Moduł zasilania informacyjnego

Zaproponowana przez autora metodyka badań zużycia erozyjnego materiałów konstrukcyjnych i funkcjonalnych oraz opracowane urządzenie do badania zużycia erozyjnego umożliwia realizację testów erozyjnych w szerokim zakresie parametrów procesu erozji. Podczas realizacji badań erozyjnych występuje wiele informacji dotyczących badanych materiałów, m.in.: odporność erozyjna w zależności od warunków eksploatacji występujących w docelowej aplikacji oraz dane o właściwościach mechanicznych. Występuje również wiele informacji z zakresu badań erozyjnych, m.in. cel badania, którym może być wyznaczenie odporności erozyjnej materiału lub wpływ konkretnego parametru procesu erozji, np.

temperatury lub prędkości strugi erozyjnej na intensywność zużywania erozyjnego, a także informacje dotyczące rodzaju badania: normatywne lub niestandardowe realizowane w celu symulowania warunków oddziaływania erozji w docelowej aplikacji lub wyznaczenie wpływu czynników erozyjnych występujących w naturalnych warunkach eksploatacji na degradację powierzchni badanego materiału. Istotne są również aspekty ekonomiczne. Na konkretne rozwiązanie praktyczne można zastosować różne materiały, np. konstrukcyjny lub funkcjonalny, które znacząco różnią się kosztami wytworzenia.

W celu analizy procesu erozji, mechanizmów zużywania, zjawisk fizykalnych zachodzących podczas erodowania materiałów oraz jak parametry procesu erozji i właściwości mechaniczne badanych materiałów wpływają na intensywność zużywania erozyjnego konieczne jest usystematyzowanie tych danych oraz opracowanie aplikacji informatycznej umożliwiającej analizę zgromadzonych danych z zakresu zużywania erozyjnego.

Wyszczególniono kilka grup informacji, które mają kluczowe znaczenie w procesie prognozowania zużycia erozyjnego materiałów konstrukcyjnych i funkcjonalnych oraz przy doborze materiałów do aplikacji narażonych na oddziaływanie erozji uderzeniowej:

– informacje dotyczące warunków oddziaływania erozji, m.in. prędkość i kąt natarcia strugi erozyjnej, temperatura oraz wydatek ścierniwa,

– informacje charakteryzujące erodowany materiał oraz jego właściwości mechaniczne:

rodzaj materiału, twardość, w przypadku materiałów funkcjonalnych grubość powłoki oraz liczba warstw,

– dane dotyczące rodzaju erodenta wywołującego degradację erodowanych materiałów:

wielkość ziaren, kształt cząstek erozyjnych, twardość, informacje na temat krawędzi skrawających cząstek (ostre, zaokrąglone) oraz forma cząstek (konglomerat, jednorodne pojedyncze cząstki),

146

– informacje o odporności erozyjnej materiałów, m.in. ubytek masowy, objętościowy, czas przebicia poszczególnych warstw, czas przebicia powłoki do materiału podłoża oraz dane o mechanizmach, zjawiskach fizykalnych zachodzących podczas procesu erozji,

– informacje o cenie oraz dostępności materiału.

Moduł zasilania informacyjnego wymagał opracowania specjalizowanego oprogramowania, które wykorzystując narzędzia informatyczne wspomaga analizę danych z zakresu badań zużycia erozyjnego materiałów konstrukcyjnych i funkcjonalnych.

Opracowany system informatyczny ErosionSYS stanowi integralną część autorskiej metodyki badań zużycia erozyjnego materiałów konstrukcyjnych i funkcjonalnych. System zasilany jest wynikami badań właściwości mechanicznych oraz wynikami testów erozyjnych.

Przed przystąpieniem do opracowania systemu zasilania informacyjnego przyjęto następujące założenia:

– opracowany system ErosionSYS wspomaga badaczy, technologów i konstruktorów podczas doboru materiałów do zastosowań praktycznych na podstawie wyników badań właściwości mechanicznych oraz badań erozyjnych zgromadzonych w bazach danych, – umożliwia gromadzenie i przetwarzanie danych z zakresu zużywania erozyjnego

niezbędnych do doboru materiałów do zastosowań praktycznych oraz prognozowania zużycia erozyjnego,

– dostęp do systemu oraz zasobów baz danych jest autoryzowany, czyli uzależniony od uprawnień użytkownika,

– struktura systemu zasilania informacyjnego jest modułowa, co umożliwia jego rozbudowę o dodatkowe podsystemy w przypadku zmian zakresu informacyjnego, – system przystosowany jest do pracy w środowisku Windows,

– system umożliwia dostęp do zasobów informacyjnych baz danych kilku użytkownikom równocześnie.

W celu prognozowania zużycia erozyjnego oraz doboru materiałów do konkretnych zastosowań praktycznych system wykorzystuje archiwalne wyniki badań erozyjnych lub wiedzę zdobytą podczas realizowanych badaniach eksperymentalnych zgromadzoną w bazach danych. Struktura baz danych ukierunkowana jest na budowę w przyszłości systemu ekspertowego, który umożliwi tworzenie reguł wnioskowania. Strukturę fizyczną systemu ErosionSYS zaprezentowano na rysunku 49.

147 Rys. 49. Struktura fizyczna systemu ErosionSYS

Źródło: opracowanie własne.

148

System posiada architekturę trójwarstwową, na którą składa się warstwa danych, logika aplikacji oraz interfejs użytkownika. Opracowany system składa się z trzech podstawowych modułów:

– akwizycji danych, – przeszukiwania danych, – weryfikacji danych.

Moduł akwizycji danych służy do wprowadzania danych do systemu o dotychczas zrealizowanych badaniach zużycia erozyjnego materiałów konstrukcyjnych i funkcjonalnych, m.in.: nazwy materiału, informacje na temat właściwości mechanicznych badanych materiałów, wynik zużycia erozyjnego, parametry testu erozyjnego, cena oraz dostępność materiału.

Moduł przeszukiwania zasobów umożliwia pozyskanie informacji na temat przebadanych materiałów w zależności od kryterium przeszukiwania, którym może być cel badania, rodzaj materiału, wynik zużycia erozyjnego, aplikacja, w której został wykorzystany przebadany materiał czy dostępność lub cena materiału. Drugi pakiet dotyczący parametrów zrealizowanych badań zużycia erozyjnego pozwala przeszukiwać bazy danych wykorzystując m.in. następujące informacje, np. rodzaj materiału ściernego wykorzystywanego w testach, prędkość strugi erozyjnej, temperaturę badań lub kąt natarcia oraz występowanie zjawisk fizykalnych.

Natomiast w module weryfikacji danych aktualizowane są dane już wprowadzone, ale zostały rozszerzone o dodatkowe informacje, np. materiał został przebadany w ograniczonym zakresie prędkości strugi erozyjnej 30–60 m/s, przeprowadzono dodatkowe testy w zakresie prędkości 70–130 m/s, wówczas w bazie aktualizowane lub uzupełniane są wprowadzone dotychczas dane.

W opracowanym systemie zasilania informacyjnego wyszczególniono dwie grupy użytkowników: administrator oraz operator i przyporządkowano im zakres uprawnień.

Administrator posiada pełny dostęp do struktury systemu informatycznego z możliwością modyfikacji struktury baz danych oraz informacji zawartych w bazach. Zarządza bazą danych, wprowadza modyfikacje wynikające z rozszerzenia zakresu badań materiałów dotychczas przebadanych i wprowadzonych do bazy danych. Administrator przyznaje uprawnienia użytkownikom oraz wykonuje kopie bezpieczeństwa baz danych. Operator wprowadza nowe dane dotyczące zrealizowanych badań zużycia erozyjnego, posiada uprawnienia przeszukiwania informacji z bazy danych oraz sporządzania raportów i wydruków pozyskanych z systemu.

149

Strukturę logiczną systemu ErosionSYS przedstawiono na rysunku 50.

Opracowany system wymaga gromadzenia i przetwarzania dużej liczby danych z zakresu zużycia erozyjnego, które w celu usystematyzowania oraz ułatwienia analizy wyników badań zawarto w tabelach:

– BADANIA – tabela z informacjami o zrealizowanych badaniach, m.in. nazwa badania, cel oraz rodzaju badania,

– MATERIAŁY – tabela z informacjami ogólnymi na temat materiałów, m.in. nazwa materiału, rodzaj, cena, dostępność oraz rodzaj aplikacji w której został zastosowany, – WŁAŚCIWOŚCI – tabela z danymi dotyczącymi właściwości mechanicznych

materiałów konstrukcyjnych i funkcjonalnych, m.in. twardość, nanotwardość, grubość powłoki, adhezja, liczba warstw powłoki,

– ŚCIERNIWA – tabela zawiera dane dotyczące materiałów ściernych wykorzystywanych w testach erozyjnych, m.in. rodzaj erodenta, wielkość ziarna, kształt cząstek oraz twardość i gęstość ścierniwa,

– PARAMETRY TESTU – tabela z informacjami o parametrach badań zużycia erozyjnego, m.in. prędkość strugi, kąt natarcia, wydatek ścierniwa oraz temperatura badań.

– ZUŻYCIE EROZYJNE – tabela z wynikami badań zużycia erozyjnego, m.in. zużycie objętościowe, masowe, maksymalna głębokość krateru, czas przebicia powłoki.

W bazach zgromadzono wyniki badań zużycia erozyjnego materiałów konstrukcyjnych i funkcjonalnych z przeprowadzonych dotychczas przez użytkowników systemu stosunkowo niewielu testów erozyjnych w celu weryfikacji aplikacji. W zależności od celu badań erozyjnych system umożliwia dobór materiałów do konkretnych zastosowań. W przypadku badań nowo opracowanego materiału zastosowanego do docelowego rozwiązania, jeżeli w bazach danych zgromadzone są informacje dotyczące warunków oddziaływania erozji w tym zastosowaniu np. w transporcie pneumatycznym, wówczas system zaproponuje zakres parametrów, w jakich powinien zostać przebadany nowy materiał dedykowany do tego typu rozwiązań.

Badacz przed przystąpieniem do realizacji testów erozyjnych, których celem jest dobór materiału do konkretnego zastosowania przemysłowego, wykorzystując moduł przeszukiwania danych, na podstawie zadanych parametrów procesu erozji może dobrać materiał z bazy danych. W przyszłości po zgromadzeniu większej liczby danych z przeprowadzonych badań erozyjnych system ekspertowy na podstawie zadanych parametrów wejściowych oraz w zależności od kryterium wyboru, którym może być np. odporność erozyjna z uwzględnieniem warunków ekonomicznych, sam zaproponuje materiał z bazy.

150 Rys. 50. Schemat struktury logicznej systemu ErosionSYS Źródło: opracowanie własne.

151

Podstawowymi elementami opracowanej struktury bazy danych są tabele. Każda tabela zawiera dane o ściśle zdefiniowanej grupie obiektów konkretnego typu. Tabela składa się z rekordów posiadających identyczną budowę, kolejność poszczególnych rekordów w tabelach jest dowolna, nie jest istotna kolejność wprowadzania danych oraz kolejność rekordów w tabeli. W celu identyfikacji tabel w bazie, każda tabela posiada jednoznaczną, indywidualną nazwę, natomiast poszczególne rekordy w tabeli posiadają indywidualny klucz podstawowy, który umożliwia identyfikację konkretnego rekordu w tabeli.

Ponadto w tabelach występują klucze obce dające możliwość generowania zapytań odwołujących się do kilku tabel. Tabele zawarte w bazie powiązane są relacjami pomiędzy poszczególnymi tabelami, co umożliwia wykorzystywanie danych z kilku tabel równocześnie.

Budowanie relacji pomiędzy poszczególnymi rekordami tabel umożliwia łączenie danych i wykonywanie złożonych operacji w obszarze całej bazy danych. Opracowaną strukturę bazodanową systemu ErosionSYS zaprezentowano na rysunku 51.

Rys. 51. Struktura bazodanowa systemu ErosionSYS Źródło: opracowanie własne.

152

Opracowana baza danych została zweryfikowana, a następnie zasilona wynikami badań zużycia erozyjnego materiałów konstrukcyjnych i funkcjonalnych zrealizowanych wg autorskiej metodyki badań.

Zaproponowana baza danych systemu ErosionSYS realizuje następujące funkcje:

– zapisywanie nowych danych do bazy,

– modyfikowanie danych zgromadzonych w bazie, – usuwanie danych z bazy,

– wyszukiwanie informacji z bazy z zależności od zapotrzebowania i zastosowanego klucza poszukiwań.

W module akwizycji danych gromadzone są dane z zakresu zrealizowanych badań właściwości mechanicznych oraz testów zużycia erozyjnego materiałów konstrukcyjnych i funkcjonalnych, m.in. rodzaj badania, rodzaj testowanego materiału i erodenta, parametry testu oraz wyniki zużycia erozyjnego. Okno modułu akwizycji danych przedstawiono na rysunku 52. Największą grupę danych stanowią parametry testu. Wprowadzane dane, m.in. kąt natarcia, temperatura strugi, wydatek ścierniwa przyporządkowywane są do konkretnej wartości prędkości strugi erozyjnej. Wprowadzana jest taka wartość prędkości strugi, dla której zostały zrealizowane badania, a następnie dla każdej tej wartości przypisana jest liczba wierszy, które odpowiadają wartościom poszczególnych parametrów, przy których zostały zrealizowane badania zużycia erozyjnego.

Rys. 52. Okno modułu akwizycji danych Źródło: opracowanie własne.

153

Moduł przeszukiwania danych umożliwia filtrowanie informacji z bazy w zakresie podstawowym (rys. 53) oraz rozszerzonym (rys. 54). Zakres podstawowy obejmuje grupę najważniejszych danych dotyczących zarówno badanych materiałów, jak również parametrów zrealizowanych testów zużycia erozyjnego. Zakres rozszerzony dotyczy wszystkich informacji zawartych w bazie danych z obszaru zużycia erozyjnego materiałów konstrukcyjnych i funkcjonalnych.

Rys. 53. Okno modułu przeszukiwania zasobów – zakres podstawowy Źródło: opracowanie własne.

Dodatkowo, zarówno w zakresie podstawowym, jak i rozszerzonym użytkownik posiada możliwość wskazania parametrów, według których będą filtrowane informacje z bazy danych.

Rys. 54. Okno modułu przeszukiwania zasobów – zakres rozszerzony Źródło: opracowanie własne.

154

Filtrowane dane prezentowane są w formie raportu (rys. 55) zawierającego wszystkie dane istotne dla użytkownika, których zakres został zdefiniowany przed przystąpieniem do przeszukiwania zasobów bazy. Parametry testu erozyjnego oraz wynik zużycia materiałów przedstawiono w formie tabeli, co umożliwia użytkownikowi analizę porównawczą wyników zużycia erozyjnego w zależności od zastosowanych parametrów badań.

Rys. 55. Okno modułu przeszukiwania zasobów – wynik analizy danych Źródło: opracowanie własne.

Moduł weryfikacji danych (rys. 56) umożliwia dopisywanie do danych dotychczas wprowadzonych do bazy nowych danych związanych z realizacją badań zużycia erozyjnego.

Rys. 56. Okno modułu weryfikacji danych Źródło: opracowanie własne.

155

Moduł wykorzystywany jest podczas dopisywania nowych danych dotyczących odporności erozyjnej materiału, które zostały już umieszczone w bazie.

Opracowany system ErosionSYS stanowi istotną bazę wiedzy dla konstruktorów projektujących maszyny i urządzenia narażone na oddziaływanie erozji uderzeniowej na temat odporności erozyjnej materiałów oraz zjawisk fizykalnych zachodzących podczas procesu erozji. System umożliwia technologom zajmującym się opracowywaniem nowych materiałów funkcjonalnych analizę zużycia erozyjnego w zależności od budowy powłoki, składu chemicznego oraz metody zastosowanej do nakładania powłoki.

Daje także możliwość analizy zgromadzonych wyników badań pod względem odporności erozyjnej materiałów, liczby zastosowanych warstw powłoki, grubości powłoki w funkcji materiału podłoża.