Деловая слава России


Новости


МЕЖОТРАСЛЕВОЙ АЛЬМАНАХ

Свежий номер альманаха, Архив номеров, Подписка на альманах, Реклама в альманахе, Контакты



РАЗВИТИЕ НАУКИ В РОССИИ



Опрос

Нужно ли стремиться вернуть в Россию учёных, уехавших жить и работать за границу?
Да, не стоит упускать умных и талантливых людей
Скорее да, но вряд ли наше государство сможет обеспечить им заграничный уровень жизни
Скорее нет, лучше обеспечить хорошие условия тем, что ещё не уехали
Нет, лучше вложить средства в воспитание и развитие молодых учёных
Другое








Деловая слава России » Наука » Информационно измерительная техника и технологии

Наука: Информационно измерительная техника и технологии - 19-09-2012, 13:33

Владимир Генриевич МЕЛЕДИН,

 генеральный директор ОАО «Институт оптико-электронных информационных технологий» д.т.н.

главный научный сотрудник Института теплофизики имени С.С. Кутателадзе СО РАН, федеральный эксперт научно-технической сферы, член Высшего инженерного совета России, действительный член Российской инженерной академии и Академии инженерных наук имени А.М. Прохорова, награжден знаком «Инженерная доблесть». Лауреат премии
«Золотой Меркурий».

 

ОПТИКО-ЛАЗЕРНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ МЕТАЛЛУРГИИ

 

Оптико-лазерные измерительные технологии существенно улучшают эффективность общих технологических процессов в металлургии, обеспечивают экономию металла, повышение качества и конкурентоспособности на внутреннем и внешнем рынках. Однако получение прецизионной информации о скорости и геометрии горячего проката в металлургии представляет собой совокупность сложных мультидисциплинарных научно-технических проблем.

 

 

Светорассеивающая поверхность горячего проката является совокупностью случайных шероховатостей. Результирующий оптический сигнал образуется как суперпозиция световых волн, рассеянных со случайными фазами на множестве центров, одновременно находящихся в пределах зондирующего оптического поля. Множественная интерференция приводит к росту фазовых шумов, формирует мультифрактальный малоконтрастный сигнал и снижает точность измерений. На поверхности горячего металла непрерывно идут процессы окисления, влияющие на светорассеяние и возмущаю- щие доплеровскиеспектры. Прокат при линейном смещении участвует во множественном движении, присутствуют вибрации, повороты, наклоны и изгибы, формирующие оптоэлектронные сигналы с очень большим динамическим диапазоном по энергии. Конвективные потоки вблизи горячего проката вызывают значительную рефракцию, пространственно и фазово модулирующую свет, содержат перемещающийся взвешенный аэрозоль, в изобилии присутствуют грязь и вода, в том числе в виде текущих пленок. Измерение размеров также связано с непростой научной проблемой точного динамического распознавания границ объекта и устойчивой интерполяции выпадений сигнала. Наконец, огромные массы и энергии, вовлеченные в металлургические процессы, требуют высочайшей надежности и устойчивости работы информационно-измерительных комплексов в целом.

 

 

Отмеченные факторы обуславливают достаточно высокую стоимость диагностического оборудования и систем, реализующих оптико-лазерные измерительные технологии в металлургии. Фактически, подобные диагностические системы обеспечивают получение первичной информации о непростой физике многофакторных производственных процессов, связанных с горячим и холодным металлом. Системы принципиально мультидисциплинарны и, с точки зрения производственников, требуют научно-технического авторского сопровождения (хотя бы на уровне периодических консультаций). Именно с этим фактором связана «экологическая ниша» для отечественных наукоемких предприятий. Зарубежные компании, пытаясь продать в России весьма дорогостоящее оборудование, как правило, не могут обеспечить требуемый уровень последующего научно-технического сопровождения. Очевидно, что внедрение отечественных наукоемких оптико-лазерных измерительных технологий в металлургии должно быть приоритетным направлением дальновидной технической политики, определяющим ее успех.

 

 

Информационно измерительная техника и технологии

 

Первые в России лазерные доплеровские измерители скорости и длины горячего проката «Квазар-М», успешно эксплуатировавшиеся на Новосибирском металлургическом заводе (НМЗ) до 2007 года, были впервые разработаны и внедрены автором и коллегами в 1986 году. В 1985-1987 годах были разработаны, реализованы и испытаны в условиях металлургического производства первые лазерные бесконтактные доплеровские измерители скорости и длины проката серии «Альтаир» на полупроводниковых лазерах разработки Ленинградского физико-технического института имени А.Ф. Иоффе (Ж.И. Алферов, Д.З. Гарбузов). Эти системы на момент создания обладали мировой новизной.

 

 

Представляет интерес сделанная еще в 1986 году Институтом экономики и организации промышленного производства СО АН СССР оценка экономического эффекта от внедрения созданных оптико-лазерных измерительных технологий в черную металлургиюв масштабах отрасли. Получены резуль-таты: экономия металла – 1422744 тонн в год, общая экономическая эффективность от внедрения по отрасли – более 105000000 рублей (в ценах 1986 года). Эффект получился столь впечатляющий, что в 1986 произошло принятие Министерством приборостроения, средств автоматизации и систем управления СССР Программы работ по созданию и МИНЧЕРМЕТом СССР по внедрению созданных лазерных доплеровских измерительных систем для металлургии в масштабах отрасли.

 

 

Для измерения скорости и длины проката на базе гелий-неоновых и полупроводниковых лазеров были разработаны оптоэлектронные доплеровские информационно-измерительные системы серий: «Квазар», «Альтаир»,«ЛИ-803». В измерителях «Квазар» и «ЛИ-803» в качестве источника когерентного излучения использованы гелий-неоновые лазеры. Был выполнен полный цикл научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ и выпущены малые серии. Созданы и испытаны в 1993 году на крупнейших металлургических предприятиях – Нижнетагильском (НТМК) и Западносибирском (ЗСМК) металлургических комбинатах информационно-измерительные системы «ЛИ-803м». Они отличались сверхдальней измерительной дистанцией (до 3-5 метров (максимальная дальность зарубежного измерителя – 2 метра)) и предельной глубиной измерительной зоны (более 200 миллиметров). Разработанные информационно-измерительные системы по основным техническим характеристикам превосходили западные аналоги и были лучше приспособлены к реальным условиям отечественного металлургического производства.

 

 

Теоретически и экспериментально обоснованы методы контроля и поверки точностных характеристик информационных систем, ориентированных на промышленные технологии. Проведены неоднократные производственные испытания разработанных систем в режиме «черного ящика» целиком, от базовых научных идей до особенностей практической реализации, когда погрешность в работе какого-либо метода, алгоритма или элемента делает невозможной точную работу системы в целом. В их числе испытания измерителя «Квазар-3М» на ЗСМК на непрерывнозаготовительном стане 850/730/580 после черновой группы клетей. Температура прокатываемых заготовок размером 150х150х80000 (сталь Ст3 ПС) составляла около 1000оС. Погрешность измерения линейного размера горячего проката созданными системами в реальных производственных условиях оказалась в 25 раз меньше погрешности штатной производственной системы контроля длин раскатов. Испытания показали значительные преимущества лазерных доплеровских измерительных систем по точности и надежности. Экспериментально была доказана возможность информационного мониторинга технологии прокатного производства в реальном времени и качества настройки последовательного ряда прокатных клетей в технологических линиях.

 

 

Наиболее полные испытания созданных информационно-измерительных систем были выполнены на НТМК в цехе прокатки широкополочных балок. Этот участок является последним во всей технологической цепочке комбината, и внедрение инновационной прогрессивной технологии дало максимальную отдачу. Экспериментально было установлено, что среднее отклонение измеренной системой длины проката от истинной составляет не более 0.05%, а максимальное – не более 0.099%. Эти погрешности содержали компенсируемую систематическую составляющую, связанную с погрешностями установки при испытаниях оптоэлектронного датчика системы на прокатном стане. С тех пор система информационного лазерного контроля горячего проката ЛИ-803м заменила штатный измерительный комплекс, обладая на порядок более высокими функциональными характеристиками, точностью и надежностью.

 

 

Информационно измерительная техника и технологии

 

На ЗСМК в 1997 году впервые была получена информация о пространственных распределениях поперечных размеров горячего проката в обжимном цехе после клетей чистовой группы. С 1994 года и по сей день информационно-измерительные комплексы ЛИ-803м находятся в непрерывной эксплуатации в системе учета продукции цеха широкополочных балок НТМК. За счет бесперебойной надежной работы информационно-измерительной системы обеспечены точные измерения скорости и длины горячего и холодного проката с общей погрешностью, не превышающей 0.1% и суточным объемом контролируемой продукции 3000000 $ (в ценах 1994 года). В ходе работ по внедрению информационной системы было экспериментально установлено, что экономический эффект достигал величины 100000 $ в сутки, а срок окупаемости не превысил двух суток. На основе оригинальной научной идеи об измерении размера через оценку интегральной энергетической светимости объекта в ближнем инфракрасном диапазоне разработаны информационно-измерительные системы для контроля поперечного размера горячего проката. Показано теоретически и экспериментально, что полученные оценки оказываются устойчивыми по отношению к искажениям видимых границ объектов за счет рефракции, дифракции на аэрозоле и так далее.

 

 

Впервые обеспечены точные измерения поперечного размера горячего проката с погрешностью не более 0.2% при удалении от опасной зоны на 5-15 метров. Плодотворная научная идея позволила реализовать малогабаритный и недорогой информационно-измерительный комплекс, который доказал работоспособность в ходе испытаний, проведенных на НТМК. Впервые была получена информация о распределениях размеров горячих раскатов и температуры вдоль раската. Впервые были получены изменения высоты полки горячих балок, изменения температуры вдоль раската и пространственные границы «языков». Подобные системы использовались также ОАО «Силовые машины» (контроль геометрии лопаток гидротурбин, 2003-2009), на Саяно-Шушенской ГЭС (контроль геометрии роторов нагруженных энергоагрегатов (2006-2008) и другими. Новейшая разработка 2012 года в области оптико-лазерных измерительных технологий для металлургии – лазерные радиационнобезопасные измерительные комплексы для измерения геометрических параметров горячего и холодного проката ЛАД-0Р-3. Предназначены в качестве замены на прокатном производстве морально и физически устаревших рентгеновских толщиномеров серий ИГТ-5688, ИГТ-5630 и так далее, обеспечивают полную радиационную безопасность. Измерение толщины производится на основе синхронной дифференциальной лазерной облачной триангуляции с многоуровневой спектральной и пространственной фильтрацией. Используются анаморфотные оптические схемы и пассивно-активные аэродинамические ловушки – седиментаторы взвесей и аэрозоля. Комплексы осуществляют в реальном времени прецизионную бесконтактную регистрацию толщины горячего проката и статистическую обработку результатов измерений с ведением архивов и обеспечивают работу в автономном режиме и в информационных сетях.

 

 

На основе полученных фундаментальных результатов впервые созданы новые оптико-лазерные измерительные технологии для металлургии, информационно-измерительные системы и лазерные аппаратно-программные комплексы для учета и технологического информационного контроля горячего металлургического проката с характеристиками, не уступающими и существенно превосходящими зарубежные аналоги. Измерительные комплексы внедрены и успешно эксплуатируются на крупнейших предприятиях черной металлургии России (НТМК (1993 – настоящее время), ЗСМК (1992–2001), НМЗ (1986 – настоящее время), Первоуральский новотрубный завод (2011– настоящее время)). Созданные оптико-лазерные измерительные технологии для металлургии обеспечили получение в реальном времени адекватной и ранее отсутствовавшей информации о скорости и геометрии проката с погрешностью менее 0.1%, автоматизируя учет, улучшая стабильность и безопасность технологий. Благодаря адекватности и точности полученной информации обеспечена существенная экономия и увеличен выход продукции повышенного качества.

 

Литература

 

 1. Меледин, В.Г. Информатика оптоэлектронных измерений: наука и инновационные промышленные технологии/В.Г. Меледин //Новосибирск: Изд-во ИТ СО РАН, 2008. — 75 с.

2. Meledin, V. Optoelectronic Measurements in Science and Innovative Industrial Technologies/V. Meledin – Optoelectronic Devices and Properties. ISBN 978-953-307-204-3. — Chapter 18. —– Suffolk, UK: INTECH, 2011. — P. 373-399.

3. Meledin, V. Informatics of Optoelectronic Measurements: Science and Innovative Industrial Technologies/V. Meledin — Journal of Engineering Thermophysics, 2009. — Vol.18. — No. 2. — P.99-128.

4. Меледин, В.Г. Информатика оптоэлектронных измерений: наука и инновационные промышленные технологии/В.Г. Меледин — Деловая слава России. Межотраслевой аль-манах для организаторов производства. — 1/6(29), выпуск 2010/2011. — С. 74-76.

5. Двойнишников, С.В. и соавт. Оптоэлектронный метод бесконтактного восстановления профиля поверхности трехмерных объектов сложной формы/ С.В. Двойнишников, Д.В. Куликов, В.Г. Меледин — Метрология, 2010. — № 4. — С. 15-27.

6. Меледин, В.Г. 3D-диагностика – просто, точно, доступно / В.Г. Меледин — Наука из первых рук, (ISSN: 1810-3960), 2010. — № 2. — С.23-24.

7. Меледин, В.Г. Оптоэлектронные информационные системы в инновационных промышленных технологиях /В.Г. Меледин — Дело-вая слава России. Межотраслевой альманах для организаторов производства. — 4(32), выпуск 2011. — С.42-44.

 

 

V.G. MELEDIN. OPTIC AND LASER MEASURING TECHNOLOGIES FOR METALLURGY. Optic and laser measuring technologies essentially improve the efficiency of general technological processes in metallurgy providing metal economy. However, obtaining precision information of velocity and geometry of hot rolling in metallurgy are the sum of complicated multi-disciplinary scientific and technical problems. For the first time we have ensured precise measurements of the diametrical size of hot rolling with calculation error not exceeding 0.2%. The fruitful scientific idea has allowed realizing a small and cheap information and measurement complex, which has proved its functionality in the course of tests. The newest development of 2012 in the sphere of optic and laser measuring technologies for metallurgy are laser radiation safe measuring complexes for measuring geometric indices of ЛАД-0Р-3 hot and cold rolling, which provide total radiation safety.

 

(Межотраслевой альманах ДСР №37/2012г.)

  



 

Другие новости по теме:


Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.


АКТУАЛЬНО


Календарь событий:

«    Сентябрь 2017    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
 
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
 

Архив новостей:

Сентябрь 2017 (2)
Август 2017 (3)
Июль 2017 (5)
Февраль 2017 (1)
Декабрь 2016 (1)
Ноябрь 2016 (7)