Сас Анатолий Васильевич (Разработка методики адаптации технологии автоматической сварки корневого слоя шва кольцевых соединений магистральных трубопроводов)

В диссертационный совет Д212.141.01 при МГТУ им. НЗ. Баумана РТЗЫВ официального оппонента по диссертации Шварца Михаила Валерьевича «Разработка методики адаптации технологии автоматической сварки корневого слоя шва кольцевых соединений магистральных трубопроводов», представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.10 — Сварка, родственные процессы и технологии Актуальность темы диссертации и содержание работы Сварка корневого слоя шва стыковых кольцевых соединений является одной из ключевых технологических операций в широком комплексе сварочно-монтажных работ при строительстве магистральных трубопроводов.

Процессы сварки корневого слоя шва наиболее подвержены влиянию возмущений различной природы, что существенно осложняет их автоматизацию, которая„ традиционно требует алгоритмов управления, отображающих внутренние взаимосвязи процесса. Многомерность и многосвязность процесса сварки корневого слоя шва существенно усложняет поиск, формализацию данных зависимостей и последующий синтез управляющих воздействий процессом сварки в системах автоматического управления оборудованием. В этой связи, работа Шварца Михаила Валерьевича, в которой решается проблема адаптации технологии сварки к технологическим возмущениям геометрии сборки стыка, с целью обеспечения автоматической сварки корневого слоя шва, является актуальной.

С целью предъявления обоснованных требований к системе адаптивного управления процессом сварки автором проведен сбор и обработка данных о качестве сборки стыков труб магистральных трубопроводов, выполнена оценка разброса геометрических параметров. Для получения количественных значений критических, приводящих к дефектам корневого слоя шва, возмущений по каждому параметру геометрии сборки стыка на образцах было проведено эспериментальное исследование их влияния на качество сварки.

Основная часть работы посвящена разработке способа формализации законов управления формированием корневого слоя шва при рассмотрении процесса сварки как объекта управления в необычном формате в виде системы «геометрия сборки — параметры режима сварки». Обычно измеряемые параметры геометрии сборки стыка и управляемые параметры режима рассматриваются как компоненты входного вектора системы управления процессом сварки, а компонентами выходного вектора являются показатели качества сварного соединения. Для решения данной задачи был проведен эксперимент по сварке корневого слоя стыка трубы. Эксперимент проводился на специализированном стенде со средствами фиксации параметров геометрии сборки стыка (входной вектор геометрии) и параметров режимов сварки ~выходной вектор параметров) с привязкой к угловому положению места на трубе, Опытный оператор сварочного оборудования для формирования корневого слоя согласно требованиям научно-технической документации в ходе процессе сварки по результатам своих наблюдений подстраивал параметры режима.

С целью формализации законов управления из полученных экспериментальных данных автором работы был предложен метод, основанный на квантовании входного вектора на уровни, соответствующие определенным ранее уровням критических возмущений геометрии стыка, и на квантовании выходного вектора параметров режима в соответствие с используемыми уровнями управляющих воздействий оператора. Затем, для каждого случая перехода оператора по любому управляющему воздействию на новый уровень, определяются уровни всех остальных управляющих воздействий, а также уровни возмущений по каждому геометрическому параметру сборки стыка. Такой подход позволил реализовать правила управления в формализованном формате «если — то».

Предложенный подход позволяет учитывать только те экспериментальные данные, которые соответствуют случаям принятия оператором, в соответствии со своими наблюдениями, решений о корректировке параметров режима сварки. Это позволило из законов управления исключить ошибочные данные, вызванные неспособностью оператора оборудования корректировать процесс непрерывно, а также в случае непринятия им действий при превышении возмущений по параметрам стыка критических значений. Использование в качестве шагов квантования критических возмущений является разумной детализацией численных параметров геометрии кромок и параметров режима сварки в законе управления и упрощает синтез управляющих воздействий в реальной системе. Для реализации синтеза на основе полученных законов управления автором был использован математический аппарат нечеткой логики.

Также было выполнено численное тестирование и экспериментальное верификация использованных подходов, показавшие эффективность их работы. Прикладные аспекты разработки сварочного оборудования с адаптивным управлением автором были реассмотрены на основе интеграции оптической системы слежения за стыком с традиционной сварочной головки, Причем адаптация технологии автоматической сварки к изменениям сборки стыка не внесла принципиальных изменений в аппаратную часть контроллера базового автоматического оборудования, а в качестве интерфейса человек-оборудование использовался современный промышленный компьютер. В завершении представлена обобщенная методика адаптации технологии автоматической сварки корневого слоя шва к геометрическим возмущениям сборки стыка.

Методика основана на предложенном в работе способе формализации законов управления процессом и синтезе непрерывных управляющих воздействий и представляет собой последовательный взаимосвязанный алгоритм действий, Новизна и достоверность научных результатов Для рассматриваемых в работе технологий сварки найдены критические значения возмущений зазора и смещения кромок, приводящие к появлению дефектов в корневом слое при сварке в автоматическом режиме. Установлены количественные взаимосвязи между значением притупления кромок в стыке и критическим возмущением зазора, а также между притуплением и критическим возмущением смещения кромок. В работе для рассматриваемой технологии, по результатам записи параметров разделки кромок и параметров режима и последующего анализа действий оператора сварочного оборудования с учетом минимальных критических возмущений геометрии сборки, предложен способ формализации законов управления процессом сварки корневого слоя шва на основе формата «если — то».

На основе предложенного способа формализации был разработан научно-обоснованный подход непрерывного синтеза управляющих воздействий в рамках системы «геометрия сборки— параметры режима сварки». Достоверность и точность результатов работы подтверждается использованием научно-обоснованных и апробированных методик инженерного анализа и обработки данных с использованием современных систем автоматизированного проектирования, результатами опытной верификации полученных теоретических результатов. Практическая значимость Разработанная методика адаптации технологии автоматической сварки корневого слоя шва, позволяет в условиях действия возмущений по геометрии сборки стыка непрерывно синтезировать управление параметрами режима сварки и обеспечивать в автоматическом режиме качественное формирование корневого слоя шва. Результаты работы рекомендованы к внедрению в организациях, выполняющих сварочные работы на объектах трубопроводного транспорта ПАО «Газпром», ПАО «Транснефть», и занимающихся разработкой автоматического оборудования для сварки корневого слоя шва кольцевых стыковых соединений трубопроводов Диссертация и автореферат, а также их оформление в целом соответствуют требованиям Положения о присуждении ученых степеней, Содержание автореферата соответствует содержанию диссертации, которая представляет собой завершенную научную работу, с последовательно решенными всеми поставленными задачами.

Полученные теоретические и практические результаты в достаточной степени отражены в опубликованных работах и в докладах, сделанных на семинарах и конференциях, Недостатки и замечания по материалам работы 1. Не рассмотрено влияние погрешностей наведения горелки на стык на выбор значения управляющих воздействий при формировании корневого слоя шва, 2. В недостаточной степени отражено на основании какой информации и по каким правилам оператор принимал решения об изменении управляющих воздействий, а также по каким критериям из набора экспериментальных данных выбирались управляющие воздействия для формализации законов управления процессом.

3. Адаптация технологии сварки корневого слоя шва в случае измеряемых в ходе процесса параметров геометрии стыка может осуществляться не только при использовании формализованного метода «если - то», но и за счет применения системы управления с идентификатором в цепи обратной связи. Однако вопрос о том, какой способ адапции целесообразнее использовать в зависимости от уровня возмущений по геометрии стыка, в работе не рассматривался. 4. В тексте диссертации и автореферата постоянно используется обозначения на английском языке величин, для которых исторически существуют традиционные российские обозначения, В диссертации и автореферате имеются стилистические ошибки и неточности. Отмеченные недостатки не снижают ценности выполненого исследования и не влияют на главные теоретические и практические результаты диссертации, Официальный оппонент д.т.н., профессор кафедры «Сварка и мониторинг нефтегазовых соопужений» РГУ нефти и газа~вйиени И.М.