Index of /rozprawy2/10290

Pełen tekst

(1)AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA im. Stanisława Staszica w Krakowie WYDZIAŁ INŻYNIERII METALI I INFORMATYKI PRZEMYSŁOWEJ Katedra Informatyki Stosowanej i Modelowania. PRACA DOKTORSKA. Doskonalenie procesów wytwarzania odlewów staliwnych poprzez organizację przepływu informacji i integrację wiedzy. Autor: mgr inż. Krzysztof Regulski Promotor: prof. dr hab. inż. Stanisława Kluska-Nawarecka. KRAKÓW 2010. -1-.

(2) Podziękowania: Pragnę złożyć serdeczne podziękowania Pani Promotor prof. Stanisławie Kluska-Nawareckiej za pomoc w sformułowaniu tematu, za wszystkie cenne dyskusje oraz wskazówki, których udzielała mi podczas pisania niniejszej pracy. Dziękuje Panu prof. Edwardowi Nawareckiemu i prof. Grzegorzowi Dobrowolskiemu za czas poświęcony na dyskusje merytoryczne i wiele cennych uwag. Dziękuje Panu prof. Zbigniewowi Górnemu za wskazówki dotyczące wiedzy z zakresu odlewnictwa. Serdecznie dziękuję dyrektorowi Instytutu Odlewnictwa prof. Jerzemu J. Sobczakowi za umożliwienie udziału w pracach badawczych realizowanych w IO. Serdecznie dziękuję Pracownikom Instytutu Odlewnictwa w Krakowie, za czas poświęcony na konsultowanie zagadnień technologicznych w pracy. Bardzo dziękuję wszystkim Pracownikom Pracowni Informatyki WIMIIP AGH za wsparcie, dyskusje i dzielenie się swoimi doświadczeniami, w szczególności pragnę wymienić dr Annę Adrian, dr Jarosława Duraka, dr Barbarę Mrzygłód, dr Dorotę Wilk-Kołodziejczyk oraz mgr Agnieszkę Jędrzejczyk.. -2-.

(3) Spis Treści: 1.. WSTĘP ..................................................................................................................... 9 1.1. 1.2. 1.3. 1.4.. 2.. MOTYWACJA ..................................................................................................................................9 CEL PRACY NA TLE UWARUNKOWAŃ ZEWNĘTRZNYCH.................................................................... 10 TEZA ROZPRAWY........................................................................................................................... 12 PLAN PRAC BADAWCZYCH I ZAMIERZENIA REALIZACYJNE .............................................................. 12. IDENTYFIKACJA I OPIS PROCESU PRODUKCJI ODLEWÓW STALIWNYCH .......16 2.1. STAN OBECNY ODLEWNICTWA STALIWA W POLSCE ........................................................................ 16 2.1.1. Wstęp: staliwo i jego zastosowanie..................................................................................... 16 2.1.2. Stosowane metody topienia ................................................................................................. 16 2.1.3. Procesy metalurgiczne stosowane na świecie .................................................................... 17 2.1.4. Charakterystyka materiałochłonności i energochłonności stosowanych technologii wytapiania staliwa ............................................................................................................................ 18 2.1.5. Elektryczny piec łukowy....................................................................................................... 19 2.1.6. Piec indukcyjny tyglowy ......................................................................................................22 2.2. SCHEMAT PROCESU WYTWARZANIA ODLEWÓW STALIWNYCH ........................................................24 2.2.1. Stosowane materiały formierskie, wsad, paliwa ..............................................................26 2.2.2. Sporządzanie masy formierskiej i rdzeniowej ................................................................... 27 2.2.3. Wykonywanie form i rdzeni ................................................................................................28 2.2.4. Przygotowanie i ładowanie wsadu .....................................................................................29 2.2.5. Topienie ................................................................................................................................. 31 2.2.6. Obróbka ciekłego metalu...................................................................................................... 31 2.2.7. Ściąganie żużla......................................................................................................................32 2.2.8. Zalewanie form ciekłym metalem .......................................................................................33 2.2.9. Tworzenie się struktury staliwa podczas jego krystalizacji..............................................33 2.2.10. Chłodzenie i wybijanie form. Oczyszczanie i wykańczanie odlewów. .........................34 2.2.11. Obróbka cieplna staliwa..................................................................................................35 2.2.12. Kontrola techniczna ......................................................................................................... 37 2.3. PODSUMOWANIE STUDIUM PROCESU. CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA POWSTAWANIE WAD ................38. 3. PODSTAWOWE ZADANIA SYSTEMU INFORMACYJNEGO W PROCESIE PRODUKCYJNYM.......................................................................................................... 40 3.1. PRZEPŁYW INFORMACJI ................................................................................................................40 3.2. DIAGNOSTYKA .............................................................................................................................. 41 3.2.1. Założenia systemu w zakresie diagnostyki.........................................................................42 3.2.2. Elektroniczna karta wytopu ................................................................................................43 3.3. WSPOMAGANIE DECYZJI ...............................................................................................................46 3.4. TWORZENIE RAPORTÓW, ZESTAWIEŃ I ANALIZ – ELEMENTY ZARZĄDZANIA WIEDZĄ. .....................48 3.5. PODSUMOWANIE .......................................................................................................................... 51 4.. POZYSKIWANIE WIEDZY Z HETEROGENICZNYCH ŹRÓDEŁ ............................. 52 4.1. PRZEGLĄD POJĘĆ..........................................................................................................................52 4.1.1. Rodzaje wiedzy .....................................................................................................................52 4.1.2. Wiedza jawna i ukryta .........................................................................................................53 4.1.3. Sposoby pozyskiwania wiedzy ............................................................................................54 4.1.4. Lokalizacja ............................................................................................................................ 55 4.1.5. Akwizycja .............................................................................................................................. 55 4.1.6. Tworzenie wiedzy ................................................................................................................. 57 4.1.7. Źródła wiedzy........................................................................................................................58 4.2. INŻYNIERIA WIEDZY .....................................................................................................................60 4.3. ALGORYTMICZNE METODY POZYSKIWANIA WIEDZY .......................................................................62 4.4. PODSUMOWANIE ..........................................................................................................................64. -3-.

(4) 5. DRZEWA DECYZYJNE W POZYSKIWANIU WIEDZY Z DANYCH POMIAROWYCH ......................................................................................... 65 5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5. 5.6. 5.7. 5.8.. POJĘCIE DRZEWA DECYZYJNEGO...................................................................................................65 SFORMUŁOWANIE PROBLEMU .......................................................................................................65 BUDOWA MODELU DRZEWA REGRESYJNEGO .................................................................................66 KOSZT BŁĘDNYCH KLASYFIKACJI – OCENA MODELU ......................................................................68 WAŻNOŚĆ ZMIENNYCH PREDYKCYJNYCH ......................................................................................70 ODCZYTYWANIE REGUŁ Z DRZEW DECYZYJNYCH ........................................................................... 71 ROZWIĄZANIE PROBLEMU ODWROTNEGO ..................................................................................... 75 PODSUMOWANIE ..........................................................................................................................78. 6. LOGICZNE FORMALIZMY REPREZENTACJI WIEDZY – OD LOGIKI KLASYCZNEJ DO LOGIKI DESKRYPCYJNEJ ..........................................79 6.1. 6.2. 6.3. 6.4. 6.5. 6.6. 6.7. 6.8. 6.9. 6.10. 6.11. 6.12.. WPROWADZENIE DO LOGIKI MATEMATYCZNEJ.............................................................................. 79 TEORIA MNOGOŚCI ...................................................................................................................... 80 RACHUNEK ZDAŃ.......................................................................................................................... 81 LOGIKA PIERWSZEGO RZĘDU ........................................................................................................84 SIECI SEMANTYCZNE .....................................................................................................................86 RAMY (FRAMES) ...........................................................................................................................87 LOGIKA DESKRYPCYJNA ................................................................................................................89 INTERPRETACJE W DL..................................................................................................................90 BAZA WIEDZY W DL .....................................................................................................................90 WNIOSKOWANIE W DL ................................................................................................................. 91 DL W OWL ..................................................................................................................................92 PODSUMOWANIE ..........................................................................................................................92. 7. REPREZENTACJA REGUŁOWA W ZASTOSOWANIU DO SYSTEMU CASTEXPERT+ ..................................................... 93 7.1.. ZASADY BUDOWY REGUŁOWEGO SYSTEMU EKSPERTOWEGO NA PRZYKŁADZIE SYSTEMU CASTEXPERT ....................................................................................................93 7.2. MECHANIZM WNIOSKOWANIA ......................................................................................................94 7.3. SCHEMAT PROCEDURY DIAGNOSTYCZNEJ ......................................................................................95 7.4. SYSTEM CASTEXPERT JAKO MULTIMEDIALNA BAZA WIEDZY..........................................................99 7.5. KOMPONENTY WIEDZY: REPREZENTACJA REGUŁOWA ................................................................. 102 7.6. KOMPONENTY WIEDZY: KATALOG WAD I ZDJĘĆ........................................................................... 103 7.7. KOMPONENTY WIEDZY: KATALOG STRUKTUR ZNORMALIZOWANYCH ........................................... 103 7.8. KOMPONENTY WIEDZY: BAZA PRZYPADKÓW ...............................................................................104 7.9. KOMPONENTY WIEDZY: WIZUALIZACJA DYNAMICZNA ................................................................. 105 7.10. PRZYKŁAD UŻYCIA SYSTEMU CASTEXPERT+................................................................................106 7.11. PODSUMOWANIE ........................................................................................................................108 8.. REPREZENTACJA WIEDZY NIEPEŁNEJ I NIEPEWNEJ ......................................109 8.1. LOGIKA ROZMYTA W ZADANIACH DIAGNOSTYKI ODLEWNICZEJ ....................................................109 8.1.1. Metodyka konstrukcji modelu rozmytego dla wnioskowania o ścieżce obróbki cieplnej ..................................................................................114 8.1.2. Klasyfikacja gatunków stopu na podstawie zawartości ferrytu/perlitu....................... 122 8.1.3. Klasyfikacja gatunków stopu na podstawie zawartości austenitu ................................ 126 8.1.4. Klasyfikacja mikroobszarów trójwymiarowych z zastosowaniem logiki rozmytej. .... 129 8.2. ZBIORY PRZYBLIŻONE W ZASTOSOWANIU DO SYSTEMU ROUGHCAST DLA ODLEWÓW STALIWNYCH ............................................................................................... 135 8.2.1. Pojęcie logiki przybliżonej.................................................................................................. 135 8.2.2. System informacyjny i jego aproksymacja ...................................................................... 135 8.2.3. Tablice decyzyjne ................................................................................................................ 138 8.2.4. Język zapytań w systemach informacyjnych ................................................................... 139 8.2.5. Wiedza o wadach odlewów jako system informacyjny...................................................140 8.2.6. Implementacja wnioskowania w logice przybliżonej dla diagnostyki wad odlewów - system RoughCast.......................................................................................................................... 144 8.2.7. Baza wiedzy dla systemu RoughCast................................................................................ 145 8.2.8. Dialog z użytkownikiem i przebieg wnioskowania w systemie RoughCast .................. 147 8.3. PODSUMOWANIE ........................................................................................................................ 150. -4-.

(5) 9.. ONTOLOGIE W REPREZENTACJI WIEDZY.......................................................... 151 9.1. METODY I NARZĘDZIA ONTOLOGICZNEGO OPISU WIEDZY .............................................................151 9.1.1. Geneza teorii ontologicznych. Nauka o bycie ....................................................................151 9.1.2. Ontologia a logika ...............................................................................................................151 9.1.3. Inżynieria ontologiczna, początek ontologii w informatyce........................................... 152 9.1.4. Istota ontologii .................................................................................................................... 153 9.1.5. Język OWL........................................................................................................................... 154 9.1.6. Język RDF............................................................................................................................ 155 9.1.7. Zastosowanie ontologii w systemach informatycznych. Semantic Web....................... 156 9.1.8. Dlaczego odwołujemy się do Semantic Web..................................................................... 157 9.1.9. Ontologie ogólne i przykładowe zastosowania ................................................................ 158 9.1.10. Metody budowania ontologii ........................................................................................ 159 9.2. ONTOLOGIE W ODLEWNICTWIE...................................................................................................160 9.2.1. Ontologia dziedzinowa dla odlewnictwa staliwa. Źródła wiedzy..................................160 9.2.2. Tworzenie ontologii dziedzinowej ......................................................................................161 9.2.3. Budowanie fragmentów ontologii na podstawie bazy danych dla eksperymentów .... 167 9.2.4. CastWiki – narzędzia zbiorowego tworzenia i kodyfikacji wiedzy .................................171 9.2.5. Ontologiczny model wiedzy wspomagający tworzenie CastWiki .................................. 174 9.2.6. System OntoGRator.............................................................................................................177 9.2.7. Architektura systemu OntoGRator i zasada działania.................................................... 179 9.2.8. Porównanie funkcjonalności CastWiki i systemu OntoGRator ...................................... 182 9.3. PODSUMOWANIE ........................................................................................................................ 184. 10. UTYLITARNE I SYSTEMOWE ASPEKTY INTEGRACJI WIEDZY I PRZEPŁYWU INFORMACJI .......................................................................................185 10.1. 10.2. 10.3. 10.4. 11. 11.1. 11.2. 11.3. 11.4. 12. 12.1. 12.2. 12.3.. INFORMACYJNY SYSTEM INTEGRACJI WIEDZY Z ZAKRESU ODLEWNICTWA STALIWA ..................... 185 SCENARIUSZE WYKORZYSTANIA SYSTEMU ...................................................................................188 ITERACYJNY PROCES BUDOWY SYSTEMU ONTOCAST.................................................................... 192 PODSUMOWANIE ........................................................................................................................ 193 WARTOŚĆ UŻYTKOWA SYSTEMU ONTOCAST ................................................194 SPECYFIKACJA WYMAGAŃ NA POZIOMIE SYSTEMU ....................................................................... 194 OCENA KORZYŚCI Z POSZCZEGÓLNYCH MODUŁÓW ....................................................................... 196 PROBLEMY SOCJOLOGICZNE TWORZENIA I INTEGRACJI WIEDZY .................................................. 199 FILOZOFICZNE ASPEKTY STRUKTURALIZACJI INFORMACJI .......................................................... 200 ZAKOŃCZENIE................................................................................................. 202 OBSZAR I CELE PROWADZONYCH PRAC ....................................................................................... 202 WYNIKI BADAŃ I PRAC REALIZACYJNYCH ................................................................................... 204 PRZYSZŁE KIERUNKI PRAC ......................................................................................................... 206. Spis rysunków: RYSUNEK 1. RYSUNEK 2. RYSUNEK 3. RYSUNEK 4. RYSUNEK 5. RYSUNEK 6.. PRODUKCJA ODLEWÓW W ŚWIECIE W 2007 R. (94 919 007 MLN T.) .....................................11 UDZIAŁ TWORZYW W PRODUKCJI ODLEWÓW W POLSCE W ROKU 2007 R. – 922 TYS. T ..........11 ELEKTRYCZNY PIEC ŁUKOWY................................................................................................20 OGÓLNY SCHEMAT PIECA INDUKCYJNEGO TYGLOWEGO ........................................................23 PIECE INDUKCYJNE TYGLOWE ..............................................................................................23 PRZEBIEG PROCESU PRODUKCJI ODLEWÓW STALIWNYCH Z WYSZCZEGÓLNIENIEM KONTROLOWANYCH PARAMETRÓW MAJĄCYCH DECYDUJĄCY WPŁYW NA POWSTAWANIE WAD. ................25 RYSUNEK 7. ELEMENTY PROCESU PRZYGOTOWANIA MODELI I FORM .......................................................26 RYSUNEK 8. ZWIĄZEK SYSTEMU DYSTRYBUCJI INFORMACJI Z INTELIGENTNYMI SYSTEMAMI WIEDZY .......40 RYSUNEK 9. KONCEPCJA SYSTEMU WSPOMAGANIA STEROWANIA PRODUKCJĄ ODLEWÓW STALIWNYCH. ..42 RYSUNEK 10. SCHEMAT PRZEPŁYWU INFORMACJI DOSTOSOWANY DO POTRZEB PROCESU ODLEWANIA STALIWA..............................................................................................................43 RYSUNEK 11. SZABLON RAPORTU Z ELEKTRONICZNEJ KARTY WYTOPU.......................................................44 RYSUNEK 12. PRZYKŁADOWY FORMULARZ ELEKTRONICZNEJ KARTY WYTOPU............................................45 RYSUNEK 13. FRAGMENTY SCHEMATU I SYSTEMU ZARZĄDZANIA RELACYJNĄ BAZĄ DANYCH DLA ELEKTRONICZNEJ KARTY WYTOPU ..........................................................................................................46. -5-.

(6) RYSUNEK 14. RYSUNEK 15. RYSUNEK 16. RYSUNEK 17. RYSUNEK 18. RYSUNEK 19. RYSUNEK 20. RYSUNEK 21. RYSUNEK 22. RYSUNEK 23. RYSUNEK 24. RYSUNEK 25. RYSUNEK 26. RYSUNEK 27. RYSUNEK 28. RYSUNEK 29. RYSUNEK 30. RYSUNEK 31. RYSUNEK 32. RYSUNEK 33. RYSUNEK 34. RYSUNEK 35. RYSUNEK 36. RYSUNEK 37. RYSUNEK 38. RYSUNEK 39. RYSUNEK 40. RYSUNEK 41. RYSUNEK 42. RYSUNEK 43.. PRZYKŁAD FORMULARZA DO EDYCJI ZASOBÓW WIEDZY ........................................................ 47 PRZYKŁADOWA DESKRYPCJA DLA PARAMETRU TEMPERATURA ZALEWANIA ..........................48 SCHEMAT ORGANIZACYJNY ZAKŁADU ODLEWNICZEGO .......................................................49 STRUKTURA KOMUNIKACYJNA SYSTEMU DYSTRYBUCJI INFORMACJI.....................................50 ZAWARTOŚĆ INFORMACYJNA BAZY DANYCH SYSTEMU DYSTRYBUCJI INFORMACJI ................. 51 PROCESY AKWIZYCJI I ZARZĄDZANIA WIEDZĄ W ZALEŻNOŚCI OD JEJ TYPU ............................52 PRZEPŁYWY WIEDZY WEWNĄTRZ ORGANIZACJI ....................................................................54 MACIERZ KOMPETENCJI ......................................................................................................56 PIĘCIOFAZOWY MODEL PROCESU ORGANIZACYJNEGO TWORZENIE WIEDZY ..........................58 ŹRÓDŁA WIEDZY ..................................................................................................................59 KLASYFIKACJA METOD REPREZENTACJI WIEDZY ..................................................................60 ETAPY KONSTRUOWANIA BAZ WIEDZY ..................................................................................60 WZORZEC ELEMENTU WIEDZY ORAZ PRZYKŁADY ZDJĘĆ WAD ODLEWÓW .............................. 61 INTERFEJS UŻYTKOWNIKA W SYSTEMIE CASTEXPERT+........................................................62 PRZYKŁAD STRONY Z KATALOGU ZDJĘĆ ................................................................................62 SCHEMAT PROCESU WYDOBYWANIA WIEDZY ........................................................................63 OKNO DIALOGOWE ALGORYTMU C&RT ............................................................................... 67 PRZYKŁADOWA SEKWENCJA KOSZTÓW DLA ZMIENNEJ ZALEŻNEJ R0,2 ..................................69 DRZEWO 9 DLA RM, LICZBA WĘZŁÓW KOŃCOWYCH: 5..........................................................70 WYKRES WAŻNOŚCI ZMIENNYCH OBJAŚNIAJĄCYCH DLA ZMIENNEJ ZALEŻNEJ RM ................. 71 DRZEWO 8 DLA R0,2........................................................................................................... 72 SEKWENCJA KOSZTÓW. ZMIENNA ZALEŻNA R0,2. ................................................................. 72 WYKRES WAŻNOŚCI ZMIENNYCH OBJAŚNIAJĄCYCH DLA ZMIENNEJ ZALEŻNEJ R0,2 ............... 73 DRZEWO 10 DLA ZMIENNEJ ZALEŻNEJ A.............................................................................. 74 SEKWENCJA KOSZTÓW. ZMIENNA ZALEŻNA A. ..................................................................... 74 WYKRES WAŻNOŚCI ZMIENNYCH OBJAŚNIAJĄCYCH DLA ZMIENNEJ ZALEŻNEJ A ................... 75 FRAGMENT DRZEWA DECYZYJNEGO. WĘZEŁ NR 20.............................................................. 76 WYKRES WAŻNOŚCI. ZMIENNA ZALEŻNA: PRZESYCANIE - PRĘDKOŚĆ CHŁODZENIA ............... 76 DRZEWO 1 DLA PRZESYCANIA............................................................................................... 77. WARTOŚĆ LOGICZNA PODSTAWOWYCH ZDAŃ ZŁOŻONYCH W ZALEŻNOŚCI OD WARTOŚCI LOGICZNYCH P I Q ............................................................................................................ 81 RYSUNEK 44. PRZYKŁAD SIECI SEMANTYCZNEJ DLA ZDANIA „ZBYT NISKA TEMPERATURA ZALEWANIA JEST PRZYCZYNĄ POWSTAWANIA WADY ODLEWU - FAŁDY (W207).” ...............................................................86 RYSUNEK 45. PRZYKŁADOWE RAMY DLA FRAGMENTU MODELU WIEDZY O STALIWIE ..................................88 RYSUNEK 46. ARCHITEKTURA SYSTEMU REPREZENTACJI WIEDZY OPARTEGO NA LOGICE DESKRYPCYJNEJ . 91 RYSUNEK 47. SCHEMAT ARCHITEKTURY SYSTEMU CASTEXPERT. ..............................................................94 RYSUNEK 48. MECHANIZM WNIOSKOWANIA W PRZÓD (FORWARD CHAINING MECHANISM) .......................95 RYSUNEK 49. DIALOG WSTĘPNY W SYSTEMIE CASTEXPERT .......................................................................96 RYSUNEK 50. DIAGRAM PROCESU DIAGNOSTYCZNEGO W SYSTEMIE CASTEXPERT...................................... 97 RYSUNEK 51. DIALOG W CELU POSZUKIWANIA PRZYCZYN WYSTĄPIENIA WADY W SYSTEMIE CASTEXPERT..98 RYSUNEK 52. CASTEXPERT+ .................................................................................................................. 101 RYSUNEK 53. OGÓLNA STRUKTURA MULTIMEDIALNEJ BAZY WIEDZY SYSTEMU CASTEXPERT+ ................ 101 RYSUNEK 54. PRZYKŁAD REGUŁ W JĘZYKU CLIPS ORAZ PRZYKŁAD REALIZACJI DIALOGU W SYSTEMIE CASTEXPERT.................................................................................................................... 103 RYSUNEK 55. KATALOG STRUKTUR ZNORMALIZOWANYCH.......................................................................104 RYSUNEK 56. BAZA PRZYPADKÓW ........................................................................................................... 105 RYSUNEK 57. PRZYKŁADY SYMULACJI DLA STALIWA ................................................................................106 RYSUNEK 58. EKRAN INICJUJĄCY FAZĘ ROZPOZNANIA............................................................................. 107 RYSUNEK 59. KOŃCOWY ETAP PROCEDURY DIAGNOSTYCZNEJ ................................................................. 107 RYSUNEK 60. REPREZENTACJA GRAFICZNA FUNKCJI PRZYNALEŻNOŚCI KLASY Γ........................................ 111 RYSUNEK 61. REPREZENTACJA GRAFICZNA FUNKCJI PRZYNALEŻNOŚCI KLASY T ....................................... 111 RYSUNEK 62. REPREZENTACJA GRAFICZNA FUNKCJI PRZYNALEŻNOŚCI KLASY L .......................................112 RYSUNEK 63. FUNKCJE PRZYNALEŻNOŚCI ZBIORÓW ROZMYTYCH A, B I C.................................................112 RYSUNEK 64. SCHEMAT DZIAŁANIA MODELU ROZMYTEGO........................................................................113 RYSUNEK 65. WYZNACZANIE ŚRODKA CIĘŻKOŚCI ZBIORU ROZMYTEGO .....................................................114 RYSUNEK 66. OKNO DIALOGOWE MODUŁU FUZZY LOGIC TOOLBOX ŚRODOWISKA MATLAB 7.4 (R2007A) ......................................................................................................................115 RYSUNEK 67. RÓŻNE RODZAJE FUNKCJI PRZYNALEŻNOŚCI DOSTĘPNYCH W MODULE FUZZY LOGIC. ..........116 RYSUNEK 68. ZBIORY ROZMYTE DLA PARAMETRU WEJŚCIOWEGO „RM”.....................................................116 RYSUNEK 69. ZBIORY ROZMYTE DLA PARAMETRU WEJŚCIOWEGO „R0,2”...................................................117 RYSUNEK 70. ZBIORY ROZMYTE DLA PARAMETRU WEJŚCIOWEGO „A” ......................................................117. -6-.

(7) RYSUNEK 71. OKNO EDYTORA REGUŁ.......................................................................................................117 RYSUNEK 72. ZBIORY ROZMYTE DLA PARAMETRU WEJŚCIOWEGO „PRZESYCANIE – PRĘDKOŚĆ CHŁODZENIA”........................................................................................... 118 RYSUNEK 73. ZBIORY ROZMYTE DLA PARAMETRU WEJŚCIOWEGO „STARZENIE-TEMPERATURA”............... 118 RYSUNEK 74. ZBIORY ROZMYTE DLA PARAMETRU WEJŚCIOWEGO „RODZAJ MODYFIKATORA”................... 118 RYSUNEK 75. DIAGRAM PRZEDSTAWIAJĄCY REGUŁY W FORMIE SCHEMATYCZNEJ ORAZ NANIESIONE KOLOREM REGUŁY, KTÓRE ZOSTAŁY AKTYWOWANE ...............................................................................119 RYSUNEK 76. PRĘDKOŚĆ CHŁODZENIA PRZY PRZESYCANIU W ZALEŻNOŚCI OD OCZEKIWANYCH PARAMETRÓW RM ORAZ R0,2................................................................................................................. 120 RYSUNEK 77. TEMPERATURA STARZENIA W ZALEŻNOŚCI OD OCZEKIWANYCH PARAMETRÓW R0,2 ORAZ A .121 RYSUNEK 78. RODZAJ MODYFIKOWANIA W ZALEŻNOŚCI OD OCZEKIWANYCH PARAMETRÓW RM ORAZ A....121 RYSUNEK 79. OKREŚLENIE PARAMETRÓW WEJŚCIOWYCH (A I B) I WYJŚCIOWYCH (C) MODELU................ 123 RYSUNEK 80. ZESTAW REGUŁ DECYZYJNYCH DLA MODELU I (A). PRZESTRZEŃ DOPUSZCZALNYCH WYNIKÓW (B). ................................................................................... 124 RYSUNEK 81. WIZUALIZACJA MECHANIZMU WNIOSKOWANIA.................................................................. 125 RYSUNEK 82. WIZUALIZACJA SEKWENCJI CZYNNOŚCI W PROCESIE WNIOSKOWANIA ................................ 126 RYSUNEK 83. TWORZENIE KLAS ZAWARTOŚCI AUSTENITU W PRÓBCE NA PODSTAWIE DANYCH EKSPERYMENTALNYCH......................................................................................................................... 127 RYSUNEK 84. WYBÓR FUNKCJI PRZYNALEŻNOŚCI DLA POSZCZEGÓLNYCH PARAMETRÓW ......................... 127 RYSUNEK 85. PRZESTRZEŃ WYNIKÓW DLA GATUNKÓW ŻELIWA (A), PLASTYCZNOŚCI (B), TWARDOŚCI (C) ORAZ WYTRZYMAŁOŚCI (D)................................................................................................................... 128 RYSUNEK 86. WIZUALIZACJA PROCESU WNIOSKOWANIA DLA MODELU II. ............................................... 129 RYSUNEK 87. KLASTERYZACJA I OPRACOWANIE DANYCH DO MODELU. .................................................... 130 RYSUNEK 88. OKREŚLENIE PARAMETRÓW WEJŚCIOWYCH I WYJŚCIOWYCH MODELU............................... 132 RYSUNEK 89. ZESTAW REGUŁ DECYZYJNYCH DLA MODELU I (A). PRZESTRZEŃ DOPUSZCZALNYCH WYNIKÓW (B). ................................................................................... 133 RYSUNEK 90. WIZUALIZACJA MECHANIZMU WNIOSKOWANIA.................................................................. 134 RYSUNEK 91. APROKSYMACJA ZBIORU X ⊆ U W PRZESTRZENI APROKSYMACJI S.................................. 137 RYSUNEK 92. PODZIAŁ UNIWERSUM NA ZBIORY ELEMENTARNE .............................................................. 142 RYSUNEK 93. OGRANICZONY DO NIEPUSTYCH ZBIORÓW ELEMENTARNYCH PODZIAŁ UNIWERSUM ........... 143 RYSUNEK 94. PRZYKŁAD ODPOWIEDZI DLA DOLNEGO PRZYBLIŻENIA ....................................................... 143 RYSUNEK 95. PRZYKŁAD ODPOWIEDZI DLA GÓRNEGO PRZYBLIŻENIA....................................................... 144 RYSUNEK 96. EKRAN POWITALNY SYSTEMU ROUGHCAST ........................................................................ 145 RYSUNEK 97. FRAGMENT TABELI DECYZYJNEJ DLA STALIWA ................................................................... 146 RYSUNEK 98. AKTUALIZACJA BAZY WIEDZY W ROUGHCAST..................................................................... 147 RYSUNEK 99. FORMULARZE WYBORU WARTOŚCI ATRYBUTÓW W SYSTEMIE ROUGHCAST ......................... 147 RYSUNEK 100. OBLICZONE PRZYBLIŻENIA GÓRNE I DOLNE W POJEDYNCZYM KROKU WNIOSKOWANIA ....... 148 RYSUNEK 101. WYNIK KOŃCOWY DIALOGU DLA PRZYKŁADU „FAŁDY” WG CZESKIEJ KLASYFIKACJI ............ 149 RYSUNEK 102. POMOC UŻYTKOWNIKA W ROUGHCAST .............................................................................. 149 RYSUNEK 103. ENCJE, INSTANCJE I POZOSTAŁE WYRAŻENIA W SKŁADNI OWL 2 ....................................... 155 RYSUNEK 104. RDF TRIPLE...................................................................................................................... 156 RYSUNEK 105. „TORT SEMANTYCZNY” – SEMANTIC WEB LAYER CAKE....................................................... 157 RYSUNEK 106. PROCES ROZWOJU ONTOLOGII ............................................................................................161 RYSUNEK 107. ASPEKTY MATERIAŁOWE I TECHNOLOGICZNE PRODUKCJI ODLEWNICZEJ............................ 163 RYSUNEK 108. HIERARCHICZNY SPOSÓB PORZĄDKOWANIA FRAGMENTÓW WIEDZY O MATERIAŁACH I WADACH ODLEWÓW............................................................................................................................. 164 RYSUNEK 109. WŁAŚCIWOŚCI KLAS (OBJECT PROPERTIES)........................................................................ 164 RYSUNEK 110. SYMBOLICZNE PRZEDSTAWIENIE ZA POMOCĄ GRAFU SKIEROWANEGO ONTOLOGII DZIEDZINOWEJ Z ZAKRESU STALIWA .................................................................................................... 165 RYSUNEK 111. OKREŚLENIE ASPEKTÓW WŁASNOŚCI ................................................................................. 166 RYSUNEK 112. SCHEMAT BAZY DANYCH DLA BADAŃ EKSPERYMENTALNYCH NAD WŁAŚCIWOŚCIAMI MECHANICZNYMI STALIW NA WALCE HUTNICZE. .................................................................................. 167 RYSUNEK 113. PIERWSZY ETAP TRANSFORMACJI SCHEMATU ER BAZY DANYCH DO ONTOLOGII ................. 168 RYSUNEK 114. GRAF ONTOLOGII UTWORZONY NA PODSTAWIE BAZY DANYCH ............................................ 169 RYSUNEK 115. WŁAŚCIWOŚCI KLAS EDYTOWANE W PROTÉGÉ 3.4 ............................................................. 169 RYSUNEK 116. INSTANCJE EDYTOWANE W PROTÉGÉ 3.4........................................................................... 170 RYSUNEK 117. INTEGRACJA WIEDZY DZIEDZINOWEJ I WYNIKÓW EKSPERYMENTÓW ...................................171 RYSUNEK 118. CASTWIKI – ZRZUT Z EKRANU ........................................................................................... 173 RYSUNEK 119. UDOSTĘPNIANIE ZAWARTOŚCI W CASTWIKI. ..................................................................... 174 RYSUNEK 120. DESKRYPCJE KLAS W CASTWIKI ........................................................................................ 175 RYSUNEK 121. INTEGRACJA SYSTEMU CASTWIKI Z ONTOLOGIĄ OWL ........................................................177. -7-.

(8) RYSUNEK 122. RYSUNEK 123. RYSUNEK 124. RYSUNEK 125. RYSUNEK 126.. FRAGMENT ONTOLOGII REPREZENTUJĄCEJ WIEDZĘ Z ZAKRESU WAD ODLEWÓW ................ 178 ARCHITEKTURA SYSTEMU ONTOGRATOR . ........................................................................ 179 ZASADA DZIAŁANIA SYSTEMU ONTOGRATOR. ....................................................................180 EDYCJA ŹRÓDEŁ ZASOBÓW W INTERFEJSIE ONTOGRATORA ................................................ 181 IMPLEMENTACJA SYSTEMU DLA ONTOLOGII DZIEDZINOWEJ Z ZAKRESU PRODUKCJI STALIWA .......................................................................................................... 182 RYSUNEK 127. AGREGACJA WYMAGAŃ UŻYTKOWNIKA W POSZCZEGÓLNYCH ETAPACH PRACY TECHNOLOGA............................................................................................................................188 RYSUNEK 128. FUNKCJONALNOŚCI SYSTEMU WEDŁUG MODUŁÓW ............................................................190 RYSUNEK 129. ITERACYJNY PROCES BUDOWY SYSTEMU ONTOCAST........................................................... 193 RYSUNEK 130. IDEOWY SCHEMAT OBSZARÓW FUNKCJONALNOŚCI SYSTEMU ONTOCAST ZE SPECYFIKACJĄ WEJŚĆ I WYJŚĆ. ........................................................................................................ 196 RYSUNEK 131. IDEOWY SCHEMAT SYSTEMU INFORMACYJNEGO................................................................ 203 RYSUNEK 132. INTEGRACJA WIEDZY W SYSTEMIE ONTOCAST. ................................................................. 204. Spis tabel: TABELA 1. TABELA 2.. WIELKOŚĆ PRODUKCJI ODLEWÓW STALIWNYCH W LATACH 1997 DO 2006 WARTOŚĆ WYKONYWANYCH W POLSCE ODLEWÓW STALIWNYCH SPRZEDANYCH W LATACH 2005-2010 TABELA 3. WSKAŹNIKI DOTYCZĄCE PRODUKCJI STALIWA TABELA 4. ŚREDNIE WSKAŹNIKI ZUŻYCIA MATERIAŁÓW WSADOWYCH W KG /TONĘ ODLEWÓW STALIWNYCH TABELA 5. OKRESY WYTAPIANIA STALI W PIECU ELEKTRYCZNYM ŁUKOWYM TABELA 6. PODSTAWOWE CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA POWSTAWANIE WAD TABELA 7. KLASY OBIEKTÓW WZGLĘDEM PARAMETRÓW RM, R0,2, A TABELA 8. PRZYKŁADY STOSOWANIA REGUŁ WNIOSKOWANIA TABELA 9. KONSTRUKTORY W OWL TABELA 10. KLASYFIKACJA GATUNKÓW ŻELIWA SFEROIDALNEGO W ZALEŻNOŚCI OD ZAWARTOŚCI FERRYTU I PERLITU FORMULARZ DANYCH DO BUDOWY MODELU WNIOSKOWANIA O ZAWARTOŚCI FAZY ALMPSI WG SKŁADU CHEMICZNEGO TABELA 12. FRAGMENT TABLICY DECYZYJNEJ DLA WAD ODLEWÓW STALIWNYCH TABELA 13. ZESTAWIENIE RÓŻNIC MIĘDZY CASTWIKI A SYSTEMEM ONTOGRATOR TABELA 14. KOMPONENTY SYSTEMU INFORMACYJNEGO ONTOCAST(SIR) WRAZ Z ICH SYNTETYCZNĄ CHARAKTERYSTYKĄ. 10 10 19 30 38 39 69 83 92 122. TABELA 11.. -8-. 131 140 183 187.

(9) I Rozdział. 1. Wstęp. 1.1. Motywacja Inspirację do podjęcia badań w zakresie prezentowanej w rozprawie problematyki stanowiły prace prowadzone w Instytucie Odlewnictwa w Krakowie oraz Pracowni Informatyki Katedry Informatyki Stosowanej i Modelowania AGH dotyczące komputerowego wspomagania diagnostyki wad odlewów oraz procesów decyzyjnych związanych z doskonaleniem procesów produkcyjnych w zakładzie odlewniczym. Formułując temat rozprawy w brzmieniu: Doskonalenie procesów wytwarzania odlewów organizację przepływu informacji i integrację wiedzy. staliwnych. poprzez. kierowano się następującymi przesłankami: − dotychczasowe prace w danym obszarze obejmowały głównie tworzenie modułów wiedzy dotyczącej wad odlewów żeliwnych, podczas gdy wyroby staliwne stanowią istotną część produkcji odlewniczej i posiadają duże znaczenie dla przemysłu (m.in. maszynowego, samochodowego, lotniczego); − w przekonaniu autora rozprawy, niektóre metody i formalizmy inżynierii wiedzy nie zostały jeszcze w pełni wykorzystane w dotychczasowych rozwiązaniach, zaś ich szersze zastosowanie może doprowadzić do wzbogacenia funkcjonalności i walorów decyzyjnych konstruowanych rozwiązań (chodzi tu szczególnie o zastosowanie drzew decyzyjnych, teorii zbiorów przybliżonych oraz metod ontologicznych); − kluczowym aspektem decydującym o efektywności systemów informatycznych wspomagających realizację procesów produkcji jest właściwa organizacja przepływu informacji oraz zdolność do integracji danych pochodzących z rozproszonych źródeł – dlatego też podjęto próbę stworzenia pewnych rozwiązań ukierunkowanych na tą klasę problemów, ze szczególnym uwzględnieniem realiów procesu produkcji odlewów staliwnych (chodzi tu zarówno o rozwiązania strukturalne, jak też wykorzystanie narzędzi formalnych i programistycznych, takich jak logika deskrypcyjna). Odnosząc się całościowo do zawartości rozprawy, należy wyjaśnić, że choć główny wątek technologiczny dotyczy wytwarzania odlewów staliwnych, to przy konstruowaniu konkretnych przykładów zastosowania poszczególnych algorytmów i procedur niejednokrotnie wykorzystywano dane dotyczące innych metali (żeliwa, innych stopów). Podejście takie wynikało z trudności w pozyskaniu danych eksperymentalnych, które z reguły nie są udostępnianie przez przemysł. Jako jedyne realne rozwiązanie przyjęto zatem wykorzystanie danych pochodzących z innych prac badawczych udostępnionych przez Instytut Odlewnictwa. Dodatkowym efektem uzyskanym przy tym ujęciu stało się pokazanie, że większość opracowanych procedur i rozwiązań posiada charakter uniwersalny pozwalający na ich zastosowanie przy różnych wariantach technologii odlewniczych.. -9-.

(10) Trzeba jednak wyraźnie podkreślić, że dane te dobierane były w ten sposób, aby w pełni odpowiadały potrzebom związanym z analogicznymi procedurami dotyczącymi wytwarzania odlewów staliwnych.. 1.2. Cel pracy na tle uwarunkowań zewnętrznych Podjęcie tematu doskonalenia procesów produkcji staliwa jest w pełni uzasadnione ekonomicznie. Można zaobserwować dynamiczny rozwój w ostatnich latach rynku odlewów ze staliwa. Udział produkcji odlewów staliwnych w rynku wykonywanych odlewów to obecnie ok. 10%. Tabela 1.. Wielkość produkcji odlewów staliwnych w latach 1997 do 2006. Rok. Produkcja odlewów staliwnych [w tys. Ton]. 1997. 79200. 1998. 62200. 1999. 55000. 2000. 55400. 2001. 54500. 2002. 48400. 2003. 46500. 2004. 54100. 2005. 60600. 2006. 60800. źródło: [28]. Tabela 2.. Wartość wykonywanych w Polsce odlewów staliwnych sprzedanych w latach 2005-. 2010. Rok. Wartość [tys. zł]. 2005. 182 896,7. 2006. 230 873,2. 2007. 305 261,4. 2008. 569 099,2. 2009. 502 752,3. Źródło: [32]. W Polsce spośród niemal 400 odlewni, 36 zakładów zajmuje się produkcją staliwa. Zdaniem ekspertów większość to nieefektywne, przestarzałe zakłady nie spełniające norm ekologicznych, o niskiej wydajności. Niektóre odlewnie w ostatnich latach zainwestowały w nowe linie produkcyjne i centra obróbcze, ponieważ odbiorcy coraz częściej żądają odlewów po obróbce mechanicznej stanowiących gotowe do montażu elementy. Zmiany w krajowym odlewnictwie są nieuniknione. Także dlatego, że niskie koszty robocizny przestają być atutem polskich odlewni. Firmy, chcąc się zaangażować w produkcję wysokiej klasy wyrobów, nie obejdą się bez inwestycji. Niewątpliwie ważną pozycję w tych inwestycjach stanowić będą systemy informacyjne i doradcze, dlatego opracowanie analizy możliwości zastosowania nowoczesnych narzędzi informatycznych we wspomaganiu wytwarzania staliwa jest. - 10 -.

(11) zagadnieniem bieżącym i ważnym z punktu widzenia branży odlewniczej. Ponadto, zaproponowane rozwiązania stanowią systemy otwarte, dające się łatwo rozszerzyć na inne technologie i stopy.. żeliwo szare; 43%. żeliwo sferoidalne; 22%. staliwo; 10%. żeliwo ciągliwe; 3%. inne materiały; 2%. cynk; 3% magnez; 2%. stopy aluminium; 13%. stopy miedzi; 2%. Źródło: [152] Rysunek 1.. Produkcja odlewów w świecie w 2007 r. (94 919 007 mln t.). żeliwo szare i stopowe; 49,5%. staliwo; 10%. metale nieżelazne; 25,7% żeliwo sferoidalne; 15,1%. żeliwo ciągliwe; 2,8% Źródło: [152] Rysunek 2.. Udział tworzyw w produkcji odlewów w Polsce w roku 2007 r. – 922 tys. t. Jednym ze sposobów zapewnienia wymaganych właściwości technicznych odlewów jest ścisła kontrola parametrów wytwarzania i eliminacja wadliwych produktów, które prowadzą do olbrzymich strat, jeśli proces produkcyjny jest nieodpowiednio skonfigurowany. Dlatego bardziej ekonomiczną metodą zapewnienia jakości jest stały, bieżący monitoring parametrów procesu produkcyjnego i korekta czynników w momencie zdiagnozowania powstawania wad albo odchyleń od oczekiwanych właściwości. Aby takie działania były możliwe konieczny jest bieżący dostęp do informacji o procesie produkcyjnym z jednej strony oraz zapewnienie potrzebnej wiedzy (np. instrukcji technologicznych zmierzających do wyeliminowania ustalonych przyczyn) do podejmowania decyzji i wykrywania powstających wad z drugiej. Jednocześnie z rozwojem wiedzy z dziedziny metalurgii, zmierzającym do podniesienia poziomu technicznego i efektywności wytwarzania maszyn, pojazdów, narzędzi oraz urządzeń mechanicznych etc. powinien następować rozwój systemów informacyjnych wspierających procesy produkcyjne w celu poprawy ich efektywności, zgodności z coraz. - 11 -.

(12) ostrzejszymi wymaganiami w zakresie ergonomii, bezpieczeństwa pracy, ochrony środowiska oraz jakości.. 1.3. Teza rozprawy W kontekście przedstawionych powyżej uwarunkowań i zamierzeń, zdecydowano się na sformułowanie tezy rozprawy w następującej postaci: Zaproponowane w rozprawie procedury przepływu informacji o procesie wytwarzania odlewów staliwnych wsparte nowoczesnymi metodami i sprzętem informatycznym oraz metody reprezentacji i integracji wiedzy w rozproszonych i heterogenicznych bazach wiedzy technologicznej, właściwie wkomponowane w strukturę organizacyjną zakładu, pozwalają na konstrukcję systemu integracji wiedzy umożliwiając jego praktyczne zastosowanie w produkcji odlewów staliwnych; mogą tym samym istotnie wpłynąć na koszt, jakość i konkurencyjność odlewów, a w konsekwencji podnieść wartość przedsiębiorstwa. Autor rozprawy posiada pełną świadomość, że potwierdzenie tej tezy w postaci liczbowej oceny efektów ekonomicznych uzyskanych przez wprowadzenie proponowanych rozwiązań jest nierealne. Podobnie z resztą jak ma to miejsce w przypadku większości wprowadzanych w przemyśle systemów informatycznych. Równocześnie jednak, zgodnie z ogólnie przyjętą w takich przypadkach metodyką, dokonywanie oceny odnieść można do poszczególnych aspektów zastosowania konstruowanego rozwiązania. W danym przypadku będą to: − zdolność do zmniejszania ilości wad wytworzonych odlewów; − zapewnienie wygodnego dostępu do wiedzy technicznej, sprzyjającej działaniom nowatorskim i modernizacyjnym; − możliwość przewidywania sytuacji awaryjnych i kryzysowych uzyskana poprzez usprawnienia przepływu informacji (w tym produkcyjnych i rynkowych); − możliwość bardziej racjonalnej gospodarki zasobami materiałowymi i energetycznymi oraz utylizacja odpadów; − stworzenie warunków do podnoszenia kwalifikacji zawodowych kadry produkcyjnej oraz dostarczenie inspiracji do działań nowatorskich. W przekonaniu autora rozprawy, ocena proponowanych rozwiązań w kontekście powyższych aspektów, powinna dostarczyć przekonywujących argumentów potwierdzających zasadność przyjętej tezy.. 1.4. Plan prac badawczych i zamierzenia realizacyjne Przeprowadzenie postawionej jak powyżej tezy wymagać będzie podzielenia pracy na poszczególne zadania: Zadanie 1. Zgromadzenie i ocena wiedzy technologicznej. Na tym etapie prac najważniejsze jest rozpoznanie aktualnego stanu procesów oraz poziomu technologicznego zakładów, które mogłyby być potencjalnymi użytkownikami systemu. Zgromadzenie praktycznych procedur wytwarzania staliwa stanowi o funkcji celu, jaką jest użyteczność całego systemu.. - 12 -.

(13) Wiedzę zgromadzoną w tym etapie należy przygotować do implementacji w systemie na dalszych etapach prac, a co za tym idzie – wymagana jest jej formalizacja do poziomu przetwarzalnego komputerowo. Zadanie to składa się z etapów: − stworzenia kompendium wiedzy technologicznej (na potrzeby systemu) na temat wytwarzania odlewów staliwnych, − analizy parametrów decydujących o jakości wyrobów i przebiegu obróbki cieplnej w celu przystosowania do wymagań, − analizy różnorodnych rodzajów klasyfikacji i norm dotyczących gatunków staliwa oraz klasyfikacji wad odlewów staliwnych. Efekty realizacji zadania przedstawiono w rozdziale 2: Rozpoznanie i opis procesu produkcji odlewów staliwnych. Zadanie 2. Specyfikacja wymagań stawianych przed systemem informacyjnym przez przyszłych użytkowników i opracowanie metod pozyskiwania wiedzy. Zadanie to ma na celu opracowanie struktury systemu pod względem utylitarnych korzyści przyszłych użytkowników. W tym celu odbyło się szereg spotkań z ekspertami Instytutu Odlewnictwa i wybranych zakładów (Metalodlew SA w Krakowie, Zremb SA Krakowskie Zakłady Odlewnicze) w celu zebrania odpowiednich wytycznych co do możliwych potrzeb projektowych, a na tej podstawie modyfikację projektu architektury systemu. Dokonano analizy najczęściej wykorzystywanych źródeł wiedzy oraz zaproponowano metody jej pozyskiwania. − − − − −. Zadanie to w szczególności składa się z etapów: określenia schematu struktury danych opisujących przebieg procesu, opracowania procedur pozyskiwania danych bieżących oraz wiedzy, określenia podstawowych funkcjonalności systemu, analizy i projektowania architektury systemu, w tym określenia granic modułów, a także interfejsów funkcjonalnych poszczególnych modułów, analizy parametrów wejściowych i wyjściowych systemu oraz formy ich udostępniania. Efekty realizacji zadania 2 przedstawiono w rozdziałach 4, 10 oraz 11. Zadanie 3. Koncepcja systemu i implementacja modułu przepływu informacji. Ta cześć systemu ma stworzyć platformę komunikacyjną pomiędzy ekspertami, inżynierami wiedzy a użytkownikiem ostatecznym, a także pomiędzy uczestnikami procesu wytwarzania odlewów staliwnych, a projektantami i administratorami systemu. Ponadto głównym zadaniem stawianym przed tym modułem jest przepływ i udostępnianie informacji pomiędzy pozostałymi elementami sytemu. Moduł ten ma zapewniać akwizycję danych, możliwość ich przetwarzania i zapewniać diagnostykę i wspomaganie podejmowania decyzji technologicznych na podstawie wiedzy dostarczonej przez pozostałe moduły. − − − −. Zadanie to składa się z etapów: określenia parametrów wejściowych i wyjściowych modułu oraz formy ich udostępniania, modelowania diagramu encji dla wewnętrznej bazy danych, opracowania diagramów przepływu informacji i danych na podstawie schematu organizacyjnego odlewni, modelowania sieci i zasad komunikacji pomiędzy poszczególnymi uczestnikami.. - 13 -.

(14) Efekty realizacji zadania przedstawiono w rozdziale 3: Podstawowe zadania systemu informatycznego w procesie produkcyjnym. Zadania 4 i 5. Studium projektu i implementacja modułu udostępniania wiedzy i diagnostyki procesu. Moduł diagnostyki procesu stanowić będzie część systemu stanowiącą podstawę wspomagania decyzji. Dzięki zastosowaniu metod sztucznej inteligencji (tj. systemów ekspertowych, logiki rozmytej czy drzew decyzyjnych) moduł ma na celu określanie możliwych przyczyn wad, jeśli wystąpią, albo proponować przebieg procesu obróbki, aby uzyskać produkt o określonych parametrach jakościowych. Dla zrealizowania tych zadań potrzebne będzie zaimplementowanie wcześniej zgromadzonej wiedzy technologicznej o procesach produkcji staliwa w wybranych na etapie prac badawczych rodzajach formalizacji. Moduł udostępniania wiedzy ma spełniać rolę pośrednika pomiędzy użytkownikiem, a heterogenicznymi źródłami wiedzy. Z zastosowaniem odpowiednich formalizmów wiedzy, jakimi są ontologie oparte na logice deskrypcyjnej, ma on na celu integrację zasobów w taki sposób, aby korzystanie z różnorodnych źródeł odbywało się z istotną korzyścią dla użytkownika. Ten moduł ma na celu udostępnianie wiedzy w przypadku zadań nierutynowych, które trudno przewidzieć w normalnym toku produkcji. Jednym z zadań badawczych będzie wykonanie szerokiego przeglądu dostępnych formalizmów wiedzy z analizą charakterystyki poszczególnych obszarów zastosowania począwszy od logiki klasycznej na logice deskrypcyjnej kończąc. − − − − −. Zadania te w szczególności składają się z etapów: określenia parametrów wejściowych i wyjściowych modułów oraz formy ich udostępniania, zbudowania baz wiedzy technologicznej dla każdego z modułów, analizy dostępnych metod sztucznej inteligencji i formalizmów wiedzy oraz wybór odpowiednich narzędzi w zależności od dostępnych danych i rodzajów zasobów wiedzy w celu optymalizacji wspomagania decyzji, określenia schematu bazy parametrów opisujących dostępne zasoby, realizacji prototypowych wersji obu modułów. Efekty realizacji zadań przedstawiono w rozdziałach 6-9.. Zadanie 6. Opracowanie i implementacja modułu klasyfikującego. Moduł klasyfikujący ma pozwolić na integrację dostępnych i stosowanych klasyfikacji oraz dynamiczne mapowanie ich na jednolity, wykorzystywany przez zakłady system pojęć. Stosowane przez poszczególnych odbiorców, heterogeniczne klasyfikacje gatunków staliwa (normy, wytyczne, własne certyfikacje) oraz katalogi i atlasy wad odlewniczych (polskie, francuskie, czeskie czy niemieckie) uniemożliwiają w obecnej sytuacji płynną komunikację pomiędzy różnymi podmiotami. Stworzenie mechanizmu uzgadniającego wymagania w jednej, zintegrowanej klasyfikacji ma duże znaczenie dla diagnostyki, ale także realizacji projektów i łatwego uzgadniania zamówień. Zastosowano w tym celu metody związane z logiką rozmytą, logiką przybliżoną (system RoughCast) oraz ontologiami dającymi możliwość formalnego modelowania wiedzy. Zadanie to składa się z etapów: − określenia parametrów wejściowych i wyjściowych modułu oraz formy ich udostępniania, − określenia schematu bazy wiedzy opisującej dostępne heterogeniczne klasyfikacje,. - 14 -.

(15) − − −. stworzenia modułu modelowania klasyfikacji, projektu i implementacji silnika mapującego dostępne zasoby na wybraną, zintegrowaną klasyfikację, zaprojektowania modułu.. Efekty realizacji tego zadania przedstawiono w rozdziale 8: Reprezentacja wiedzy niepełnej i niepewnej. Zadanie 7. Strukturalizacja zrealizowanych modułów i analiza funkcjonalności systemu. Zadanie to obejmuje opracowanie struktury systemu oraz analizę jego funkcjonalności. Efekty realizacji zadania przedstawiono w rozdziałach 10 i 11. Zadanie 8. Dyskusja korzyści z wdrożenia systemu. Efekty realizacji zadania przedstawiono w Rozdziale 11: Wartość użytkowa systemu OntoCast.. - 15 -.

(16) II Rozdział. 2. Identyfikacja i opis procesu produkcji odlewów staliwnych. 2.1. Stan obecny odlewnictwa staliwa w Polsce 2.1.1. Wstęp: staliwo i jego zastosowanie Problem doskonalenia procesów produkcji odlewów ze staliwa nie jest zagadnieniem nowym. Prowadzone są prace badawcze w zakresie opracowywania nowych gatunków staliwa, znane są ulepszenia, mające na celu poprawę własności i poszerzenie zakresu zastosowań. Tendencja zastępowania elementów kutych i spawanych w konstrukcji maszyn i urządzeń jednoczęściowymi odlewami staliwnymi lub elementami złożonymi z kilku odlewów również prowadzi do zwiększenia produkcji odlewów staliwnych. Spektrum zastosowań staliwa jest obszerne; odlewy staliwne posiadają duże znaczenie dla przemysłu. Staliwo, znajduje zastosowanie w przemyśle: motoryzacyjnym i lotniczym, wydobywczym, przetwórczym, jako stale narzędziowe, w kolejnictwie ze względu na odporność na ścieranie, w urządzeniach medycznych, np. kriogenice poprzez wykorzystanie własności paramagnetycznych, oraz klasyczne zastosowanie w odlewaniu części turbin wodnych, walców hutniczych czy stożków do kruszarek. Jako staliwo konstrukcyjne nadaje się do urządzeń pracujących w temperaturach nawet do -30ºC ze względu na odpowiednią udarność osiąganą poprzez ulepszanie cieplne [30].. 2.1.2. Stosowane metody topienia Na proces wykonywania odlewów składają się następujące operacje: sporządzanie masy formierskiej i rdzeniowej, wykonywanie form i rdzeni, wytapianie ciekłego metalu, zalewanie form ciekłym metalem, chłodzenie i wybijanie odlewów z form oraz oczyszczanie i wykańczanie odlewów. Przeważnie proces wytapiania staliwa w jest realizowany w piecach elektrycznych łukowych o wyłożeniu zasadowym oraz piecach indukcyjnych wysokiej i średniej częstotliwości o wyłożeniu kwaśnym. Asortyment produkcji odlewni obejmuje praktycznie wszystkie rodzaje staliwa: węglowe, niskostopowe, wysokomanganowe odporne na ścieranie, narzędziowe, wysokostopowe chromowe i chromo-niklowe, żaroodporne, żarowytrzymałe i odporne na korozję. Wsad do wytapiania staliwa jest uzależniony od gatunku wytapianego stopu oraz rodzaju posiadanych jednostek piecowych. Piece łukowe stosuje się w dużych odlewniach staliwa, ogólnie jednak odlewnictwo staliwa korzysta w coraz większym stopniu z pieców indukcyjnych. Piece łukowe nadają się do stosowania we wsadzie taniego złomu, można w nich bowiem prowadzić procesy rafinacji. W przypadku wytapiania staliwa węglowego i. - 16 -.

(17) niskostopowego w piecach łukowych wytopy wykonuje się głównie ze złomu obcego w procesie ze świeżeniem. Z uwagi na możliwość nawęglania kąpieli węglem elektrod nie można w nich wytapiać stali niskowęglowej nierdzewnej (poniżej 0,03% C). Wytapianie gatunków staliwa średnio i wysokostopowego prowadzi się przeważnie metodą odzyskową przy użyciu własnego złomu obiegowego, lub w procesie ze świeżeniem kąpieli i uzupełnieniem składu chemicznego kąpieli w końcowej fazie wytopu poprzez dodatek żelazostopów. W piecach indukcyjnych, ze względu na brak warunków do prowadzenia zabiegów rafinacji stali, stosuje się wsad odpowiednio wyselekcjonowany o składzie chemicznym odpowiadającym wymaganemu składowi chemicznemu wytopu. W piecach indukcyjnych, przy produkcji odlewów małogabarytowych proces świeżenia nie występuje, nie można w nich bowiem prowadzić procesów rafinujących, w związku z czym należy poświęcić szczególną uwagę starannemu doborowi wsadu. Można w nich jednak wytapiać dowolny rodzaj staliwa. Do krótkotrwałego przetrzymywania, transportu i obróbki metalu w stanie ciekłym służą kadzie. Dodatkowo używa się również pieców tyglowych podobnie jak kadzi – do obróbki pozapiecowej. Oprócz selekcji pod względem składu chemicznego, złom stalowy stosowany w odlewniach podlega wstępnemu przygotowaniu polegającemu na jego rozdrabnianiu. Niekiedy stosowane jest także podgrzewanie żelazostopów oraz dodatków żużlotwórczych przed wprowadzeniem ich do kąpieli metalowej [127].. 2.1.3. Procesy metalurgiczne stosowane na świecie Tendencje światowe w zakresie metod stosowanych w odlewniach staliwa ukierunkowane są na poprawę jakości i efektywności poprzez optymalizację procesów wytapiania oraz obróbki pozapiecowej ciekłego staliwa przeznaczonego na odlewy. Rosnące wymagania w zakresie parametrów eksploatacyjnych odlewów staliwnych, szczególnie przeznaczonych do pracy w obniżonych temperaturach, spowodowały zastosowanie w szerszym zakresie rafinacji ciekłego staliwa w piecach łukowych i piecach indukcyjnych. W piecach łukowych niektóre procesy rafinacji staliwa odbywają się poprzez kształtki gazoprzepuszczalne zabudowane w trzonie pieca. Np. argonowanie metalu w piecach indukcyjnych tyglowych (nie tyle w piecu, co pieco-kadzi) odbywa się przy użyciu lanc wyposażonych w końcówki rozpraszające gaz oraz ewentualne pulsatory zmieniające prędkość przepływu argonu. Na świecie, w porównaniu do krajowych odlewni w szerszym zakresie stosuje się tlen zarówno do świeżenia stali w piecach łukowych, jak i do intensyfikacji procesu roztapiania złomu dzięki zastosowaniu stacjonarnych palników tlenowych (piece łukowe) oraz wysokowydajnych palników tlenowo-paliwowych do wspomagania topienia wsadu metalowego (piece indukcyjne). Metody obróbki ciekłego staliwa takie jak VOD (Vacuum Oxygen Decarbonisation), VODC (Vacuum Oxygen Decarbonisation Converter) czy VAD (Vacuum Argon Degaussing) dotychczas nie znalazły w Polsce zastosowania ze względu na koszt instalacji. Stosowane jest natomiast argonowanie oraz tzw. pieco-kadź. Wymienione przykładowo metody VOD i in. służą do uzyskiwania staliwa nierdzewnego (CuNi) szczególnie o małej zawartości węgla (setne, tysięczne %). Chcąc się zbliżyć do aktualnej sytuacji w kraju wystarczy wspomnieć o topieniu w piecach łukowych (przeważnie jednoelektrodowych) oraz piecach indukcyjnych tyglowych o średniej lub wysokiej (dawniej) częstotliwości.. - 17 -.

(18) W zakresie rozwoju nowoczesnych technologii obróbki pozapiecowej ciekłej stali na szczególną uwagę zasługują stosowane coraz częściej pieco-kadzie, umożliwiające rafinację ciekłej stali i ustalanie jej składu chemicznego metodą tzw. „wtórnej metalurgii”. Najczęściej stosowane konstrukcje pieco-kadzi wyposażone są w wyłożenia monolityczne z betonów ogniotrwałych oraz w system podgrzewania ciekłego metalu łukiem elektrycznym wytwarzanym przez elektrody grafitowe. W trakcie obróbki pozapiecowej ciekła stal jest rafinowana argonem podawanym przez gazoprzepuszczalną kształtkę umieszczoną w dnie pieco-kadzi. Zapewnia to równomierne nagrzanie oraz ujednorodnienie składu chemicznego metalu, poprzez dokładne wymieszanie wprowadzanych dodatków stopowych. Alternatywnym rozwiązaniem spotykanym w odlewniach europejskich jest zastosowanie w miejsce argonowania systemu mieszania ciekłej stali w pieco-kadzi polem indukcyjnych wytwarzanym przez cewki zasilane prądem średniej częstotliwości. Pieco-kadzie wyposażone są w instalację odciągową usuwającą gazy odlotowe powstające w trakcie podgrzewania metalu. W obszarze stosowanych w europejskich odlewniach technik kontrolno-pomiarowych w szerszym zakresie w stosunku do krajowych odlewni staliwa stosuje się elektroniczne systemy pomiarowe do szybkiej analizy aktywności tlenu oraz zawartości azotu w stali. Pomiary aktywności tlenu w kąpieli metalowej dają możliwość kontroli procesów utleniania i redukcji w trakcie wytapiania stali w piecu oraz w kadzi odlewniczej. Bezpośredni pomiar stężenia azotu w stali po spuście jest szczególnie istotne podczas wytapiania stali o bardzo niskiej zawartości węgla oraz stali o ograniczonej zawartości azotu. W gatunkach staliwa z dodatkiem tytanu, pomiar stężenia azotu umożliwia ponadto uzyskanie znacznych oszczędności Ti.. 2.1.4. Charakterystyka materiałochłonności i energochłonności stosowanych technologii wytapiania staliwa Wytapianie staliwa w piecach elektrycznych oraz związane z nim operacje technologiczne są procesami o dużej energochłonności i materiałochłonności. Dane literaturowe wskazują, że w procesie wytapiania staliwa zużywa się ponad 40% ogólnej energii pobieranej przez odlewnię staliwa. Przygotowanie staliwa w piecach indukcyjnych charakteryzuje się mniejszą materiałochłonnością w stosunku do pieców łukowych. Wynika to ze znacznie niższego zgaru pierwiastków stopowych w trakcie przetapiania wsadu wskutek ograniczonego zakresu zabiegów metalurgicznych prowadzonych w piecu indukcyjnym. Znaczny zgar pierwiastków stopowych w piecu łukowym ma miejsce głównie w czasie świeżenia stali oraz podczas oddziaływania na ciekły metal łuku elektrycznego o wysokiej temperaturze. Bardzo duży wpływ na efektywne topienie ma czystość i wielkość wsadu metalowego. Zastosowanie wsadu wielkogabarytowego zawierającego dużą ilość zanieczyszczeń wydłuża czas wytopu, a tym samym wpływa na wzrost wskaźnika zużycia energii. Przetapianie drobnego, nie zabrudzonego złomu o znanym składzie chemicznym eliminuje lub ogranicza do minimum zużycie dodatków żużlotwórczych oraz tlenu i rudy żelaza. Nie bez znaczenia jest też zużycie drogich elektrod grafitowych pieców łukowych na skutek ich utleniania, rozpuszczania oraz mechanicznego zużycia (pękania i łamania się elektrod). Stopień zużycia elektrod grafitowych uzależniony jest od wielu czynników, z. - 18 -.

(19) których najważniejsze to: parametry prądowe zasilania, rodzaj żużla metalurgicznego, atmosfera w piecu, średni czas trwania wytopu, właściwości elektrod, sprawność działania automatyki ruchu elektrod, czy rodzaj i ułożenie wsadu w piecu. W trakcie wytapiania staliwa oraz spustu i transportu wewnętrznego ciekłego metalu zużyciu ulega wyłożenie ogniotrwałe pieców i kadzi odlewniczych. Materiały ogniotrwałe stykając się z ciekłą stalą i żużlem narażone są na działanie korozyjne metalu i gazowych składników atmosfery pieca, erozję, uszkodzenia mechaniczne oraz szoki cieplne. W celu ograniczenia zużycia materiałów ogniotrwałych istotny jest zatem właściwy dobór rodzaju wyłożenia zapewniającego maksymalną trwałość wymurówki w określonych warunkach eksploatacji pieców i kadzi odlewniczych. Istotny wpływ na zużycie energii podczas przygotowania ciekłego metalu ma proces wygrzewania kadzi odlewniczych przed spustem stali. Energochłonność tej operacji jest uzależniona głównie od rodzaju zastosowanego paliwa (gaz ziemny, gaz koksowy) oraz od sposobu wygrzewania kadzi mającego znaczny wpływ na sprawność cieplną procesu [129]. Tabela 3.. Wskaźniki dotyczące produkcji staliwa. Średni wskaźnik uzysku (dobre odlewy/wsad metalowy x 100) (naddatki na nadlewy, obróbkę). 47,6 %. Wskaźnik braków w produkcji odlewów ze staliwa. 3,7 %. Średni wskaźnik braków w produkcji odlewów ze stopów żelaza. 4,3 %. Średni koszt własny w zł/kg odlewów staliwnych. 10,23. Średni koszt własny w zł/kg odlewów ze stopów żelaza. 4,46. źródło: [28]. 2.1.5. Elektryczny piec łukowy Elektryczny piec łukowy jest piecem typu naczyniowego. Duża przestrzeń piecowa pozwala na stosowanie we wsadzie kawałków metalu o dużych wymiarach i na prowadzenie intensywnych reakcji między metalem i żużlem. Elektryczne piece łukowe są stosowane głównie w odlewniach wytwarzających ciężkie jednostkowe odlewy staliwne. Średnica płaszcz wynosi zwykle 2 do 4 m. Piec jest zamknięty od góry sklepieniem, wyłożonym materiałem ogniotrwałym, w którym przewidziano otwory na trzy elektrody. Elektrody są mocowane w uchwytach wysięgników, pozwalających na przemieszczanie ich w kierunku pionowym. W większości pieców łukowych załadunek wsadu odbywa się od góry, za pomocą kubłów załadowczych z odchylanym dnem lub chwytaków elektromagnetycznych, po odsunięciu na bok sklepienia z elektrodami. Wsad metalowy jest nagrzewany łukami elektrycznymi, tworzonymi przez trójfazowy prąd zmienny między trzema elektrodami rozmieszczonymi nad metalem, a tym metalem.. - 19 -.

(20) źródło: [29] Rysunek 3.. Elektryczny piec łukowy. Piec jest opróżniany przez jego przechylanie w kierunku rynny spustowej. Po przeciwnej stronie w stosunku do rynny spustowej znajduje się otwór, poprzez który następuje ściąganie żużla z powierzchni kąpieli metalowej i pobieranie próbek metalu przed jego spustem. Wykładzina pieca może być kwaśna (jej głównym składnikiem jest wtedy SiO2) lub zasadowa (jej głównym składnikiem jest wówczas MgO). Wykładzina zasadowa pozwala na stosowanie we wsadzie praktycznie dowolnego rodzaju złomu stalowego. Taki piec znajduje również zastosowanie do wytapiania stali wysokostopowych i stali manganowej. W przypadku stosowania złomu o znacznej zawartości fosforu i siarki wprowadza się do pieca wapno palone lub kamień wapienny w celu odfosforowania i odsiarczenia kąpieli. Wykładzinie kwaśnej brak jest odporności na te pierwiastki. Dlatego w piecach z wykładziną kwaśną można stosować jedynie złom o małej zawartości fosforu i siarki. Z uwagi na chemiczny charakter kwaśnej wykładziny (SiO2) możliwości rafinowania pieców tego rodzaju ograniczają się do odwęglania kąpieli. Konsekwencją tego jest konieczność starannego doboru wsadu metalowego pod względem zawartości fosforu i siarki, pierwiastki te bowiem nie mogą zostać usunięte z kąpieli w takim piecu. Wsad składa się z surówki, złomu obiegowego i kupnego złomu stalowego. Zawartość węgla we wsadzie jest. - 20 -.

(21) utrzymywana na dość wysokim poziomie, tak że po stopieniu zawartość ta przekracza o 0,2 – 0,4 % końcową zawartość węgla w staliwie. Odwęglanie zaczyna się od wdmuchiwania tlenu do kąpieli metalowej. Wywołuje to silne mieszanie się kąpieli metalowej („gotowanie się”), podczas którego utlenia się węgiel zawarty w kąpieli. Równocześnie utlenia się Si i usuwane są z kąpieli gazy H2 i N2. Wszystkie zanieczyszczenia (tlenki) są wchłaniane przez żużel. W czasie topienia wsadu można do pieca wprowadzać piasek (SiO2) w celu doprowadzenia składu chemicznego żużla do wymaganej płynności. Po osiągnięciu odpowiedniej zawartości węgla w kąpieli przerywa się dopływ tlenu i wprowadza krzem oraz mangan w celu wstrzymania reakcji „gotowania”. Po usunięciu żużla kontroluje się skład chemiczny kąpieli i koryguje go w razie potrzeby. W końcu przeprowadza się odtlenianie kąpieli dodatkiem aluminium lub innego odtleniacza, wprowadzanego na strugę metalu w czasie spustu; unika się w ten sposób tworzenia się pęcherzy CO w czasie krzepnięcia odlewów. Dodatkowe odfosforowanie i odsiarczanie metalu można przeprowadzać w konwertorach AOD lub VODC [7, 53]. Zasadowy charakter wyłożenia pieców łukowych oraz duża powierzchnia kontaktu ciekłego metalu z żużlem pozwala na przeprowadzanie zabiegów metalurgicznych istotnych z punktu widzenia jakości wytapianej stali takich, jak: usuwanie fosforu i siarki, odtlenienie metalu oraz redukcja powstających tlenków metali (głównie tlenków manganu i tlenków chromu). Świeżenie kąpieli metalowej w obecności żużla o odczynie zasadowym powoduje tworzenie się tlenków fosforu, które przechodzą następnie do żużla wraz z innymi tlenkami metali i zanieczyszczeniami. W tym samym okresie wytapiania zachodzi utlenianie węgla. Po zakończeniu procesu świeżenia powstały żużel jest w całości usuwany z pieca. W drugiej fazie wytopu w wyższej temperaturze ciekłej stali przeprowadza się utlenianie siarki. Ponowny dodatek wapna (kamienia wapiennego) sprzyja powstawaniu CaS, który przechodzi do żużla. Następnie, w celu zmniejszenia strat manganu i chromu, przeprowadza się redukcję tlenków chromu i manganu z żużla poprzez dodatek FeSi lub czystego aluminium. Pozostałe tlenki i zanieczyszczenia niemetaliczne są usuwane w trakcie końcowego ściągania żużla. Po zakończeniu procesu rafinacji dokonuje się kontroli i ewentualnej korekty składu chemicznego staliwa, często potrzebny jest proces odtleniania, następnie wykonuje się pomiar temperatury ciekłej stali, a potem przeprowadza się spust stali do kadzi odlewniczej. Piece łukowe stosuje się niemal wyłącznie do wytapiania staliwa. Tylko w nielicznych przypadkach wytapia się w nich żeliwo i wówczas wprowadza się do pieca pył węglowy. Piece łukowe, przeznaczone dla odlewni staliwa, mają zwykle pojemność od 2 do 50 t. Pracują okresowo i nadają się do wytapiania wielu gatunków stali. Dostarczają ciekłą stal o wysokiej temperaturze. Czas topienia wynosi od 1 do 2 h, przy sprawności energetycznej sięgającej 80% (bez uwzględniania sprawności energetycznej procesów wytwarzania energii elektrycznej). Zużycie jednostkowe energii wynosi 500 do 800 kWh/t ciekłej stali, zależnie od pojemności pieca, stosowanej technologii rafinowania, temperatury stali na rynnie spustowej i stosowanych metod ochrony środowiska. Całkowity czas wytopu zawiera się w przedziale od 1 do 4 h. Podstawowym wsadem do wytapiania stali w piecu łukowym jest złom dostarczany z zewnątrz. Ze względu na fakt, że złom ten charakteryzuje się dużą ilością zanieczyszczeń oraz jest zróżnicowany pod względem składu chemicznego, około 70-80% wszystkich wytopów w piecach łukowych jest prowadzonych z pełnym świeżeniem kąpieli metalowej. W większości. - 21 -.

(22) odlewni stal świeży się lancą zasilaną tlenem pobieranym z instalacji doprowadzającej gaz ze zbiornika zlokalizowanego na zewnątrz hali produkcyjnej. Zużycie tlenu w procesie świeżenia wynosi od 6-20 m3/Mg ciekłej stali. Alternatywnie proces świeżenia stali przeprowadza się rudą żelaza, wprowadzaną w ilości 25-40 kg/Mg ciekłej stali.. 2.1.6. Piec indukcyjny tyglowy Piece indukcyjne tyglowe są stosowane zarówno w odlewniach stopów żelaza, jak i metali nieżelaznych. Istnieje kilka rodzajów pieców indukcyjnych, funkcjonowanie wszystkich jest jednak oparte na wykorzystywaniu silnego pola magnetycznego, generowanego podczas przepływu przemiennego prądu elektrycznego przez cewkę opasującą piec. Pole magnetyczne wywołuje powstanie prądu elektrycznego w metalu, znajdującym się w obszarze jego działania, a opór elektryczny tego metalu przekształca energię elektryczną w cieplną, powodującą nagrzewanie, topienie i przegrzewanie metalu. Piece indukcyjne są budowane w dużym zakresie pojemności. Ponieważ nie ma w nich bezpośredniego kontaktu między metalem i źródłem ciepła, można w nich przetapiać stal, żeliwo i metale nieżelazne, dobierając odpowiednio rodzaj wykładziny [49]. Piece elektryczne indukcyjne sieciowej i średniej częstotliwości wykorzystuje się przede wszystkim do wytwarzania gatunków staliwa stopowego metodą przetapiania wsadu metalowego. Ograniczeniem w stosowaniu ubijanych tygli kwaśnych z mas kwarcytowych jest brak możliwości wytapiania gatunków staliwa manganowego oraz stopów zawierających większe dodatki Ti i Al. Załadunek wsadu do pieców indukcyjnych odbywa się głównie ręcznie oraz przy wykorzystaniu suwnic z elektromagnesem. Ograniczone warunki do przeprowadzania zabiegów metalurgicznych w piecu indukcyjnym wymagają wykorzystania w procesie wytapiania stali odpowiednio wyselekcjonowanych materiałów wsadowych. Selekcja materiałów powinna uwzględniać: − eliminowanie ze wsadu zardzewiałego i zanieczyszczonego złomu, − wykorzystanie zwartego złomu o małych rozmiarach, − użycie czystych, nie zawilgoconych i nie zawierających nadmiernej ilości szkodliwych domieszek dodatków stopowych i nawęglających. Przestrzeganie wymienionych zasad pozwala skrócić do minimum czas topienia, ograniczyć zużycie energii elektrycznej oraz zminimalizować ilość powstającego żużla. Wyłożenia ogniotrwałe kadzi do odlewania staliwa wykonuje się zazwyczaj z kształtek magnezytowo-chromitowych lub andaluzytowych. Wymurówki małych kadzi (do 3 Mg), kadzi przeznaczonych do odlewania staliwa wysokomanganowego oraz do argonowania ciekłej stali wykonuje się przeważnie z betonów ogniotrwałych niskocementowych. Wygrzewanie kadzi przed spustem jest prowadzone przy zastosowaniu palników gazowych (gaz ziemny lub koksowy) lub palników tlenowych. Niektóre odlewnie stosują systemy chłodzenia pieców łukowych i pieców indukcyjnych wykorzystujące własne wymienniki ciepła pracujące w obiegu zamkniętym, z okresowym uzupełnianiem niedoboru wody chłodzącej. Z reguły jednak obieg zamknięty wody ograniczony jest do chłodzenia wzbudników pieców indukcyjnych. Także systemy chłodzenia złącz elektrod grafitowych, środkowej części sklepienia oraz okolic okna wsadowego pieców łukowych generalnie są układami otwartymi z odprowadzeniem wody do przemysłowych oczyszczalni ścieków.. - 22 -.