CC BY
44
относящихся к текущей области, цвет точек выделенной области инвертируется (изображение очищается от черных точек);
3) повторяются пункты 1 и 2 до последней точки последней строки изображения.
Схема рекурсивного поиска дефектов представлена на рисунке.
В программной процедуре для реализации рекурсивного алгоритма, помимо включения точки в область и исключения ее из дальнейшего рассмотрения, проверяется местоположение ее в области всего изображения. Чтобы в ходе выполнения алгоритма не выйти за пределы области электронного изображения, возникла необходимость проверки пересечения границы, то есть рассматривается один из девяти случаев расположения точки в области изображения. Это усложняет алгоритм, но обеспечивает корректную обработку данных и правильную адресацию в пределах области.
При своей несложной реализации процедура не является оптимальной с точки зрении количества возможных вызовов. В процессе запоминания точки процедура выполняет максимум четыре рекурсивных вызова функции. В среднем только один из всех вызовов подпрограммы выполняет результативные действия. Таким образом, процедура не производит никаких действий приблизительно 30 % своего рабочего времени. К преимуществам данного алгоритма можно отнести только его простоту в программной реализации.
Программное обеспечение распознавания областей нерегулярной формы
Для реализации алгоритмов распознавания областей с пониженной яркостью на изображении серных отпечатков был разработан программный продукт «Quality & Steel», который позволяет:
1) открывать электронное изображение серного отпечатка;
2) выполнять фильтрацию изображения, оставляя и выделяя точки с пониженной яркостью;
3) выделять связные области с пониженной яркостью;
4) формировать массив объектов для каждой выделенной области с характеристиками: площадь области (в пикселях и мм2), место расположения на изображении, отношение площади одной области к площади всего изображения, %; отношение суммы площадей всех областей к площади всего изображения, %;
5) выполнять оценку выделенных областей в баллах ОСТ 14-4-73 «Сталь. Метод контроля макроструктуры литой заготовки (слитка), полученной методом непрерывной разливки»;
6) накапливать информацию для оценки серии изображений с целью анализа контрольных карт проявления дефектов.
Таким образом, в работе исследована структура изображений, используемых в металлургической промышленности при оценке качества продукции; определены особенности изображений серных отпечатков, позволяющих выявить возможные методы анализа изображения и разработать методику оценки автоматизированными средствами, повышающими достоверность информационной базы промышленного предприятия; разработана система автоматизированной оценки внутренних дефектов непрерывно-литой заготовки, которая может быть использована в системе управления качеством продукции любого предприятия металлургической промышленности.
Список литературы
1. Логунова О.С., Девятов Д.Х., Нуров Х.Х. Оценка качества непрерывно-литой заготовки статистическими методами с использованием программных средств. // Изв. вузов. Черная металлургия. - 2005. - № 9. - С. 54-58.
2. Прэтт У. Цифровая обработка изображений. / Пер. с англ. - М.: Мир, 1982. - Кн. 1. - 312 с.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ В ВАННЕ РАСПЛАВА ДУГОВОЙ ПЕЧИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
И.М. Ячиков, к.т.н.; В.Н. Манагаров
(Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова)
В настоящее время на дуговых печах постоянного тока (ДППТ) находит применение технология перемешивания расплава, основанная на установке двух асимметрично расположенных подовых электродов и управлении токами, протекающими через них [1]. Взаимодействие протекающего тока с собственным магнитным полем приводит к возникновению объемных электромагнитных сил (ОЭМС), которые ведут к возникновению электровихревых течений. Изменяя кон-
фигурацию анодов и протекающих через них токов, можно воздействовать на распределение ОЭМС, стремясь к созданию оптимальных с технологической точки зрения гидродинамических режимов. Отсюда возникает необходимость исследования электромагнитных процессов, протекающих в ванне ДППТ.
Экспериментальное определение электромагнитных параметров и ОЭМС в жидкой ванне ДППТ - задача весьма сложная, и ее решение
(в самом общем виде) не представляется возможным. Однако посредством математического и компьютерного моделирования можно рассмотреть влияние основных факторов на электромагнитные процессы и указать направление поиска оптимальных технологических режимов и конструкций.
Электромагнитные параметры в ванне ДППТ не являются осесимметричными из-за наличия асимметрично расположенных подовых электродов и различия проходящих через них токов. Для нахождения электромагнитных параметров использовались упрощения и преобразования уравнений Максвелла, которые для расчета электрического поля приводили к уравнению Лапласа в цилиндрической системе координат. За начало отсчета принята поверхность ванны, причем ось Z совпадает с ее осью. Напряженность магнитного поля в произвольной точке определялась по принципу суперпозиции как векторная сумма элементарных полей (определяемых уравнением Био-Савара-Лапласа), создаваемых протекающими токами по элементам объема. По известным значениям напряженности электрического Ё и магнитного Й полей рассчитывалась ОЭМС {е =ц0а[Ё XII ].
Для решения краевой задачи задавались граничные условия:
- в области пятна дуги - нулевой потенциал (условие Дирихле);
- на поверхности подовых электродов - нормальная составляющая плотности тока (условие Неймана);
- на свободной поверхности ванны и на керамических границах ее стенок - условие равенства нулю градиента потенциала.
Данная математическая модель легла в основу программного продукта «Электромагнитные процессы в ванне ДППТ» [2].
При разработке программы ставились следующие задачи:
- определение электромагнитных параметров как для стандартных вариантов конфигурации ванн, подовых электродов и технологических параметров, так и для любых других, задаваемых пользователем;
- разработка модулей для проведения обработки результатов расчета(-ов);
- сохранение результатов моделирования как по окончании полного цикла расчетов, так и на промежуточном этапе с возможностью последующей загрузки данных и возобновления расчетов (или проведения анализа);
- проведение автоматизированной серии расчетов при изменении какого-либо из параметров (геометрических или технологических) с фиксированным шагом на заданном диапазоне с сохранением результатов расчета каждого этапа;
- создание удобного информативного, интуитивно понятного интерфейса.
Разработка программы велась в интегрированной среде Borland Delphi 7. Созданная программа состоит из пяти основных модулей:
1) задания геометрических характеристик ванны, подовых электродов и технологических параметров, а также определения параметров сетки, накладываемой на расчетную область;
2) расчета распределения поля потенциалов;
3) расчета напряженности электрического поля;
4) расчета напряженности магнитного поля;
5) расчета распределения ОЭМС.
Работа с первым модулем - это начальный этап работы с программой. При задании геометрии ванны и подовых электродов для большей наглядности и избежания случайных ошибок при вводе происходит автоматическая прорисовка схемы ванны (вид сбоку и сверху) с указанием размеров и соблюдением пропорций. Пользователь определяет количество подовых электродов и задает величину токов, протекающих через них. Для пятна дуги предусмотрена возможность задать ее местоположение на поверхности ванны и размеры. Вся вводимая информация проверяется на корректность и допустимость задаваемой конфигурации. При обнаружении ошибки выдается предупреждающее сообщение, и дальнейшая работа программы приостанавливается до ее исправления.
Работа каждого из представленных модулей базируется на основе результатов предыдущего модуля(-ей), поэтому после указания всех необходимых параметров для работы текущего модуля предыдущие модули блокируются от изменений данных, вводимых пользователем. При принудительной разблокировке и изменении предыдущих исходных данных требуется перерасчет зависимых модулей.
Во время расчета распределения всех электромагнитных параметров происходит информирование пользователя о проценте проведения текущего этапа и об оценочном времени, оставшемся до конца расчета.
Для обработки результатов расчетов созданы библиотеки:
- табличного вывода с возможностью окрашивания диапазонов данных в различные цвета;
- построения изолиний расчетных функций по области ванны;
- векторного представления характера распределения для различных электромагнитных параметров;
- построения графика заданной зависимости.
Векторные представления и изолинии полей
можно строить для любой вертикальной плоскости, проходящей через ось ванны, а также для любой горизонтальной плоскости.
0.55..0.6 0.45..0.5 0..0.5
г, мм -1 ..-0.9 -0,8..-0.7 -0.6..-0.5 -0.4..-0.3 -0.2..-0.1 0..0.1
в)
Распределение поля потенциалов (а), осевой (б) и радиальной (в) составляющих магнитного поля в безразмерном виде в плоскости, проходящей через оси анода и ванны; расстояние между осями ванны и анодов 80 мм
Библиотека построения графика заданной зависимости обладает широкими возможностями.
Она позволяет строить графики электромагнитных параметров для проведенной серии расчетов при изменении какой-либо из геометрических (например диаметра анода) или технологических (например тока через анод) величин.
На рисунке представлены результаты расчетов распределения электромагнитных параметров по области ванны для экспериментальной ДППТ. В качестве расплава использовалось олово (удельная проводимость а=2106(Омм)-1).
Геометрические характеристики установки: диаметр по свободной поверхности жидкого металла совпадает с диаметром подины и равен 250 мм; высота ванны - 40 мм; диаметр анодов -15 мм; диаметр пятна дуги - 8 мм. Общий ток через ванну составлял около 1 кА.
Было проведено сопоставление результатов, полученных посредством компьютерного и физического моделирования. Установлено, что расчетные данные адекватны экспериментальным.
Разработанная программа решает поставленные задачи, ее можно применять для расчета электромагнитных параметров с целью выявления схем движения расплава и поиска наиболее оптимальной конфигурации ванны и анодов с точки зрения эффективного перемешивания расплава и минимального размытия керамической футеровки.
Список литературы
1. Моделирование электровихревых течений в ванне электродуговой печи постоянного тока. / И.М. Ячиков, О.И. Каран-даева, Т.П. Ларина. - Магнитогорск: МГТУ, 2008. - 231 с.
2. Ячиков И.М., Портнова И.В., Манагаров В.Н. Электромагнитные процессы в ванне дуговой печи: Пакет программ. № ГР 50200501270, зарег. 31.08.2005.
ПРИМЕНЕНИЕ ПРОЕКТНЫХ ОБРАЗЦОВ ДЛЯ ИДЕНТИФИКАЦИИ АЛГОРИТМОВ В МОДУЛЯХ КОМПЬЮТЕРНЫХ ОБУЧАЮЩИХ СИСТЕМ
Е.А. Черткова, к.т.н. (Московский государственный университет инженерной экологии); В. С. Карпов (Российский государственный университет туризма и сервиса, г. Москва)
В мировой программной индустрии создание компьютерных систем по мере возрастания их сложности сопровождается ростом трудоемкости конструирования. Программные приложения имеют чрезвычайно много разновидностей, и каждая предметная область предопределяет особые проблемы, отличающиеся собственным уровнем сложности.
Электронные средства обучения, представленные разнообразными типами компьютерных обучающих систем (КОС), являются важнейшими составляющими компьютерных технологий в сфере образования. Тенденцией настоящего времени является повышение требований к качеству и эф-
фективности КОС, сокращению сроков разработки и трудозатрат. Программные средства для учебного процесса обладают уникальными свойствами, отличающими их от любых других продуктов. В то же время их возрастающая функциональность требует развития специальных методов проектирования, которые позволят снизить стоимость проектов и повысить их эффективность.
Проблема снижения общей стоимости проектов КОС и сокращение времени на их разработку и тестирование отражает тенденцию в программной индустрии: снижение зависимости разрабатываемой системы от изменяющихся требований и обеспечение ее гибкости для внесения измене-
