АВТОМАТИЗАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИНДУКЦИОННОЙ ПАЙКИ

  • В.С. Мараев Сибирский федеральный университет
Ключевые слова: Волноводный тракт, индукционная пайка, моделирование процесса, разработка приложения, математическая модель, автоматизация процесса, верификация модели, автоматизированное управление

Аннотация

Работа посвящена исследованию и автоматизации математического моделирования
процесса нагрева элементов тонкостенного алюминиевого волноводного тракта при от-
работке технологической процедуры индукционной пайки. В статье проводится обзор ме-
тода математического моделирования технологического процесса индукционной пайки.
В качестве математической модели нагрева волноводного тракта с целью отработки
технологического процесса индукционной пайки используется мгновенный источник на-
грева в плоском стержне. В рамках данной работы была спроектирована и реализована
функциональная автоматизированная подсистема математического моделирования
технологического процесса индукционной пайки тонкостенных металлических волново-
дов космических летательных аппаратов. Функционал приложения позволяет произв о-
дить автоматизированное построение математической модели технологического пр о-
цесса индукционной пайки с заданными параметрами, выполняя расчёты температур-
ных значений деталей-компонентов участвующих в процессе индукционной пайки в зави-
симости от заданных типоразмеров, структурных-физических и термодинамических
характеристик, мощности индуктора и положения фланца/муфты относительно и н-
дуктора. Полученный программный продукт является оптимальным решением для инте-
грации с системой, производящей управление технологическим процессом индукционной
пайки волноводных трактов космических аппаратов в качестве генератора математи-
ческих моделей процесса индукционной пайки для обучения алгоритма. Проведены срав-
нительные исследования моделей индукционной пайки волноводных трактов, которые
строит математический модуль программы на предмет их соответствия реальному
процессу в допустимых пределах. Эксперименты проводились на программно-
аппаратном комплексе по управлению процессом индукционной пайки волноводных
трактов, включающего генератор индукционного нагрева, индуктор, манипулятор -
позиционер, промышленный компьютер IPPC-9171G-07BTO с консолью управления. Вы-
полнена экспериментальная проверка корректности выбранной математической модели
технологического процесса индукционной пайки и правильности её реализации в разрабо-
танном программном приложении. Рассчитаны значения среднеквадратичных отклонений
результатов моделирования и реальных технологических процессов индукционной пайки
волноводных трактов. В результате натурных и модельных экспериментов установлено,
что реализованные приложением модели индукционного нагрева элементов сборки тонко-
стенных алюминиевых волноводных трактов космических летательных аппаратов с дос-
таточно высокой степенью точности моделируют данный технологический процесс.

Литература

1. Tynchenko V.S., Murygin A.V., Emilova O.A., Bocharov A.N., Laptenok V.D. The automated
system for technological process of spacecraft's waveguide paths soldering, IOP Conference
Series: Materials Science and Engineering, 2016, Vol. 155, No. 1, pp. 012007.
2. Tynchenko V.S., Murygin A V., Petrenko V.E., Seregin Y.N., Emilova O.A. A control algorithm
for waveguide path induction soldering with product positioning, IOP Conference Series: Materials
Science and Engineering, 2017, Vol. 255, No. 1, pp. 012018.
3. Murygin A.V., Tynchenko V.S., Laptenok V.D., Emilova O.A., Bocharov A.N. Complex of automated
equipment and technologies for waveguides soldering using induction heating, IOP
Conference Series: Materials Science and Engineering, 2017, Vol. 173, No. 1, pp. 012023.
4. Milov A.V., Tynchenko V.S., Murygin A.V. Neural Network Modeling to Control Process of
Induction Soldering, 2019 International Conference on Industrial Engineering, Applications
and Manufacturing (ICIEAM), 2019, pp. 1-5.
5. Milov A.V., Tynchenko V.S., Petrenko V.E. Algorithmic and software to identify errors in
measuring equipment during the formation of permanent joints, 2018 International Multi-
Conference on Industrial Engineering and Modern Technologies (FarEastCon), 2018, pp. 1-5.
6. Milov A.V. et al. Use of artificial neural networks to correct non-standard errors of measuring
instruments when creating integral joints, Journal of Physics: Conference Series, 2018,
Vol. 1118, No. 1, pp. 012037.
7. Bukhtoyarov V.V. et al. Intelligently informed control over the process variables of oil and
gas equipment maintenance, International Review of Automatic Control, 2019, Vol. 12,
No. 2, pp. 59-66.
8. Bocharova O.A. et al. Induction heating simulation of the waveguide assembly elements,
Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing, 2019, Vol. 1353, No. 1, pp. 012040.
9. Murygin A.V. et al. Modeling of thermal processes in waveguide tracts induction soldering,
IOP Conference Series: Materials science and engineering. IOP Publishing, 2017, Vol. 173,
No. 1, pp. 012026.
10. Milov A., Tynchenko V., Petrenko V. Intellectual Control of Induction Soldering Process using
Neuro-fuzzy Controller, 2019 International Russian Automation Conference (RusAutoCon),
2019, pp. 1-6.
11. Zhu T. et al. The study of the effect of magnetic flux concentrator to the induction heating
system using coupled electromagnetic-thermal simulation model, 2013 International Conference
on Mechanical and Automation Engineering, 2013, pp. 123-127.
12. Pánek D. et al. Reduced-order model based temperature control of induction brazing process,
2019 Electric Power Quality and Supply Reliability Conference (PQ) & 2019 Symposium on
Electrical Engineering and Mechatronics (SEEM), 2019, pp. 1-4.
13. Eftychiou M.A., Bergman T.L., Masada G.Y. A detailed thermal model of the infrared reflow
soldering process, 1993.
14. Shcherba A.A. i dr. Komp'yuternoe modelirovanie elektroteplovykh protsessov i
termomekhanicheskikh napryazheniy pri induktsionnom nagreve dvizhushchikhsya
mednykh slitkov [Computer modeling of electro-heat processes and thermomechanical
stresses during induction heating of moving copper ingots], Tekhnіchna elektrodinamіka
[Technical Electrodynamics], 2013.
15. Klochkova N.N. i dr. Modelirovanie induktsionnoy ustanovki spetsial'nogo naznacheniya sredstvami
programmnogo paketa Flux [Modeling of the induction installation of special purpose by means of
the FLUX software package], Vestnik Saratovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta
[Bulletin of the Saratov State Technical University], 2015, Vol. 2, No. 1 (79).
16. Vdovin K.N., Egorova L.G., Gukov M.V. Programmnoe obespechenie dlya matematicheskogo
modelirovaniya induktsionnogo nagreva i zakalki tsilindricheskikh detaley [Software for
mathematical modeling of induction heating and hardening cylindrical parts], Informatsionnye
tekhnologii v proektirovanii i proizvodstve [Information technologies in design and production],
2012, No. 2, pp. 40-45.
17. Dolgikh I.Yu., Korolev A.N., Zakharov V.M. Matematicheskoe modelirovanie
elektromagnitnykh i teplovykh protsessov pri induktsionnom nagreve [Mathematical modeling
of electromagnetic and thermal processes in induction heating], Elektrotekhnika. Energetika.
Mashinostroenie [Electrical engineering. Energy. Mechanical engineering], 2014, pp. 85-88.
18. Sharapova O.Yu. CHislennoe modelirovanie protsessa periodicheskogo induktsionnogo nagreva na
baze konechno-elementnogo programmnogo paketa FLUX [Numerical modeling of a periodic induction
heating process based on the finite elemental software package FlUX], Vestnik Samarskogo
gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriya: Tekhnicheskie nauki [Bulletin of the Samara
State Technical University. Series: Technical Sciences], 2010, No. 7.
19. Chernykh I.V. Paket ELCUT: modelirovanie ustroystv induktsionnogo nagreva [ELCUT package:
modeling of induction heating devices], Nauchno-prakticheskiy zhurnal Exponenta Pro.
Matematika v prilozheniyakh [Scientific and practical magazine Exponenta Pro. Mathematics
in applications], 2003, No. 2.
20. Zeller U. et al. Multiphysics simulation of induction soldering process, 2018 IEEE 7th World
Conference on Photovoltaic Energy Conversion (WCPEC)(A Joint Conference of 45th IEEE
PVSC, 28th PVSEC & 34th EU PVSEC), 2018, pp. 654-659.
21. Papargyri L. et al. Modelling and experimental investigations of microcracks in crystalline
silicon photovoltaics: A review, Renewable Energy, 2020, Vol. 145, pp. 2387-2408.
Опубликован
2022-05-26
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ I. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЯ