was carried out which may lead to deviations in the course of technological process and, as a consequence, to violation of the quality of welded butts. To detect these disturbances, two-level control system was proposed. At the lower level in the system of direct digital control the traditional quality control of welded joints is used for «instantaneous» response to the occurrence of rejection and prevention of its further spreading. At the upper level (at the diagnostic center of Company «Ukrzaliznytsya») the statistical processing of welding rails protocols is carried out to detect disturbances which are difficult to control by direct measurements. The developed algorithms passed an experimental verification and can be recommended for their further introduction into industry. 2016 Article Статистическое управление процессом контактной стыковой сварки рельсов. Двухуровневая система управления / С. И. Кучук-Яценко, П. М. Руденко, В. С. Гавриш, А. В. Дидковский, Е. А. Антипин // Автоматическая сварка. — 2016. — № 5-6 (753). — С. 17-20. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0005-111X DOI: https://doi.org/10.15407/as2016.06.02 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/146572 621.791.76.03-52 ru Автоматическая сварка application/pdf Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Контактная стыковая сварка Контактная стыковая сварка
spellingShingle	Контактная стыковая сварка Контактная стыковая сварка Кучук-Яценко, С.И. Руденко, П.М. Гавриш, В.С. Дидковский, А.В. Антипин, Е.А. Статистическое управление процессом контактной стыковой сварки рельсов. Двухуровневая система управления Автоматическая сварка
description	Рассмотрен современный подход к созданию системы контроля и управления процессом контактной стыковой сварки рельсов, основанный на статистическом анализе совокупности данных, характеризующих этот процесс. Такой анализ позволяет обнаружить в полученных данных ряд ранее неизвестных и полезных интерпретаций знаний («обнаружение знаний в базах данных», англ. knowledge discovery in databases), необходимых для принятия решений по управлению процессом. Проведен анализ причин, которые могут приводить к отклонениям в ходе технологического процесса и, как следствие, к нарушению качества сварных стыков. Для выявления этих возмущений предложена двухуровневая система контроля и управления. На нижнем уровне в системе прямого цифрового управления используется традиционный контроль качества сварных соединений для «мгновенной» реакции на возникновения брака и предупреждения его дальнейшего распространения. На верхнем уровне (в диагностическом центре «Укрзалізниці») осуществляется статистическая обработка протоколов сварки рельсов для выявления возмущений, которые сложно проконтролировать прямыми измерениями. Разработанные алгоритмы прошли экспериментальную проверку и могут быть рекомендованы для дальнейшего внедрения в производство.
format	Article
author	Кучук-Яценко, С.И. Руденко, П.М. Гавриш, В.С. Дидковский, А.В. Антипин, Е.А.
author_facet	Кучук-Яценко, С.И. Руденко, П.М. Гавриш, В.С. Дидковский, А.В. Антипин, Е.А.
author_sort	Кучук-Яценко, С.И.
title	Статистическое управление процессом контактной стыковой сварки рельсов. Двухуровневая система управления
title_short	Статистическое управление процессом контактной стыковой сварки рельсов. Двухуровневая система управления
title_full	Статистическое управление процессом контактной стыковой сварки рельсов. Двухуровневая система управления
title_fullStr	Статистическое управление процессом контактной стыковой сварки рельсов. Двухуровневая система управления
title_full_unstemmed	Статистическое управление процессом контактной стыковой сварки рельсов. Двухуровневая система управления
title_sort	статистическое управление процессом контактной стыковой сварки рельсов. двухуровневая система управления
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2016
topic_facet	Контактная стыковая сварка
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/146572
citation_txt	Статистическое управление процессом контактной стыковой сварки рельсов. Двухуровневая система управления / С. И. Кучук-Яценко, П. М. Руденко, В. С. Гавриш, А. В. Дидковский, Е. А. Антипин // Автоматическая сварка. — 2016. — № 5-6 (753). — С. 17-20. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
series	Автоматическая сварка
work_keys_str_mv	AT kučukâcenkosi statističeskoeupravlenieprocessomkontaktnojstykovojsvarkirelʹsovdvuhurovnevaâsistemaupravleniâ AT rudenkopm statističeskoeupravlenieprocessomkontaktnojstykovojsvarkirelʹsovdvuhurovnevaâsistemaupravleniâ AT gavrišvs statističeskoeupravlenieprocessomkontaktnojstykovojsvarkirelʹsovdvuhurovnevaâsistemaupravleniâ AT didkovskijav statističeskoeupravlenieprocessomkontaktnojstykovojsvarkirelʹsovdvuhurovnevaâsistemaupravleniâ AT antipinea statističeskoeupravlenieprocessomkontaktnojstykovojsvarkirelʹsovdvuhurovnevaâsistemaupravleniâ AT kučukâcenkosi statisticalcontrolofprocessofflashbuttweldingofrailstwolevelcontrolsystem AT rudenkopm statisticalcontrolofprocessofflashbuttweldingofrailstwolevelcontrolsystem AT gavrišvs statisticalcontrolofprocessofflashbuttweldingofrailstwolevelcontrolsystem AT didkovskijav statisticalcontrolofprocessofflashbuttweldingofrailstwolevelcontrolsystem AT antipinea statisticalcontrolofprocessofflashbuttweldingofrailstwolevelcontrolsystem
first_indexed	2025-11-25T16:02:28Z
last_indexed	2025-11-25T16:02:28Z
_version_	1849778821472976896
fulltext	Контактная стыковая сварка 1 7 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА - УДК 621.791.76.03-52 статистичесКое Управление проЦессом КонтаКтной стыКовой сварКи рельсов. ДвУхУровневая система Управления С. И. КУЧУК-ЯЦЕНКО, П. М. РУДЕНКО, В. С. ГАВРИШ, А. В. ДИДКОВСКИЙ, Е. А. АНТИПИН иЭс им. е. о. патона нан Украины. 03680, г. Киев-150, ул. Казимира малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua рассмотрен современный подход к созданию системы контроля и управления процессом контактной стыковой сварки рельсов, основанный на статистическом анализе совокупности данных, характеризующих этот процесс. такой анализ позволяет обнаружить в полученных данных ряд ранее неизвестных и полезных интерпретаций знаний («обнаружение знаний в базах данных», англ. knowledge discovery in databases), необходимых для принятия решений по управлению процессом. проведен анализ причин, которые могут приводить к отклонениям в ходе технологического процесса и, как следствие, к нарушению качества сварных стыков. Для выявления этих возмущений предложена двухуровневая система контроля и управления. на нижнем уровне в системе прямого цифрового управления используется традици- онный контроль качества сварных соединений для «мгновенной» реакции на возникновения брака и предупреждения его дальнейшего распространения. на верхнем уровне (в диагностическом центре «Укрзалізниці») осуществляется статистическая обработка протоколов сварки рельсов для выявления возмущений, которые сложно проконтролировать прямыми измерениями. разработанные алгоритмы прошли экспериментальную проверку и могут быть рекомендованы для дальнейшего внедрения в производство. Библиогр. 5, табл. 1, рис. 4. К л ю ч е в ы е с л о в а : контактная стыковая сварка оплавлением, двухуровневая система контроля и управления, кон‑ троль параметров процесса, статистическое управление, техническое состояние оборудования, допусковый контроль современные системы контроля и управления процессом контактной стыковой сварки рельсов, установленные на всех сварочных машинах кон- струкции иЭс им. е. о. патона нанУ нового поколения, позволяют измерить и рассчитать ос- новные параметры процесса, по которым с опре- деленной степенью достоверности можно судить о качестве сварного стыка. Эти данные в виде протокола сварки стыка фактически являются его паспортом. полученные протоколы хранятся в течение всего времени эксплуатации сварных соединений в железнодорожном пути и образу- ют значительные массивы информации, которые, кроме свидетельства о приемке изделия для экс- плуатации, можно использовать для выявления возмущений, которые влияют на процесс сварки, но не поддаются методам прямого измерения. подобные способы обработки информации, т. н. Data Mining — добыча данных, интеллектуальный анализ данных, глубинный анализ данных, при- меняются для обнаружения в данных ранее неиз- вестных, нетривиальных, практически полезных и доступных интерпретаций знаний, необходимых для принятия решений в различных сферах чело- веческой деятельности. использование известных методов статистиче- ской обработки информации по стыкам, собран- ным за определенные отрезки времени на одних и тех же машинах, совокупности машин одного рельсосварочного предприятия (рсп) или отрасли в целом, помогают оптимизировать условия экс- плуатации сварочных машин и управление произ- водством сварных рельсов в целом. с этой целью в иЭс была разработана дву- хуровневая система. на нижнем уровне в си- стеме прямого цифрового управления исполь- зуется традиционный контроль качества сварных соединений для «мгновенной» реак- ции в режиме реального времени на возникнове- ние брака для предупреждения его дальнейшего распространения. Далее информация о сварных стыках пере- дается от сварочных машин рельсосварочных предприятий отрасли на верхний уровень — ди- агностический центр. в диагностическом центре осуществляется статистическая обработка прото- колов сварки рельсов для выявления возмущений, которые сложно проконтролировать прямыми из- мерениями. например, неудовлетворительное выполнение вспомогательных операций по под- готовке рельсов перед сваркой, отклонение фи- зико-химических свойств металла рельсов, неу- довлетворительное соблюдение технологических операций обслуживающим персоналом, неудов- летворительные условия производства (рис. 1). с учетом возможностей существующих ло- кальных систем управления по контролю и регу- лированию процесса разработанная система, кро- ме прямого цифрового управления сварочным процессом, выполняет следующие функции: © с. и. Кучук-яценко, п. м. руденко, в. с. гавриш, а. в. Дидковский, е. а. антипин, 2016 Контактная стыковая сварка 1 8 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА - – прогнозирование качества сварного стыка по параметрам процесса, используя более совер- шенные алгоритмы с возможностью привлечения к прогнозированию в особых случаях квалифици- рованных специалистов; – контроль технического состояния сварочного оборудования, выработка рекомендаций и плани- рование его технического обслуживания; – выявление и распознавание аварийных ситу- аций для немедленного вмешательства в техноло- гический процесс; – выявление систематических отклонений и трендов параметров процесса, которые могут при- водить к ухудшению показателей качества свар- ных соединений, разработка рекомендаций по корректировке параметров режима сварки. Для контактной сварки рельсов на стационар- ных и передвижных сварочных машинах можно выделить следующие причины, которые могут приводить к отклонениям в ходе технологическо- го процесса и, как следствие, к нарушению каче- ства сварных стыков [1–3]: 1. неудовлетворительное выполнение вспомо- гательных операций по подготовке рельсов перед сваркой: подготовка торцов, зачистка поверхности рельсов в местах токоподвода и обработка стыков после сварки — механическая обработка поверх- ности рельсов при удалении грата. 2. Ухудшение технического состояния свароч- ного оборудования, например, повышение сопро- тивления сварочного контура машины. 3. Дефекты в основном металле рельсовой стали. 4. неудовлетворительное соблюдение техноло- гических операций сварщиком (плохая зачистка и центровка рельсов перед сваркой). 5. неудовлетворительные условия производ- ства: недопустимые изменения температуры окру- жающей среды и напряжения сети. 6. неблагоприятное сочетание параметров про- цесса даже когда эти параметры находятся в до- пусках, например, снижение напряжения сети и увеличение сопротивления сварочного контура машины. Для выявления описанных возмущений разра- ботан алгоритм статистической обработки данных параметров процесса, при котором массивы про- токолов сварки стыков обрабатываются с их раз- делением и группированием по соответствующим признакам (табл.). в процессе сварки в режиме реального време- ни формируется следующая информация (рис. 2): 1. при сварке стыков по измеренным значени- ям параметров сварочного процесса x1….x12 с по- мощью алгоритма контроля на основе «нечеткой» логики [4] рассчитывается показатель качества сварного соединения — вероятность соответствия его требованиям тУ. полученные данные форми- руются в массивы по номеру машины, фамилии сварщика, мастера, дефектоскописта и бригады по выполнению вспомагательных операций (подго- товке рельсов до сварки и обработке стыков после сварки), по корректировке режима сварки для сме- щения распределения случайных значений дан- ных измерений в центр интервала допусков. 2. по данным ультразвуковой дефектоскопии (УзД) проверяется наличие трещин, непроваров, матовых пятен и т.п. в каждом сварном стыке, эти данные заносятся в базы данных дефектоскопии. визуально также проверяется качество механи- ческой обработки сварного стыка после удаления рис. 1. структурная схема двухуровневой системы управления Контактная стыковая сварка 1 9 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА - грата. информация о наличии дефектов немедлен- но поступает сварщику и сменному мастеру. Де- фектный стык вырезается. перечисленные функ- ции выполняются вне системы контроля, ввод данных дефектоскопии выполняется вручную. 3. в начале, средине и конце смены проводит- ся сварка образцов рельсов и их механические испытания. Данные испытаний: стрела прогиба Lпр и разрушающее усилие Fр сравниваются с за- данными значениями. если полученные значения меньше заданных, проводится сварка и испытание дополнительных образцов для выявления досто- верности недопустимого отклонения. при под- тверждении недопустимого отклонения процес- са осуществляется корректировка режима сварки. полученные данные также используются для под- стройки модели контроля качества сварки. пере- численные функции выполняются вне системы контроля, ввод результатов механических испыта- ний образцов осуществляется вручную. вне времени проведения технологического процесса формируется следующая информация: 4. Для контроля технического состояния сва- рочной машины данные по плетям одной и той же марки рельсов, сваренным на одной и той же машине, объединяются в протокол технического состояния сварочной машины. время реакции, а соответственно и время усреднения могут быть значительными — от одной до нескольких смен. очевидно, что в случае аварийной ситуации ин- формация о ремонте поступает немедленно. 5. Для контроля условий производства объе- динены статистические оценки сварки на одних и тех же режимах и на одном и том же типе ма- шин каждого рсп. по напряжению Uв, Uн опре- деляется стабильность электрической сети, а по скоростям Voп, Vф, Voc — стабильность работы гидропривода, которая, в свою очередь, связа- Разделение протоколов сварки стыков для выявления различных возмущений, нарушающих технологический про- цесс причина возникновения нарушения технологического процесса сварки рельсов параметры идентификация объем выборки параметр разделе- ния массивов параметр воздействия вспомогательные операции по под- готовке рельсов перед сваркой и об- работке стыков после сварки Zкз, визуальные данные механической обработки стыков после сварки 1...2 смены Фио мастера смены + рсп методика и оборудование техническое состояние сварочного оборудования Tс, Uв, Uн, Voп, Vф, Voc, Sо, Sос, Zкз 1/3…1 месяц № сварочной машины техническое обслуживание, ремонт Физико-химические свойства ме- талла рельсов Lпр, Fр, данные дефектоскопии сразу при обнаружении или 1 смена № партии, марка рельсов, № машины Корректировка режима технологические операции свар- щика Тс, Т между сваркой и оплавлением косины, Zкз, проскальзывание сразу при обнаружении или 1 смена Фио сварщика методика (производственные инструкции) Контроль процесса сварки образ- цов и ультразвуковой дефектоско- пии (УзД) Lпр, Fр, данные УД 1 смена Фио сварщика, дефектоскописта методика и оборудование Условия производства Uв, Uн, Voп, Vф, Voc, 1...2 месяца рсп стабилизация Uс или Т масла неблагоприятное сочетание параметров процесса нечеткий алгоритм управления и контроля сразу при обнаружении или 1 смена № плети Корректировка режима сварки рис. 2. алгоритм контроля процесса сварки рельсов (выде- лены операции, которые автоматизированы в компьютерной системе контроля) Контактная стыковая сварка 2 0 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА - на с температурой окружающей среды и ее воз- действием на свойства жидкости гидросистемы. сравнение этих оценок на разных рсп может по- служить основанием для принятия мер по совер- шенствованию условий производства. 6. Для уточнения допусков на контроль про- цесса статистические данные по всем рсп объ- единяются для каждой марки рельсов и соответ- ствующему режиму сварки. при статистическом анализе распределение случайных значений параметров процесса сварки оценивали по их среднему значению (с. з.) и сред- нему квадратическому отклонению (с. к. о.). Для удобства сравнения различных параметров между собой далее рассматривали эти величины в отно- сительных единицах в виде т. н. коэффициентов точности Kт и настроенности Kн [5]: Kт = 6S/δ; Kн = (Xc – Xо)/δ, где S , Xc — среднее квадратическое отклонение и среднее значение распределения значений пара- метра процесса сварки; δ — поле допуска пара- метра; Xо — середина поля допуска или заданное значение параметра. Для анализа отклонений необходимо учиты- вать, что некоторые контролируемые параметры ( например, Sоп, U1, U2, U3, Loc, Рo, TocI) задаются прямым способом в системе управления и ошиб- ки в их воспроизведении связаны с точностью работы оборудования и, в частности, системы управления. в то же время другие параметры Vоп, Tc, Vф, Voc задаются косвенным путем. погрешности воспро- изведения этих параметров связаны как с состоя- нием сварочного оборудования, так и с ходом тех- нологического процесса. в качестве примера работы системы рассмо- трим данные по коэффициенту точности Kт на 12 сварочных машинах 4-х рсп отрасли при количе- стве сваренных стыков около 30 тысяч. по косвенно задаваемым параметрам (рис. 3) видно, что 3 машины (10, 11, 12) имеют резкое отличие в данных по времени сварки. Эти маши- ны принадлежат одному рсп и естественно было предположить какое-то общее отклонение в про- цессе, характерное для этого рсп. Дополнитель- ный анализ непосредственно на предприятии вы- явил отличия в технологии подготовки торцов рельсов перед сваркой по сравнению с другими рсп. Данные по коэффициенту Kт для параметров, сгруппированным по рсп, выявили, что гидро- насосные станции на разных рсп (параметр Ро) по техническому состоянию сильно отличаются и требуют дополнительной проверки (рис. 4). очевидно, что кроме технических вопросов описанный алгоритм затрагивает организацион- ные проблемы всего производства сварных путей и должен быть уточнен не только по эксперимен- тальной эксплуатации системы управления, а в первую очередь согласован с руководством служ- бы путевого хозяйства. Вывод разработана двухуровневая система управления и выполнена статистическая обработка результатов допускового контроля качества стыков рельсов, сваренных в течение последних лет на предпри- ятиях «Укрзалізниці». полученные результаты выявили новые возможности для улучшения ста- бильности качества сварных соединений. 1. Кучук-яценко с. и. влияние наследственности структу- ры низколегированных и углеродистых сталей на свари- ваемость в твердой фазе. т. 1. / с. и. Кучук-яценко / изд- во академпериодика, 2008. – с. 148–165. 2. гудков а. в. особенности сварки современных рельсов / а. в. гудков, а. и. николин // путь и путевое хазяйство. – 2012. – № 4. – с. 9–13. 3. повышение эффективности и надежности работы рель- сов: сб. науч. тр. оао «внииЖт» / под ред. а. Ю. аб- дурашитова. – м.: интекст, 2011. – 128 с. 4. Круглов в. в. интеллектуальные информационные си- стемы: компьютерная поддержка систем нечеткой логи- ки и нечеткого вывода / в. в. Круглов, м. и. Дли. – м.: Физматлит, 2002. 5. рекомендации по оценке точности и стабильности техно- логических процессов (оборудования): р 50-601-20–91. – м.: вниис госстандарта россии, 1991. поступила в редакцию 20.04.2016 рис. 3. Коэффициенты точности Кт параметров Vоп, Vф, Voc, Tc, сгруппированные по машинам (1–12 — номера машин) рис. 4. Коэффициенты точности параметров Кт, сгруппиро- ванные по рсп (1–4 — номера рсп)

Статистическое управление процессом контактной стыковой сварки рельсов. Двухуровневая система управления

Institution

Ähnliche Einträge