Аннотация. В рамках разрабатываемой на кафедре обработки металлов давлением Уральского федерального университета (УрФУ) «Концепции оптимальной калибровки УрФУ», калибровка сортопрокатных валков рассматривается с позиций системного анализа. Калибровка, как технологическая система, может быть изменена двумя путями: изменяя структуру системы, что соответствует изменению формы калибров, и изменяя управление системой, что соответствует изменению обжатий по проходам в одних и тех же калибрах, т. е. изменяя режим обжатий. Оптимальной можно признать калибровку, содержащую такие калибры и реализующую такой режим обжатий, которые обеспечивали бы экстремальные свойства у заданных целевых функций, зависящих от указанных параметров. В предыдущих сообщениях этой серии рассмотрена общая концепция двухэтапной оптимизации калибровки, предусматривающая последовательное проведение оптимизации схемы калибровки (первый этап оптимизации) и применяемого режима обжатий (второй этап). Также рассмотрены процедуры построения оптимизационного пространства для первого этапа -пространства виртуальных схем калибровок, формируемого при помощи специального генератора таких схем и перечня всех видов и типов калибров, возможных для использования на данной конкретной стадии прокатки -пространства калибров. Для расчета целевой функции критерия оптимальности схемы калибровки вводится понятие «пространство эффективности калибров». Формирование этого пространства производится с использованием формализованной процедуры экспертного оценивания степени влияния различных допустимых форм калибров, применяемых в калибровке на разноплановые технологические, экономические и других характеристики конкретного сортопрокатного стана. Целевая функция рассчитывается как дисперсия интегральных показателей эффективности калибров, входящих в калибровку относительно гипотетического «идеального» калибра, обладающего наилучшими значениями выбранных показателей эффективности. Оптимальной признается схема калибровки, соответствующая минимальному значению целевой функции.

Металлургические технологии УДК 621.771.2 КОНЦЕПЦИЯ ОПТИМАЛЬНОЙ КАЛИБРОВКИ СОРТОПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ. СООБЩЕНИЕ 1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ Михайленко А.М., к.т.н., доцент кафедры «Обработка металлов давлением» Шварц Д.Л., к.т.н., доцент кафедры «Обработка металлов давлением» ( sdl190977@mail.ru ) Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина (620002, Россия, Екатеринбург, ул. Мира, 19) Аннотация. В настоящее время при возникновении потребности в прокатке фасонного профиля более сложного, чем типовые, разработка новой калибровки валков является в значительной степени неформализованной процедурой. При этом достаточно часто вопросы какой-либо оптимальности новой калибровки или вообще не рассматриваются, ограничиваясь ее технической рациональностью, или откладываются на второй этап - совершенствование калибровки в процессе производства профиля. Показано, что калибровка сортопрокатных валков, рассматриваемая как вариативная система калибров, полностью соответствует всем признакам общепринятого понятия «система». Поэтому она может быть использована в качестве объекта, подвергаемого оптимизации с использованием стандартных методов и процедур теории систем. Калибровка прокатных валков рассмотрена как технологическая система, и используя для ее описания современную идеологию системного подхода, построена универсальная оптимизационная модель, направленная на проектирование оптимальных калибровок, применяемых при прокатке любых сортовых профилей. Применена модель двухэтапного решения оптимизационной задачи проектирования калибровки, позволяющая использовать на разных этапах решения как один, так и два критерия оптимальности. Представлен обобщенный алгоритм решения оптимизационной задачи проектирования калибровки валков для прокатки сортовых профилей любой сложности. Согласно принятой концепции, на первом этапе проектирования производится выбор оптимальной схемы калибровки для конкретных условий прокатного стана. На втором этапе для выбранной схемы генерируется оптимальный режим обжатий и определяются размеры используемых калибров. Для реализации предлагаемой концепции и ее описания, наряду с общепринятыми терминами и формулировками, введен ряд понятий, не имеющих широкого использования в теории прокатки. За основу формирования и формулирования таких понятий приняты аналогичные понятия и формулировки, известные из теории систем, теории оптимального управления, физики и математики. В частности, введены такие понятия, как «пространство калибров», «обобщенный калибр», «пространство калибровок», «показатели эффективности», «генерирующая функция калибровки», «пространство режимов обжатий», «генерирующая функция режимов обжатий» и др. Изложена суть этих новых понятий. Более детальное описание отдельных блоков оптимизационной модели будет представлено в последующих статьях. Ключевые слова: сортовая прокатка, сортовые профили проката, калибровка прокатных валков, калибр, системный анализ, оптимизация калибровки валков, критерии оптимальности.

Based on the system approach and on the experience accumulated at theoretical data, design and industrial development of bar rolling, the Chair “Metal Forming” of Ural Federal University develops the universal “Concept of optimum calibration”. The general ideology of roll pass design optimization is stated in article “The concept of optimal bar roll pass design. Report 1. Basic statements”. In the article “The concept of optimal bar roll pass design. Report 2. Calibers space” the structure, appointment and maintenance of the information block reflecting so-called “calibers space” are considered. According to the general concept of optimization, the following task that needs to be solved is the problem of creation of information block so-called “space of schemes of roll pass design” which will be used further as the first space of optimization. The concept “space of schemes of roll pass design of a bar-rolling mill” is considered as the space containing all possible virtual schemes of rolling of a concrete profile on the concrete rolling mill. For formation of the space of schemes of rail calibrations it is necessary to generate separate virtual schemes and to consistently fill this space with them. Thus, the space of calibrations schemes is formed of separate unique calibrations schemes. For formation of this space from separate calibers, it is offered to use the specialized algorithms which are “generators of schemes of roll pass design”. As an example, the structure of the generator prepared for creation of such space for rolling of railway rails is considered. It is revealed that all known rail calibrations can be presented in the form of essentially the same block structure which is used as the central element of the schemes generator of rail calibrations. Usage of described and similar generators in relation to rolling process of a concrete profile on the concrete rolling mill allows obtaining spaces of acceptable schemes of calibrations. Such spaces are necessary for the subsequent optimizing procedures for search of the best calibration scheme from all possible calibrations. The considered approach for creation of calibrations schemes space can be used during creation of computer-aided engineering systems and optimization of calibrations of rolling rolls.

Аннотация. Используя идеи системного подхода и основываясь на опыте, накопленном при теоретическом изучении, проектировании и про-мышленном освоении процессов сортовой прокатки широкого спектра профилей, на кафедре обработки металлов давлением Уральского федерального университета разрабатывается универсальная «Концепция оптимальной калибровки». Общая идеология оптимизации ка-либровки сортопрокатных валков изложена авторами в работе «Концепция оптимальной калибровки сортопрокатных валков. Основные положения». В рамках разрабатываемой концепции рассмотрены понятия непрерывного и дискретного пространства калибров. Для по-строения дискретного пространства калибров предложено использовать метод классификации. В качестве измерений пространства кали-бров взяты наиболее значимые, простые и наглядные характеристики калибров. Как пример использования рассматриваемой процедуры, выполнено построение дискретного пространства рельсовых калибров. При этом в качестве измерений (характеристик) пространства ка-либров использованы технологические и геометрические особенности рельсовых калибров: Т - тип калибра по характеру и целям формо-изменения, С - наличие осей симметрии и Р - положение разъема валков калибра или количество валков, образующих калибр. Наполнение пространства калибров проведено в процессе структурного анализа рабочих калибровок прокатных валков, известных из литературы и заводских атласов калибровок. Пространство калибров представлено в виде трехмерной таблицы, отражающей в структурированном виде полное множество всех возможных рельсовых калибров. Установлено, что для каждой из выбранных характеристик калибров (Т, С и Р) существует ограниченное количество уровней варьирования (6, 4 и 7 соответственно). Геометрически возможно лишь 97 сочетаний уров-ней характеристик, каждое сочетание однозначно определяет вид конкретного рельсового калибра и имеет собственный формальный код. Изменение уровня любой характеристики в этой таблице приводит к переходу в пространстве калибров к другой точке этого пространства, т. е. к использованию калибра другого вида. Рассмотренный подход к построению пространства калибров может быть использован при создании систем автоматизированного проектирования и оптимизации калибровок прокатных валков.Ключевые слова: сортовая прокатка, рельс, калибровка прокатных валков, калибр, системный анализ, оптимизация калибровки валков, класси-фикация, пространство калибров.

Roll pass design of shape rolling rolls is considered from the standpoint of system analysis within “UrFU concept of optimal roll pass design” created in the Chair “Metal Forming” of the Ural Federal University. Roll pass design as a technological system can be changed in two methods: 1) changing the structure of the system which corresponds to a change in the groove shape; 2) changing the control of the system, which corresponds to changing reduction through the pass in the grooves, that is, by changing the reduction mode. Roll pass design that compose of the definite grooves and realize the definite reduction mode, which assures of optimal properties of preassigned objective function depending on the specified parameters, is considered optimal. General conception of two-stage optimization of roll pass design: consistent conduct of optimization of roll pass design scheme (first stage of optimization) and mode of reduction (second stage of optimization), was considered in previous reports. Procedures of formation of optimization space for first stage – space of virtual schemes of roll pass design generated by the special generator and set of all possible types of grooves that can be used at this particular stage of rolling, were also described. To calculate the objective function of the optimality criterion of the roll pass design scheme, the authors introduced the concept of “space of grooves efficiency”. Formation of this space is carried out using a formalized procedure for expert evaluation of the degree of influence of various permissible forms of grooves used in roll pass design on the diverse technological, economic and other characteristics of a particular rolling mill. The objective function is calculated as variance of integral performance indicators of the grooves included in the roll pass design relative to the hypothetical “ideal” groove with the best values of the selected performance indicators. The roll pass design scheme corresponding to the minimum value of the objective function is considered the best.