(Dr. Sci. (Techn.)), Professor, Dept. of Management and System Analysis of Thermal Power and Sociotechnical Complexes
доктор технических наук, профессор, профессор кафедры управления и системного анализа теплоэнергетических и социотехнических комплексов
(Ph.D. (Techn.)), Associate Professor, Dept. of Management and System Analysis of Thermal Power and Sociotechnical Complexes
кандидат технических наук, доцент кафедры управления и системного анализа теплоэнергетических и социотехнических комплексов
Student, Dept. of Management and System Analysis of Thermal Power and Sociotechnical Complexes
студент кафедры управления и системного анализа теплоэнергетических и социотехнических комплексов
Efficiency of heat treatment production processes of metals is measured by different characteristics, including productivity, energy consumption and quality of end product. Increasing each of them is possible through optimization with respect to corresponding integral criteria. The quality of end product, which is made of high iron alloys, after heat treatment operations depends on metal loss to scale, that is inevitably formed during high-intensity heating in induction installation. Thus, to reduce the amount of defective details it is necessary to obtain the optimal operating mode of inductor, which will minimize the mentioned losses. The paper is devoted to optimization of static induction heating of steel cylindrical billets before the subsequent plastic deformation operations. The 2D numerical mathematical model of induction heating process, developed in Altair FLUX, is considered as a control object with distributed parameters. The optimal control problems with respect to time-optimal, minimal energy consumption and minimal scale formation criteria are formulated. The solution of formulated problems after their parametrization and reduction to semi-infinite optimization problems can be carried out using alternance method of parametric optimization of objects with distributed parameters. As an example for minimal scale formation problem, the system of transcendental equations closed with respect to all unknowns of the heating process is written based on alternance method. Solving of the system is provided by automatized procedure, which is developed in program package MATLAB. The analysis of numerical results shows that solving this one-criteria optimal control problem allows to reduce the amount of scale with significant increasing of heating time in comparison with time-optimal and minimal energy consumption problems. That is why on the next stages of the investigation it is planned to solve a multi-criteria optimization problem in order to take onto account several typical goal functions simultaneously.
Эффективность производственных процессов термической обработки металлических полуфабрикатов оценивается с помощью различных показателей, к которым преимущественно относятся производительность, энергопотребление, качество готовых изделий. Повышение каждого из них возможно с помощью оптимизации процесса по соответствующему интегральному критерию. Конечное качество изделия, изготовленного из сплавов с высоким содержанием железа, после завершения термообработки во многом зависит от потерь металла в окалину, которая неизбежно образуется при высокоинтенсивном нагреве в индукционной установке. В связи с этим для снижения процента выбракованных изделий необходимо найти оптимальный режим работы индуктора, минимизирующий указанные потери. Статья посвящена оптимизации процесса сквозного индукционного нагрева стальных цилиндрических заготовок перед последующими операциями пластической деформации. В качестве объекта управления с распределенными параметрами рассматривается двумерная численная модель процесса индукционного нагрева, построенная в программном пакете Altair FLUX. Сформулированы задачи управления, оптимального по критериям быстродействия, минимального энергопотребления и минимума потерь металла в окалину. Решение сформулированных задач оптимального управления после их параметризации и редукции к задачам полубесконечной оптимизации может быть получено с помощью альтернансного метода параметрической оптимизации объектов с распределенными параметрами. В качестве примера для задачи на минимум образования окалины на основе альтернансного метода записана система трансцендентных уравнений, замкнутая относительно всех неизвестных параметров процесса нагрева, решение которой производится c помощью автоматизированной процедуры, разработанной в программном пакете MATLAB. Анализ полученных численных результатов показал, что решение данной однокритериальной задачи позволяет существенно сократить количество образующейся окалины при существенном увеличении времени процесса по сравнению с задачами быстродействия и минимального энергопотребления, поэтому для одновременного учета нескольких типовых показателей качества на следующих этапах исследования планируется перейти к решению многокритериальной задачи.