Автореферат (Разработка методики адаптации технологии автоматической сварки корневого слоя шва кольцевых соединений магистральных трубопроводов), страница 3

Стенд для проведения экспериментов и интерфейс комплекса8Таким образом, для каждого углового положения будущего места сварки натрех стыках были определены компоненты вектора геометрических возмущенийсборки стыка(Рисунок 4).п,п, ,Притупление левое [RFл]Стык 1Стык 2Стык 32.521.510501003Значение, ммЗначение, мм3Притупление правое [RF п]Стык 1Стык 2Стык 32.521.511500oУгловое положение,Перекос кромок [M]Стык 1Стык 2Стык 310100150Угловое положение, oЗазор в корне [G]5Значение, ммЗначение, мм250Стык 3Стык 3Стык 343-1050100150Угловое положение,o2050100150Угловое положение, oРисунок 4. Измеренные значения компонент вектора геометрических возмущенийна исследуемых стыкахНа следующем этапе проводилось программирование сварочного комплексас использованием существующих алгоритмов адаптации, в частности, выполняласьподстройка параметров режима сварки под изменение зазора в стыке и положенияместа сварки, а также решение задачи наведения центра колебаний горелки нацентр стыка, то есть ввод априорной информации, представляющей собойалгоритм адаптивной коррекции, установленный в предшествующих работахГладкова Э.А, Перковского Р.А.Далее выполнялась сварка стыка, при этом, задачей опытного операторасварочного оборудования являлось подстройка параметров режима сварки всоответствии со своими навыками и наблюдением за процессом и обеспечениеформирования корневого слоя согласно требованиям НТД (Рисунок 5).9Использование априорных знаний и зависимостей при проведенииэксперимента позволило обеспечить концентрацию оператора сварщика наотработке геометрических возмущений сборки стыка и повысить вероятностьполучения качественного сварного соединения при сварке.Рисунок 5.

Обобщённая схема экспериментаВ ходе проведения экспериментов аппаратные средства фиксировалипараметры режима сварки, состоящие из суммы корректировок, полученных спомощью алгоритма адаптивной коррекции и корректировок оператора сварщика,с аналогичной привязкой к угловому положению места сварки на трубе. Порезультатам проведения сварки контрольных сварных соединений сиспользованием средств регистрации данных каждому векторубыл поставленв соответствие вектор, представляющий собой параметры режима сваркисоединения для каждого углового положения. В качестве исследуемых компонентвекторабыли выбраны именно те параметры режима, которые использовалопытный сварщик для обеспечения требуемого качества корневого слоя шва.Следовательно, в результате эксперимента, были установлены компоненты векторауправляющих воздействий, обеспечивающие формирование корневого слоя шва взаданных условиях: базовый ток (, скорость сварки (, скорость подачипроволоки (, амплитуда колебаний горелки (.Поскольку адаптивная коррекция параметров режима была заранее заданавстроенными программными средствами адаптивного сварочного комплекса, длядальнейшего анализа из векторабыл выделен вектор управляющих10Стык 1Стык 2Стык 30.40.20-0.28Значение, мм/сЗначение, мм/своздействий (приращений параметров режима сварки) ∆ (∆ , ∆ , ∆ , ∆),введённых в систему оператором оборудования в качестве «ответа» на изменениягеометрии стыка c аналогичной привязкой к угловом положению.Скорость сварки [∆WS]Скорость проволоки [∆FR]Стык 1Стык 2Стык 36420050100150050100150oУгловое положение,Угловое положение, oРисунок 6.

Пример приращений компонент вектор управляющих воздействий наисследуемых стыках при управлении операторомТаким образом, для обеспечения автономного (без участия человека)управления оборудованием необходимо формализовать законы управленияпроцессом сварки корневого слоя шва в системе «геометрия стыка – параметрырежима сварки». Более строго, законы управления должны отображатьзависимость между входным вектором геометрии стыкаил,п, ,приращениями параметров режима сварки ∆ (∆ , ∆,∆ ,∆). Прямоерешение задачи формализации законов управления вектором ∆ на основаниивекторас использованием имеющегося набора данных не представляетсявозможным ввиду следующих причин.1. Многомерность и многосвязность исследуемого процесса сварки.2.

Существенные отличия в структуре данных для входов (Рисунок 4) ивыходов системы (Рисунок 6): непрерывное изменение параметров геометриисистемы и ступенчатое управление процессом со стороны оператора.3. Неспособность оператора сварочного оборудования обеспечитьнепрерывность процесса управления в зависимости от возмущений геометриистыка.В связи с вышесказанным, в работе предлагается следующий методформализации законов управления в системе «геометрия сборки – параметрырежима сварки». На первоначальном этапе выполняется условное квантованиеуправляющих воздействий, при этом, шаг квантования (∆1 … ∆n) варьируется взависимости от имеющихся уровней воздействия оператора сварочногооборудования, имеющихся в экспериментальном наборе данных (Рисунок 7, а).Схожая процедура выполняется для параметров геометрии разделки кромок,однако, в качестве шага квантования (∆) для каждого рассматриваемого параметра11выбирается минимальное критическое возмущение этого параметра,установленное ранее (критическое возмущение параметра – приращение параметрагеометрии, приводящее к возникновению дефектов формирования сварногосоединения при сварке на неизменном режиме) (Рисунок 7, б).B∆2CDA∆∆1ПараметргеометрииУправляющеевоздействиеA∆3B∆C∆D∆E∆4∆а)Местоб)МестоРисунок 7.

Схема квантования компонент вектора управляющих воздействий (а) ивозмущений геометрии кромок (б). A, B, C, D, E - уровни квантованияСледующим шагом метода является сопоставление мест переходовоператора оборудования с одного уровня управляющего воздействия на другой ссоответствующими (по местоположению) уровнями возмущений геометриикромок. При этом, каждому месту перехода любого из управляющих воздействийставится в соответствие уровни управляющих воздействий остальных компонентвектора ∆ и уровни возмущения геометрии (по каждому из параметров),вызвавшие его необходимость (Рисунок 8).Рисунок 8.

Формализация законов управления в формате «если – то»12На основании сопоставления формализуются правила управления в формате«если – то», при чём, операция выполняется в случае изменения уровняуправляющего воздействия для любого из компонент вектора управляющихвоздействий ∆ .Предложенный подход к формализации управляющих воздействийпозволяет учитывать только ту часть экспериментальных данных, в которыхоператором было принято решение о необходимости корректировки процессасварки в соответствии со своими наблюдениями, которые, за счет примененияизмерительных устройств представлены в виде параметров геометрии стыка.Подход позволяет исключить из законов управления вероятные ошибочныезависимости, вызванные возможным бездействием оператора оборудования и егонеспособностью корректировать процесс непрерывно.

При этом, использование вкачестве шагов квантования критических возмущений обосновывает разумнуюдетализацию численных параметров геометрии кромок и параметров режимасварки в законе управления для упрощения дальнейшего синтеза управляющихвоздействий в реальной системе.Для имеющейся экспериментальной выборки (Рисунок 4, Рисунок 6) былиформализованы 29 законов управления. Поскольку, законы управления былиполучены в формате «если - то», для их обработки был использованматематический аппарат нечёткой логики, который ориентирован на базу знанийименно такого вида. Рассматриваемая система «геометрия сборки – параметрырежима сварки» была представлена в виде нечёткой системы с четырьмя входнымипеременными (зазор ( ), перекос ( ), притупление правой ( п ) и левой ( л )кромки) и четырьмя выходными переменными (приращение амплитуды колебаний(∆), скорости сварки (∆), базового тока (∆ ) и скорости подачипроволоки(∆ )).Настройка входных и выходных параметров и их функций принадлежностивыполнялась с учётом установленных ранее характеристик, а именноопределённых уровней возмущений параметров геометрии кромок и управляющихвоздействий.

Таким образом, устанавливалась функция принадлежноститреугольного типа для каждого уровня возмущений геометрии стыка и для каждогоуровня управляющего воздействия. При этом, абсцисса средней вершинытреугольника функции принадлежности совпадала со значением уровня, аабсциссы нижних вершин задавались равными значениям соседних уровней.Тестирование полученного регулятора выполнялось в два этапа. На первом этапевыполнялось исследование работы автономного регулятора на данных изимеющейся экспериментальной выборки, где для рассматриваемых возмущенийгеометрии оператором сварочного оборудования были определены и введеныкорректирующие управляющие воздействия, обеспечивающие формированиекорневого слоя шва в соответствии с имеющимися требованиями.В ходе тестирования было установлено совпадение действий операторасварочного оборудования и нечёткого регулятора в местах перехода операторасварочного оборудования с одного уровня управляющего воздействия на другой.13Принципиальным отличие является дискретность действий оператора, егонеспособность непрерывного контроля процесса, и, наоборот, непрерывностьработы нечёткой системы, отрабатывающей постоянные изменения входныхпараметров, то есть геометрии разделки.Далее выполнялось экспериментальное тестирование с целью определениякачественных показателей процесса сварки корневого слоя шва при проведениисварки в автономном режиме (без контроля со стороны оператора) с адаптивнымуправлением, реализованным на базе разработанного нечеткого регулятора.Выполнялось сканирование геометрии разделки средствами адаптивногосварочного комплекса, и формирование входного вектора параметров геометрииразделки .

На основании этого файла, в два этапа выполнялся подбор параметроврежима сварки, то есть результирующего вектора. Начальные абсолютныезначения параметров режимавычислялись с помощью существующегоалгоритма адаптивной коррекции (Э.А. Гладков, Р.А. Перковский), реализующейучёт изменения положения места сварки на неповоротном стыке и зазора в корнешва. Далее, с использованием разработанного нечеткого регулятора, вычислялисьприращения параметров режима сварки ∆ и суммировались с определённымиранее абсолютными значениями соответствующих компонент вектора параметров, а результирующая сумма использовалась для последующей сварки стыков.В результате сварки контрольного сварного соединения трубы диаметром1220 мм с толщиной стенки 21 мм на участке от 0 до 1800 без участия операторабыло получено качественное формирование корневого слоя шва на 90% длиныстыка.В четвертой главе работы рассмотрены прикладные аспекты разработкисварочного оборудования с адаптивным управлением на примере интеграцииоптической системы слежения за стыком SLS050 (Meta Vision Systems Ltd.,Великобритания).