Курс «Основы выбора и применения материалов для трубопроводной арматуры»
Шрифт:
– Системный инжиниринг литых сталей, включая инжиниринг и основы системного подхода и системного анализа.
– Способы инжиниринга литых сталей, такие как синтез сплавов, ФСА, АРИнЗ и приемы решения металловедческих задач для металловедов и литейщиков.
Чтобы быть включенным в конструкцию, сплав должен доказать свою технико-экономическую эффективность. Чаще всего, технико-экономические показатели связаны с обобщенным качеством сплава. Они включают несколько групп параметров: возможность поставки природного и вторичного сырья, функциональность сплава, техническую эффективность, надежность, технологичность, экономичность и даже токсичность, горючесть, возможности утилизации, его экологичность, транспортабельность,
Системный анализ стали на подготовительном этапе предполагает выделение основных симптомов проблемы, формирование дерева проблем системы и выбор наиболее предпочтительного способа решения проблемы. Для криогенной арматуры, которая является надсистемой для используемых материалов, эффективно строить дерево проблем. Целью построения является оценка и выбор наиболее предпочтительного решения проблемы.
Системой принимается литая сталь как вещество совместно со способом производства, включая выплавку, разливку, кристаллизацию, затвердевание и охлаждение отливки, а также с иерархией структурных особенностей самой стали. Такая система – "Литая сталь" – будет характеризоваться целостностью, множественностью параметров и функций, сложностью поведения системы, нерегулярностью поступления возмущений, наличием конкурирующих сторон и неопределенностью, взаимоувязанностью и сложностью входящих в нее подсистем.
Литую сталь как системный объект можно представить схемой, рис. 1.2.
Рис. 1.2. Литая сталь как системный объект
Схема процесса инжиниринга сплава показана ниже
Рис. 1.3. Схема связи стали и процесса ее создания со свойствами
Процесс «жизни» сплава определяется технологической взаимосвязью от его изготовления до работы в изделии. Технологическая схема процесса показана ниже.
Рис. 1.4. Технологическая схема создания и «жизни» литой стали
Каждый из этапов может быть представлен как отдельная подсистема получения стали как системного объекта, как это видно на примере завалки, и одновременно дать картину появления дефектов на каждом из этапов получения стали.
Рис. 1.5. Этап "Завалка"
По результатам анализа совокупных дефектов стали выбираются наиболее важные цели системы "Литая сталь". Так, ими в порядке относительной важности целей являются:
1. Плотность – герметичность отливки
2. Высокий уровень пластичности и вязкости
3. Высокие литейные свойства
4. Технологичность (обрабатываемость резанием, свариваемость)
5. Экологичность (особенно важно при выплавке и сварке Mn-содержащих сталей).
На каждом этапе реализации системы "Литая сталь для криогенной арматуры" существует масса свойств, которые мы должны учесть. Для того чтобы выделить наиболее критичные участки для обеспечения работоспособности системы, выделяются основные свойства, формирующие работоспособное состояние системы и обеспечивающие, которые создают условия для выполнения основных функций системы, рис. 1.6.
Рис. 1.6.
Одновременно выделяются и проблемные области, требующие своего решения. Для этого выбирается участок, на котором формируется качество стали и/или закладываются или зарождаются большинство серьезных дефектов. Так, анализ проблемы системы "Литая сталь" показывает, что существо проблемы лежит в несоответствии существующего выхода (недостаточное качество – негерметичность, хрупкость, плены, поры, эвтектики) – желаемому. Желаемое состояние – это плотная, герметичная, высоковязкая структура, формирующиеся уже на этапе кристаллизации.
Рис. 1.7. Схема связей входов и выходов на этапе "Кристаллизация"
Структура проблемы по созданию герметичной, высокоплотной отливки с высокими механическими свойствами представлена ниже
Рис. 1.8. Логическая структура проблемы
Рис. 1.9. Связи системы Литая сталь
Установив логическую структуру проблемы, мы можем двигаться дальше. Дальнейшее углубление состоит в анализе развития проблемы, анализе структуры проблемы и конструировании системы. Для этого мы сформируем общие цели и критерии системы, проведем декомпозицию целей и формирование процесса разрешения проблемы по этапам системного объекта "Литая сталь", рис. 1.10
Рис. 1.10. Цели процессов
Следующими этапами анализа и конструирования системы является оценка ресурсов и анализ будущих условий работы системы, оценка связей внутри системы 1,2, и 3 рода, целей и средств решений. Конечным этапом конструирования системы "Литая сталь" становится анализ альтернатив и формирование программы работ по достижению целей системы, как показано на рис. 1.11.
Рис. 1.11. Формирование программы работ по достижению целей системы "Литая сталь"
При системном инжиниринге литых сталей с наибольшей эффективностью могут применяться следующие виды анализа:
– функционально-стоимостной анализ (ФСА)
– ТРИЗ и его основные инструменты, такие как таблица разрешения противоречий, стандарты на решение изобретательских задач, ориентированных на металловедение литейных сталей и алгоритмы решения задач, включая АРИЗ и АРИнЗ.
Цель функционально-стоимостного анализа – получение изделия с аналогичными или более высокими характеристиками по критерию снижения затрат, фиксирование не на технологичности изделия, а на функциях и получение технико-экономического эффекта за счет снижения "стоимости функции". Этапами ФСА литой стали являются выбор объекта, анализ функций изделия и его элементов и стоимостной анализ альтернативных решений.
Проведенный ФСА корпуса арматуры показывает, что основные воздействующие на него поля – это тепловое, концентрационное, и поле «активностей» легирующих элементов. Сама система весьма сложна и иерархична, включает в себя следующие основные подсистемы: