Литье металлов. Вопросы которые мы задаем.

[Инженер-металлург 0]

Данная тема открыта как некоторая попытка ответить на часто задаваемые вопросы, которые мы, желающие что-то обсудить по поводу моделирования литейных процессов, задаем друг-другу. Когда начинаешь в пятый раз отвечать на один и тот же вопрос, то возникает желание по этому поводу поделиться соображениями не только с тем, кому непосредственно отвечаешь, но и с другими, которые хотят или могут задать этот вопрос в будущем.:о) И конечно услышать отклик не только от того, кому пишешь, но и от всех, кого это интересует.

В письме разработчикам пакета Полигон был задан вопрос - "Меня интересует ваша база данных по отечественным материалам. Удастся

ли нам пообщаться на эту тему? У MAGMASOFT есть своя база и эти материалы

большей частью совпадают с российскими гостами."

Ответ:

По поводу "базы данных по отечественным материалам". Если подходить

формально, то база данных безусловно есть. Кроме того, есть генератор

теплофизических свойств сплавов по вводимому хим.составу для серых

чугунов, сталей и алюминиевых сплавов. Ну и разумеется подключенный

к программе обширный электронный справочник по свойствам

отечественных сплавов и материалов. Казалось бы, вопрос со

свойствами можно считать снятым. Однако...

Однако на самом деле вопрос свойств более сложный и далеко не

формальный.

Во всяком случае при нормальном (не демонстрационном) моделировании

никакие базы данных не снимают вопрос о задаваемых свойствах и других

параметрах типа условий теплопередачи между отливкой и формой (плотности

прилегания, наличие-отсутствие на сопрягаемых поверхностях литейных

красок, окислов, толщина этих прослоек, их свойства) и т.п. Дело в том, что

для моделирования нужны не технологические параметры материалов

(типа хим.состава и способа изготовления), а физические

параметры - теплоемкость, теплопроводность, скрытая теплота

затвердевания, спектр выделения скрытой теплоты в интервале затвердевания,

коэффициент объемной усадки при затвердевании, критические точки

перехода двухфазной зоны из одного структурированного состояние в

другое и т.п. и т.д. Эти свойства универсальны для всех и не могут быть

"отечественными" или "импортными" - они зависят от состава сплава и

способа его приготовления и неважно в какой стране данный состав

стандартизирован. Часть из них достаточно консервативны

и действительно могут быть поставлены в соответствие с марками сплавов

(хим.составом и способом приготовления) - тогда их можно брать в готовом

виде из некоторых "баз". Однако, по иронии судьбы, именно эти параметры

достаточно некритично влияют на адекватность моделирования (это

параметры типа теплоемкости или теплопроводности). Грубо говоря, влияние

на конечный результат их вариаций в сплавах на одной основе гораздо меньше,

чем влияние естественных колебаний различных технологических параметров,

которые всегда присутствуют в реальном производстве. Т.е., например для всех

доэвтектических алюминиево-кремниевых можно использовать одну и ту же

теплоемкость и получать качественные результаты, хотя в действительности

она конечно разная. А вот другие свойства, например критические точки

структурированности в двухфазной зоне - доля жидкого при схватывании

дендритного каркаса, доля жидкого при конце гравитационного течения,

или например параметр, характеризующий изменение коэффициента

фильтрации от доли твердого - эти свойства НИКАК не могут быть

поставлены в соответствие марке сплава по причине своей крайней

неконсервативности. А именно эти параметры определят глубину залегания

раковины, микропористость, в конце-концов то, что будет в конкретной области

отливки - относительно плотный металл, рыхлота или концентрированная

раковина. При назначении этих свойств нужно хотя бы в принципе

представлять себе ФИЗИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ заложенные в используемом

пакете моделирования - модель формирования усадочных дефектов,

микропористости, макропористости и т.д. и соотносить их с тем, что

наблюдается на конкретном производстве. Причем, при нормальном

моделировании речь всегда идет не об одном, а о нескольких

расчетах - при разных уровнях неконсервативных свойств сплава.

Это необходимо, т.к. в реальности эти свойства могут менятся в

достаточно широких приделах вероятностным образом просто в

силу своей неконсервативности. Именно поэтому, например

в двух одинаковых отливках отлитых из одного ковша немного

разные раковины, немного по разному залегает рыхлоты и т.д.

В противном случае, делая только один расчет на каком-то

определенном уровне свойств мы получим именно то, что

часто наблюдается на производстве - при отработке технологии

отливки были удовлетворительными, а потом пошел брак,

причем проявляющийся случайным образом. Таким образом,

основная проблема при назначении исходных свойств и

параметров расчета не в том, что часть свойств назначаются

с определенной долей валюнтаризма, а в том, что необходимо

знать какие свойства для решения данной технологической задачи

являются определяющими, какие надо ОБЯЗАТЕЛЬНО

варьировать, а какие можно назначать относительно неточно.

И все это разумеется зависит от используемых в расчете моделей.

Если модели относительно "слабые", слишком упрощенные,

не очень адекватные, то разумеется часть проблем по назначению

исходных свойств снимается, т.к. все равно результат при этом носит

качественный, а не количественный характер, да и эти упрощенные

модели попросту не оперируют теми реальными свойствами материала,

которые определяют ход процесса формирования дефекта, а используют

некоторые внутренние приближенные общие константы для всех

случаев. Если же используются серьезные физические модели, которые

ДЕЙСТВИТЕЛЬНО моделируют процесс формирования того или

иного дефекта, то разумеется приходится оперировать реальными

свойствами, которые часто очень неустойчивы и не могут быть

однозначно соотнесены с маркой сплава, но зато на выходе получать

реальные, а не эффективные количественные характеристики - места

залегания рыхлот, процент пористости в этих рыхлотах, получать

возможные ВАРИАНТЫ залегания дефектов, которые при данной

технологии рано или поздно реализуются в реальности.

[Инженер-металлург 0]

Вопрос разработчикам Полигона:

"Мне интересно какие средства вы используется для

решения систел линейных алгебраических уравнений?

Вы разработали свои процедуры или используете готовые?"

Ответ:

По поводу используемых в Полигоне методов решения. Есть

некоторые общие классы методов решения матриц, формируемых

в рамках применения МКЭ. В общем, эти методы можно разделить

на две большие группы - это прямые методы и итерационные методы.

В Полигоне можно проводить решение и прямым методом, и

итерационным - для этого надо перещелкнуть кнопочку "метод решения"

перед тем, как нажать на кнопочку "Начать расчет". :о) Но это скорее

для "особо продвинутых". Если этим не озаботиться, то

по умолчанию расчет ведется итерационным методом, т.к. он

позволяет проводить расчет в 13-15 раз быстрее и требует в

13-15 раз меньше памяти, чем прямой метод.

На самом деле особенности реализации того или иного

прямого метода решения в случае моделирования определяются тем, что

полная матрица коэффициентов типа DOUBLE имеет размерность

квадрата количества узлов и попросту не влезет ни в какую память для

реальной геометрии, которая часто насчитывает сотни тысяч узлов и

миллионы элементов.:о) Поэтому разумеется речь идет о превращении

исходной матрицы в ленточную, путем оптимизации нумерации.

Cобственно для решения можно применять различные модификации

прямого метода Гаусса с той или иной долей успешности уменьшая

время расчета.:о)

Наиболее медленно при этом вероятно работают т.н.

фронтальный метод, который зато мало чувствителен к порядку

нумерации узлов (ширине матрицы), а более быстро работают

методы типа метода Краута, метода Холецкого или скажем

LDL-T факторизации, скорость которых полностью определяется

тем насколько удалось минимизировать ширину. На самом деле

это все по сути модификации Гаусса и разница во времени решения

у них обычно лежит в пределах 10%, кроме пожалуй фронтального,

который хотя и позволяет экономить память, но скорость решения

у него ниже. В Полигоне применяется совмещенный метод

Краута-Холецкого, который, вообще говоря, позволяет избежать

пары лишних процедур сложения и формально может считаться наиболее

быстрым, но на самом деле речь идет об экономии не более 3-5%

при прочих равных условиях. В прямых методах фактически

все определяется достигнутой при оптимизации нумерации

минимальной шириной матрицы. Теоретически минимальная

ширина может быть равна максимальной "звезде узлов", т.е.

количеству узлов "связанных" с некоторым "центральным" в

рамках связки в конечные элементы (все элементы вокруг

некоторого узла). В реальных трехмерных геометриях

эта "звезда" составляет порядка сотен узлов. И это было бы

прекрасно.:о) Однако, к сожалению на реальных фасонных

отливках со сложной топологией, чаще всего многосвязной,

реально достижимая ширина матрицы, определяемая сквозной

нумерацией узлов, обычно не меньше нескольких тысяч, а то и

десятков тысяч. Именно это и дает преимущество итерационным

методам над прямыми и по памяти и по скорости. В противном случае

прямые методы ВСЕГДА были бы быстрее и экономнее

итерационных. Дело в том, что итерационные методы не требует

оптимальной нумерации и работают непосредственно с каждой

"звездой" узлов не в зависимости от того, как эти узлы пронумерованы.

Однако, на некоторых простых геометриях выгоднее применять

прямой метод, т.к. там возможно достичь достаточно маленькой

ширины матрицы. Ну и кроме того, в итерационном методе

конечно всегда есть опасность получить решение со слишком

большой невязкой, если стоит ограничение на количество

итераций, которое приходится ставить всегда, чтобы избежать

"бесконечного зацикливания".

По скорости решения мы сравнивали тепловую задачу в

Полигоне с ANSYS и ProCAST при характерных для литейных задач

геометриях, градиентах, теплопроводностях и скрытой теплоты в

интервале затвердевания: 300000 Дж/(кг*К), 30-100 Вт/(м*К) в сплаве и

0.5 Вт/(м*К) в песчаной форме при коэффициенте теплопередачи между

отливкой и формой 1000 Вт/(м*м*К), в нач. момент времени

То=1400 С, Тф=20 С - именно эти параметры в наибольшей

мере влияют на скорость сходимости. Полигон считает несколько

быстрее ProCast, но не в разы. Поскольку на самом деле скорость

счета при итерационном методе зависит от параметров расчета,

то в первом приближении можно считать, что скорость у них

примерно одинакова. Что касается ANSYS, то там

при таких условиях нам вообще с большим трудом удавалось

получить не осцилирующее решение. А если добиваться отсутствие

осциляций, то скорость счета в десятки раз медленнее. Но, возможно

это связано с тем, что мы не являемся специалистами по ANSYS,

было бы интересно если бы соответствующие специалисты проверили

наши выводы по ANSYS.

Что касается сравнения разностных и конечно-элементных

методов, то безусловно при равной адекватности решения

разностные методы, представителем которых является MagmaSоft,

НА ПОРЯДКИ хуже конечно-элементных по скорости. Мы

специально проводили сравнение разностных и элементных

решений и опубликовали по результатам этого сравнения

отчет в виде статьи, которую можно скачать на сайте Полигона.

Эта статья входит в нашу серию "Основы моделирования литейных

процессов" (их тоже можно скачать на сайте) и имеет подзаголовок

"Сравнение методов конечных разностей и конечных элементов.

Что лучше?".

[lks 0]

Инженеру-металлургу

Первое - высказывание голословных

сомнений относительно квалифицированности проделанной

работы по сравнению МКЭ и МКР, опубликованной

в журнале "Литейное производство" No 5, 2002, с.22-28

По существу, в упомянутой статье сравниваются не методы МКЭ и МКР, а программы, разработанные на онове этих методов.И тот, и другой метод могут быть реализованы более или менее эффективными вычислительными процедурами. В то же время заметно желание авторов при сравнении методов рассматривать именно тот вариант релазации метода конечных разностей, который имеет очевидные, удобные для критики недостатки. Поскольку оба метода можно релизовать вполне корректно, то можно делать выводы о преимуществах той или иной вычислительной процедуры, а не метода. Кроме того, сравниваются результаты исключительно по температуре. А как с гидродинамикой??? А как с фильтрацией. Они разве имеют меньшее значение для анализа дефектов, чем температура?

[Инженер-металлург 0]

Для lks

По существу, в упомянутой статье сравниваются не методы МКЭ и МКР, а программы, разработанные на онове этих методов.И тот, и другой метод могут быть реализованы более или менее эффективными вычислительными процедурами.

Не совсем так, хотя значительная доля правды в приведенных соображениях безусловно есть. Однако, целью сравнительной статьи было демонстрация главных особенностей именно методов МКР и МКЭ, а не программных реализаций. Поскольку статья была предназначена в первую очередь для литейщиков-пользователей моделирующих систем, а не разработчиков, то эти особенности были изложены что называется "на пальцах", по возможности наиболее доступно для специалиста не являющегося разработчиком моделирующей системы. Более того, часть материала, не только текстового, но и графического, иллюстрирующего важные особенности методов, в т.ч. по распределению искомой функции в пространстве и т.п. была редакцией журнала исключена из статьи, вероятно для экономии места, а так же под флагом "максимальной популяризации". Любой, кто пишет статьи в профессиональную периодику вероятно неоднакратно сталкивался с этим. Однако, на наш взгляд все-таки общее построение статьи, где озвучиваются определенные принципы МКР и МКЭ, а потом выводы ПРОВЕРЯЮТСЯ на реальных моделирующих системах, вряд ли оставляют сомнение в том, что обсуждаются именно особенности методов, а не конкретных систем. Ну а кроме того, в качестве используемых в тесте систем на основе МКР были взяты две совершенно РАЗНЫЕ по реализации программы, что кстати видно и по результатам - и по сходимости при уменьшении дискретности разбивки, и по температурным кривым для пластины. Тем не менее обе системы МКР показали вполне ожидаемый результат. Так что говорить тут о влиянии конкретной программной реализации трудно. Что касается того, что в принципе возможно пытаться избежать неточностей метода МКР за счет специальных дополнительных процедур, например запоминания истинных поверхностей, заданных хотя бы теми же "конечно-элементными" гранями с произвольной ориентацией, то все это безусловно можно делать. Однако подобные осложнения еще больше замедлят МКР и вряд ли всерьез применимы для современных фасонных отливок, т.к. с помощью МКР они и сейчас моделируются с явно недостаточной дискретностью именно в силу ограниченности памяти и скорости вычислений. К примеру можно сказать, что даже в МКЭ сейчас сетка для отливки в несколько миллионов элементов - обычное явление (не считая формы, которая чаще всего еще больше). А в МКР такая отливка должна была бы иметь дискретность разбивки вероятно на порядки больше (и это хорошо видно из тестов, приведенных в статье), хотя бы для того, чтобы просто "сойтись" к постоянному решению более-менее не зависимому от дальнейшего измельчения разностной разбивки.

И все-таки СЛЕДУЕТ отметить, что сам по себе МКР вполне применим и врядли кто-то всерьез будет с этим спорить. Просто для ГРАНИЧНЫХ задач со значительными РАЗРЫВАМИ искомой функции на сопряженных поверхностях (граница типа "отливка-форма") он НЕВЫГОДЕН по сравнению с МКЭ, несмотря на то, что получение КЭ-сетки гораздо более трудоемкая задача, чем дискретизация для МКР.

Что касается гидродинамики со СВОБОДНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ, то МКР и его модификации вероятно еще долго будут наиболее применяемым методом просто в силу того, что МКЭ не может "позволить себе" на ходу генерировать сетку, учитывающую свободную поверхность. И для подобных задач МКР (и его различные варианты) конечно в настоящее время имеет несомненное преимущество перед МКЭ, что и наблюдается в реальных системах, считающих гидродинамику. Хотя конечно нично не мешает в дальнейшем визуализировать такое решение на КЭ-сетке, что к примеру и делается в постпроцессоре Полигона.:-)

Что же касается решения уравнения фильтрационного течения (в затвердевающей отливке), то это безусловно лучше делать в МКЭ, как и решать уравнение нестационарной теплопроводности. Наличие перемещающихся зеркал расплава и возникающих раковин в данном случае тоже гораздо проще, да и пожалуй точнее, можно учесть на КЭ-сетке. Как решение фильтрационной задачи для моделирования формирования макро- и микропористости можно реализовать в рамках МКЭ описано в статье "Основы моделирования литейных процессов. Усадочная задача", опубликованной в Приложение к журналу «Литейное производство» No 12, 2001, с.8-14.(помня о том что там присутствует правка редакции журнала :-) ). Можно также скачать эту статью на сайте Полигона.

[lks 0]

Инженеру металлургу

Не думаю, что для выявления дефектов начальтные условия имеют меньшее значения, чем граничные. Характерначального распределения температуры, степень ее неравномерности несомненно должны оказывать влияние на места расположения тепловых пятен. А фазовый переход, который начинается уже в процессе заполнения формы. А вопросы эрозии формы. Можно набрать достаточно проблем, анализ которых требует качественного гидродинамического расчета, причем зачастую совмещенного с температурным. Вероятно, будущее за комбинированными методами.

[Инженер-металлург 0]

Для lks

Не думаю, что для выявления дефектов начальтные условия имеют меньшее значения, чем граничные. Характерначального распределения температуры, степень ее неравномерности несомненно должны оказывать влияние на места расположения тепловых пятен.

Безусловно начальные условия иногда играют значительную роль на формирование различных дефектов. Однако... Как это возможно не покажется странным, при отработке реальных технологий, роль неравномерности температурного распределения, возникающего при заполнении, далеко не так велика, как это иногда кажется. Дело в том, что в условиях реального производства с одной стороны температура заливаемого металла чаще всего ограничена достаточно определенной "вилкой" (слишком высокая - усадочные дефекты, пригар, изменения хим.состава и пр., слишком низкая - недоливы, спаи, поверхностные дефекты и пр.), а с другой сама по себе может колебаться просто в силу технических особенностей заливочных агрегатов. Т.о. пытаться "уйти" от дефектов например за счет незначительных изменения й температуры заливки чаще всего тупиковый путь, а значительные изменения недопустимы, т.к. "уходя" от одного дефекта "приходишь" к другому. Более того, у многих производственных технологов часто складывается совершенно преувеличенное представление о возможности формировать(убирать) тепловые узлы с помощью изменений в литниковой системе, мест подвода металла и т.п. мероприятий, связанных с оптимизацией тепловых и гидродинамических процессов при заливке. Такие представления связаны скорее с психологическим фактором, чем в реальной возможности управлять процессом формирования тепловых узлов путем изменения литниковых систем. Дело в том, что большинство действительно СИЛЬНО влияющих технологических мероприятий очень часто затруднено в силу организационных причин. Например, изменить геометрию детали технолог-литейщик не может без согласования с конструктором, "навешать" прибылей там, где они явно необходимы он не может из-за последующих проблем с мехобработкой, поставить наружные холодильники не может из-за трудностей при формовке и т.д. и т.п. Что ему остается?! А вот литниковая система полностью в его власти. И он начинает ее менять, пытаясь хоть как-то улучшить положение. И так из поколение в поколение. А в результате очередная генерация технологов просто "забыла", что заливка длиться секунды(минуты), а дальнейшее затвердевание - минуты(десятки минут), часы и даже дни. Да начальное температурное распределение чаще всего совершенно "забудеться" отливкой еще до того, как начнут формироваться усадочные дефекты! И это кстати легко проверяется без всякой гидродинамики - достаточно просчитать пару вариантов с искуственно заданным более-менее реальным начальным распределением - самым "плохим" и самым "хорошим" чтобы проверить можно ли в данном случае уйти от раковины или рыхлоты с помощью "заливочных" мероприятий. Так вот, в 70% "обычных" случаев окажется, что нельзя. И зачастую технологи с удивлением убеждаются в этом только с помощью моделирования. Кстати, результаты моделирования потом часто помогают им настаивать на "непопулярных" технологических решениях, вплоть до изменения геометрии детали.

Если бы гидродинамический расчет был скоростным и надежным, то можно было бы рекомендовать в любом случае проводить его. Но, к сожалению, это не так. "Нормальное" решение гидродинамических уравнений (Навье-Стокса+тепловая) при заполнении чаще всего требует процессорного времени на пару-тройку порядков больше, чем совмещение решение задачи затвердевания (тепловая+усадочно-фильтрационная). К примеру, если некоторый тепловой расчет длиться час, то гидродинамический для той же геометрии - минимум пару суток. Если тепловой "затягивается" на несколько часов, то не исключено, что расчет заполнения потребует недели и т.д. Пару раз нам например приходилось для ответственных отливок "на заказ" проводить расчет заполнения, занимающий месяц процессорного времени - только для того, чтобы технологи убедились в некоторых соотношениях при заполнении, которые очевидным образом следуют из поперечных площадей литниковой системы, геометрических параметров отливки и более-менее известного (например известно, что заливка длиться не менее минуты и не более 10) времени заливки. (Чтобы избежать обвинений, что речь идет о "плохих" гидродинамических программах, сразу скажу, что речь идет о РАЗНЫХ, не только о Полигоне с FlowVision, но и скажем о ProCast и др. - мы имели возможность работать с различными пакетами. Уверяю вас, все это достаточно "скоростные" пакеты и решают они не "упрощенные" варианты, а полные уравнения Навье-Стокса.) Ну и конечно вопрос достоверности решения гидродинамики для литейных задач заполнения... Тут... Можно только развести руками. Известно например, что на одних и тех же начальных условиях три разных пакета (имеются публикации тестовых сравнительных расчетов литейных программ) вполне могут дать три разных варианта хода заполнения (иногда существенно разных). В реальности при этом никогда невозможно сказать какой ближе к правде - просто потому что на конечные контролируемые факторы типа рыхлот, раковин, да даже и на температурные кривые при затвердевании все три оказывают весьма незначительное влияние, а "внешне" все три вроде-бы "похожи" на правду.

Однако было бы неверно думать, что расчеты заполнения не нужны. Во-первых остаются те самые 20-30% технологий, где начальные температурные поля, формируемые при заливке ДЕЙСТВИТЕЛЬНО существенно влияют на ход затвердевания, а во-вторых опыт гидродинамического моделирования просто НЕОБХОДИМ технологу-литейщику хотя бы для того, для того чтобы понять что влияет, а что не влияет на конечный результат. Например, часто пытаются уйти от явно усадочных дефектах при ЛПД, думая что это из-за особенностей заполнения т.к. при ЛПД затвердевание часто начинается непосредственно в процессе заливки - и только гидродинамические расчеты показывают, что после полного заполнения в толстых сечениях остаются значительные доли жидкого, которые затвердевают при полном отсутствии компенсации, т.к. тонкие питающие литники после заполнения мгновенно перемерзают. Пару раз просчитав "суточную" гидродинамику и получив те же результаты, что и без нее на "чисто тепловом" получасовом расчете с искуственно заданным начальным распределением температур, технолог начинает понимать, что дело тут НЕ В ЗАПОЛНЕНИИ, а В ПИТАНИИ и в следующий раз более адекватно ставит для себя задачу оптимизации технологии и более продуманно выбирает как ему считать, какие процессы стоит "проиграть" в первую очередь.

Что же касается ГРАНИЧНЫХ условий, то, как это было показано в нашей сравнительной статье, наибольшую роль они играют при литье в металлические формы и меньшую при литье в разовые, особенно для относительно "компактных" конфигураций отливок и длительных временах затвердевания, когда происходит существенный прогрев формы и скачек температур на границах исчезает - тогда собственно и роль точного учета граничных явлений снижается.

Если же говорить о "комбинированных" методах, то мы только "за" :о) Собственно ведь и в Полигоне применена "комбинация" - для гидродинамики одно, а для затвердевания после заполнения другое. Просто одна задача наследует тепловые поля другой. На наш взгляд это гораздо правильнее, чем пытаться в МКР решать то, что лучше считать в МКЭ только потому что литейщики более слабо осведомлены о преимуществах и недостатках разных методов, чем скажем деформаторы, прочнисты и т.д.

Ну и напоследок.:о) А вот РАЗМЫВ формы без гидродинамики конечно считать трудно. Естественно, что в Полигоне он прогнозируется на основе полей скоростей гидродинамического расчета, а не на основе решения задачи затвердевания:о) Только все это обрабатывается на базе КЭ-сетке, это же гораздо быстрее и удобнее:о)

[Инженер-металлург 0]

Сейчас, когда Системы компьютерного моделирования литейных процессов (СКМ ЛП) все чаще применяются на российских заводах, довольно часто просят пояснить, что понимается под КРИТЕРИАЛЬНЫМ АНАЛИЗОМ в рамках этих систем и чем критериальные алгоритмы отличаются от численного решения, которое всегда используется при моделировании ЛП.

Итак, КРИТЕРИАЛЬНЫЕ АЛГОРИТМЫ.

Совместно с численными решениями, в литейных моделирующих системах часто применяются более простые модели, основанные на критериальном анализе полей температур (скоростей, давлений и т.п.), полученных численным методом. Суть критериального анализа в том, что после обработки например температурных полей по некоторому критерию, можно получить поля распределений некоторого параметра: структуры металла, прочности, твердости и т.п. Наиболее известным является критерий Наямы, с помощью которого на базе температурных полей можно получить распределение микропористости в объеме отливки. Особенностям критериального анализа в системах компьютерного моделирования литейных процессов (СКМ ЛП) предполагается посвятить отдельную публикацию в журнале Литейное производство. Здесь же затрону только наиболее важный аспект критериального анализа – необходимость того, чтобы в СКМ ЛП была возможность адаптации используемых критериев.

Очень многие интересующие технолога параметры отливки достаточно тяжело получить с помощью численного моделирования реальных процессов, которые на самом деле формируют эти параметры. Однако при этом чаще всего возможно теоретически предположить или эмпирически найти упрощенную схему связи этих параметров с базовыми процессами – тепловыми, гидродинамическими и т.д. Математическое описание этой связи и будет критерием по которому происходит обработка базовых полей. Подобная упрощенная связь, выраженная некоторой формулой или набором формул с логикой перехода от одной формулы к другой, обязательно будет содержать в себе некоторые «подгоночные» эмпирические коэффициенты, скрывающие в себе все то, что невозможно вычислить. Помимо этих коэффициентов, критерий может включать в себя и реальные физические параметры – химический состав, плотность сплава, модуль упругости и т.п. Важно то, что эмпирические коэффициенты не являются физическим свойством материала или процесса, а описывают некоторое эффективное значение при конкретных относительно узких условиях. В современных СКМ ЛП чаще всего такие сложнейшие задачи как прогноз структуры, механических свойств и т.д решается именно на уровне использования подобных критериев. Достаточно часто продавцы СКМ ЛП не только не в состоянии описать применяемые в системе критерии, но и вообще не знают, что большинство прогнозируемых системой параметров вычисляются с помощью критериев требующих обязательной адаптации. Критериальный анализ только тогда действительно эффективен, когда в явном виде открыт для пользователя.

Критериальный анализ при правильном использовании может быть очень мощным инструментом в руках технолога. Достаточно сказать, что если СКМ ЛП предусматривает возможность ввода собственных критериев, то пользователь практически получает возможность решать такие задачи, которые разработчики и не заявляли в своей системе. Например в СКМ ЛП «Полигон» для критериального анализа разработан отдельный модуль, позволяющий не только использовать исходные критерии «Полигона», но и формировать любые критерии и с их помощью проводить обработку всех расчетных полей, получаемых при численном моделировании базовых процессов – тепловых, фильтрационных, гидродинамических. Эти критерии могут содержать сложные параметризированные формулы, логику, включать в себя химический состав и т.п. Кроме того, все это дополнено функциями по привязке к формируемым критериям набора любых пользовательских слайдов, которые могут содержать например фотографии структур, а при просмотре критериальных полей можно будет не только увидеть распределение некоторого параметра в виде цвета, но и вывести в любых указанных точках фотографии структуры, которая соответствуют интервальным значениям критерия в этих точках. Примерно то же самое существует и в других развитых СКМ ЛП, например в MagmaSoft. Но там весь механизм формирования и «подгонки» критерия чаще всего полностью закрыт от пользователя, что безусловно существенно суживает границы применения таких критериев.

[Mikhail. 0]

К примеру, я начинающий литейщик-технолог. У меня есть:

- компьютерная модель детали;

- восковая, или полистирольная литейная модель, или песчаная форма (точнее возможность их изготовления);

- естественно, плавильная печь и все асксессуары.

Мне нужно получить качественную отливку, скажем, алюминиевую. Чем и в чём ваша наука может мне помочь? Может ли она, наука, подсказать мне, какие формовочные материалы нужно использовать, как лучше спроектировать литниковую систему, какие температурные режимы обеспечить, как охлаждать и как термообрабатывать отливку, чтобы получить высшее качество?

[Инженер-металлург 0]

Для Mikhail

Мне нужно получить качественную отливку, скажем, алюминиевую. Чем и в чём ваша наука может мне помочь? Может ли она, наука, подсказать мне, какие формовочные материалы нужно использовать, как лучше спроектировать литниковую систему, какие температурные режимы обеспечить, как охлаждать и как термообрабатывать отливку, чтобы получить высшее качество?

"Наша" наука безусловно все это может:о) А если серьезно, то Теория литейных процессов (ТЛП) и другие разделы т.н. "литейной науки", будучи разделами прикладной физики, химии и т.п., в отличие от фундаментальных направлений, только для того и существуют, чтобы решать задачи ПРОИЗВОДСТВА - проектирование литейных технологий, литейных агрегатов, разработку литейных сплавов и т.п. При этом надо иметь ввиду, что главное отличие прикладной задачи от фундаментальной в том, что прикладная задача практически всегда является строго говоря принципиально НЕРЕШАЕМОЙ на современном уровне физики, химии, вычислительных средств и т.д. Однако, ее надо решить, причем чаще всего в нереально малые сроки при нереально маленьких затратах.:о) При этом, проверка результата решения будет проведена по конечному результату и никого не устроит, если "внутри" все будет красиво и научно обосновано, а технология окажется браконосной.:о)

Если говорить непосредственно о проектировании литейных технологий, то для автоматизации и оптимизации процедур проектирования применяют два совершенно различных вида систем - системы СИНТЕЗА и системы АНАЛИЗА.

СИСТЕМЫ СИНТЕЗА ТЕХНОЛОГИИ. К системам синтеза обычно относят два вида программного обеспечения: во-первых это графические системы для создания компьютерных геометрических моделей или чертежей – так называемые CAD-системы и во-вторых ПО для генерации технологических параметров, в т.ч. и геометрических. CAD-системы – это чаще всего универсальные конструкторские пакеты не являющиеся специфическими литейными системами. В противоположность этому, ПО для генерации технологических параметров должно быть относительно узкоспециализированным и отражать специфику какой-либо конкретной литейной технологии, а зачастую и субъективные особенности конкретного предприятия.

ПО для генерации технологических параметров в качестве конечного результата выдает различные технологические, в том числе и геометрические параметры проектируемой технологии. Собственно это ПО, если оно автоматически импортирует свою информацию в параметризированную CAD-cистему, обеспечивает именно то, что обычно ожидают от внедрения САПР – т.е. автоматизацию процесса проектирования, исключение из ряда проектных процедур участие человека. В идеальном случае системы синтеза могут практически в автоматическом режиме выдавать все требуемые параметры технологии: чертеж отливки, чертеж элементов литейной формы, все данные для заполнения технологических карт, состав формовочных смесей и т.д. В реальности же полный набор всех технологических параметров можно автоматически сгенерировать только для типовых технологий с узкой специализацией по типу деталей, их размерам, способам литья и т.п. При этом подобная система автоматической генерации будет жестко привязана к конкретному производству или даже участкам этого производства.

При проектировании литейных технологий автоматизированная генерация многих технологических параметров далеко не всегда возможна. И тут дело даже не столько в сложности геометрии, сколько в том можно или нет формализовать описание технологии. Если известно, что жестко определенная в общем виде технология даст гарантированный результат и весь вопрос в том, чтобы найти частные параметры этой технологии, то не в зависимости от сложности процесса и геометрии, автоматизировать нахождение этих параметров можно. Например заранее задан вид литниковой системы, количество отдельных простых элементов в ней, их взаимное расположение и при этом гарантируется, что именно такая литниковая система обеспечит требуемый результат. Тогда остается только найти геометрические параметры этих простых элементов, выраженные ограниченным набором чисел - поперечных площадей, длин и т.п. Любой литейщик знает, что в общем случае нет никаких гарантий того, обеспечит ли данный тип литниковой системы требуемый результат даже для двух похожих отливок. Вполне возможно, что потребуются две принципиально разных системы заполнения, причем предположить что это может быть так (даже не гарантировать, а предположить) сможет только достаточно опытный технолог. Собственно, если бы это было не так, то особых проблем при проектировании литейных технологий и не было бы. Таким образом, надежное применение системы синтеза возможно только для тех случаев, когда речь идет о некоторых заранее предопределенных вариантах решения. Даже в литье это возможно, если удается выделить некоторый «тип» деталей и соответствующий ему хорошо формализованный «тип» технологии. Именно для таких случаев применение систем синтеза наиболее эффективно.

Вычисление простых формализованных параметров (т.е. тех, которые можно представить в виде ограниченного набора цифр), например температуры заливки, время выбивки, величины припусков на заданные поверхности, размеров элементов литниковой системы заранее заданной конфигурации, размеры прибылей заранее заданного типа и т.п., происходит на базе относительно несложных аналитических формул или эмпирических зависимостей. Иногда для тех же целей применяют столь же несложный корреляционный анализ для ограниченного числа входных параметров деталей и выходных параметров литейной технологии. Таким образом, главное назначение систем синтеза - это автоматизировать рутинные операции проектирования, которые в противном случае делаются «вручную» с применением рекомендующих материалов и предыдущего опыта технолога.

Системы синтеза литейной технологии весьма привлекательны для производств с устойчиво ограниченной номенклатурой, т.к. в рамках отработанных технологий позволяют получить на выходе большинство необходимых параметров проектируемой технологии. Более того, использование таких систем, за исключением собственно CAD-системы, не требует от пользователя особой подготовки и большего опыта.

Основная трудность при попытках задействовать системы синтеза для проектирования реальных литейных технологий состоит в том, что это возможно только после адаптации используемых простых формул и зависимостей к конкретным типам и размерам деталей (отливок), к мелким особенностям способов литья на конкретном производстве, организационно-технологическим внутренним связям этого производства и т.д. Фактически это даже не адаптация, а создание системы под условия конкретного производства. В общем случае, сторонние разработчики, даже будучи специалистами-литейщиками, сами вряд ли могут создать реально работающую систему синтеза для конкретного производства, хотя могут оказать существенную помощь при постановке общих задач для такой системы. Дело в том, что сторонние разработчики всегда являются гораздо более универсальными специалистами, чем требуется в данном случае, т.к. они ориентированны на разные заводы, а не на данный конкретный завод, цех, тех-бюро и т.д. Кроме того, система синтеза в реальном производстве не может быть раз и навсегда сделана один раз, ее надо постоянно дополнять, наполнять ее базы данных и библиотеки новыми элементами, новыми появляющимися связями – система синтеза должна постоянно «отслеживать» меняющуюся на предприятии ситуацию, как технически, так и организационно. В противном случае она просто будет мешать производству, усложнять нововведения, затруднять связь различных подразделений и т.п. На заводах достаточно часто забывают об этом, поддавшись на посулы того или иного дилера или даже разработчика о том, что предлагаемая система «решит все проблемы». Тут следует понимать, что для завода легких путей в создании эффективной системы синтеза нет. Основная нагрузка при создании реально работающей системы синтеза всегда лежит на заводе, а не на привлекаемых со стороны специалистах.

А вот что могут дать технологу и для чего нужны системы СИНТЕЗА - об этом на следующем листе. В качестве продолжения.:о)

Продолжение следует...

[Инженер-металлург 0]

Для Mikhail

Продолжения ответа на вопрос о том, что может дать "наша":о) наука технологу-литейщику при проектировании реальных технологий.

На предыдущем листе было описано чем могут помочь системы СИНТЕЗА. Теперь рассмотрим системы АНАЛИЗА - они же т.н. системы компьютерного моделирования литейных процессов (СКМ ЛП).

СИСТЕМЫ АНАЛИЗА ЛИТЕЙНОЙ ТЕХНОЛОГИИ. Наиболее характерным представителем систем анализа ЛТ являются системы для численного моделирования физических процессов происходящих в отливках. С помощью этих систем на компьютере воспроизводятся тепловые, гидродинамические, усадочные, фильтрационные, деформационные и т.п. процессы. Как показывает опыт, ПО применяемое для моделирования литейных процессов должно использовать универсальные физические уравнения, но при этом в решении использовать различные процедуры и функции специально ориентированные именно на литейные задачи. Универсальные моделирующие пакеты использующие неспециализированные обще-физические постановки, как правило для решения литейных задач не очень пригодны, даже если они и решают тепловые, деформационные и т.п. задачи. Дело в том, что литейные процессы обладают рядом специфических особенностей, без учета которых, решение будет либо неадекватно, либо крайне затруднено. Иногда например даже тот факт, что на границе «отливка-форма» в начальный момент времени всегда имеются очень большие градиенты температур, приводит к тому, что численное решение в некоторых весьма известных и часто применяемых универсальных пакетах либо начинает расходиться (колебаться), либо требует очень большой длительности расчета за счет измельчения временного шага.

Моделирующие системы не предназначены для генерации технологических параметров. Это часто неожиданно для тех, кто ждет от ПО в рамках САПР автоматически генерируемых готовых технологических решений. Иногда в моделирующие системы встраивают различные оптимизационные алгоритмы, которые в определенной мере можно считать функциями систем синтеза, но пока это скорее попытки механически применить моделирование для решения некоторых тривиальных задач проектирования ЛТ, чем отражение реального назначения и возможностей современных СКМ ЛП. Так или иначе, все параметры моделируемой технологии пользователь-технолог в качестве входных данных должен определить сам: полную геометрическую модель отливки и формы, параметры всех материалов, граничные и начальные условия отражающие технологию и т.д. Более того, поскольку речь идет о моделировании реальных физических процессов, то входные данные имеют физическое, а не технологическое содержание и отличаются от тех параметров, которые записываются в технологические карты. Например, если речь идет о некотором материале (сплав, формовочная смесь и т.п.), то для моделирования необходимы значения его теплоемкости, теплопроводности и т.д., а не химический состав материала и способы его приготовления, которые записаны в технологии. Не смотря на то, что физические характеристики материалов безусловно связаны с параметрами, заданными в технологии, чаще всего эта связь неизвестна, причем иногда неизвестна даже на качественном уровне. Естественно, что в любой развитой СКМ ЛП, например такой как «Полигон», процесс задания исходных данных облегчается наличием подключенных справочников, функциями генерации свойств сплава по его задаваемому химическому составу, готовыми базами по свойствам и т.д. Однако суть от этого не меняется – на пользователе лежит полная ответственность за правильность назначения физических, а не технологических исходных параметров.

Общепринятая формулировка назначения моделирующих систем. Достаточно часто считается, что функции СКМ ограничиваются удешевлением перебора возможных технологических решений путем исключения реального опробования различных вариантов. Действительно, моделирование должно показать к чему приведет использование заданных технологических параметров: ход процессов от которых зависит появление дефектов, процесс образования дефектов, их расположение, характер дефектов и т.п. Таким образом, хотя моделирующие системы не говорят ничего о том, какие технологические параметры нужно задать, но показывают что произойдет если мы зададим те или иные технологические параметры. Моделируя разные варианты технологии, можно подобрать такие технологические параметры, которые обеспечат устойчивую, бездефектную и экономически выгодную (оптимальную) технологию.

Реальное главное назначения моделирующих систем. Будет большой ошибкой считать, что назначение системы моделирования ограничивается только проверкой вариантов предлагаемых технологом. Основное преимущество в том, что моделирующая система позволяет технологу пронаблюдать процессы идущие в отливке и понять по каким причинам образовывается тот или иной дефект в данной конкретной отливке при данных конкретных технологических параметрах, т.е. «увидеть» то, что в реальности он увидеть не может. Именно это позволяет предложить эффективные технологические решения, которые затем можно еще раз проверить с помощью моделирования. Когда технолог принимает то или иное технологическое решение, то при этом руководствуется некоторыми представлениями о ходе литейных процессов, которые у него сформировались в результате предыдущего опыта. Поскольку в обычном случае технолог может судить о ходе процесса только по косвенным признакам (наличие или отсутствие дефекта на конечной стадии), то эти представления далеко не всегда соответствуют действительности – просто в силу многофакторности и неоднозначности литейных процессов, сложности литейных геометрий, неустойчивости технологических параметров и т.д. Для того, чтобы технолог мог сформировать у себя правильное представление о ходе реального процесса в какой-то отливке, требуется значительный опыт проверяемых по конечному результату правильных и неправильных решений. В определенном смысле для выработки адекватного решения для какой-то отливки, опытный технолог-литейщик, как и опытный врач должен иметь за плечами «кладбище» прошлых неудачных технологий. Моделирование же избавляет от необходимости нарабатывать этот дорогостоящий опыт методом проб и ошибок в течении многих лет, т.к. позволяет анализировать ход процесса непосредственно, а не по косвенным признакам. Оно позволяет понять, какие технологические факторы в данном случае действительно существенно повлияют на результат, в каком направлении и почему. Таким образом, главное назначение моделирующей системы не в том, чтобы с помощью компьютера удешевить бездумное опробование предполагаемых технологических вариантов, а в том, чтобы помочь технологу целенаправленно искать именно тот вариант, который обеспечит требуемое качество отливки. При этом немаловажно и то, что моделирование позволяет проверить не только работоспособность выбранной технологии, но также проверить устойчивость технологии к изменениям технологических параметров. В реальном производстве технологические параметры всегда в некоторых пределах колеблются. С помощью моделирования можно проверить, обеспечит ли технология требуемое качество при подобных изменениях. Это гораздо выгоднее, чем принимать «авральные» меры, когда уже в освоенной отливке «вдруг» появляются дефекты, которые не появлялись в период отработки ЛТ. Понятно, что эффективное использование СКМ ЛП требует от пользователя осмысленных действий, творческого подхода и определенной квалификации. С другой стороны, использование технологом-литейщиком моделирующей системы безусловно существенно повышает его квалификацию, причем в достаточно короткое время. Таким образом, назначение системы моделирования и в том, что применение СКМ ЛП автоматически повышает профессиональную литейную квалификацию пользователя до требуемого уровня. Те представления о ходе реальных процессов, которые раньше технологи нарабатывали десятилетиями, с помощью моделирования можно получить за год, причем гораздо более безболезненно для производства. Однако все это оправдано, если для создания некоторой данной ЛТ недостаточно механически произвести ряд формальных рутинных процедур проектирования, а действительно требуется работа профессионального технолога-литейщика. Исходя из выше сказанного, можно понять, что моделирование – элитный способ разработки технологии.

Несмотря на повышенные требования предъявляемые к пользователю СКМ ЛП, литейные моделирующие системы сейчас активно применяются на десятках заводах России. В частности, только за 2003 год различными предприятиями России и СНГ было приобретено более полутора десятков постоянных и временных лицензий СКМ ЛП "Полигон" в самой различной комплектации, в т.ч. несколько полных сетевых лицензий на несколько рабочих мест.

[Mikhail. 0]

Честно говоря, меня пугает такая многословность. Как будто читаю первый вариант кандитатской диссертации. Сетненции на тему того, что литье металлов - это многофакторное явление и т. д. похожи мудрые высказывания одного чеховского героя: "остров - есть часть суши, окруженная морем"...

Как человек, имеющий некоторое отношение к науке, должен констатировать: вопрос не раскрыт. Вы не ответили на мой вопрос. Если не зартуднит, сначала еще разок и как можно конкретнее. Для сужения полета нашей фантазии наложим ограничение: мы имеем дело с опытным производством, т. е. с производством, где типичным является 1 - 10 отливок одного наименования (алюминий, сталь, чугун).

Кстати, инженер-металург, а Вас не смущает, что с Вами никто не спорит, что этот сектор форума практически в монопольном Вашем владении и, похоже, только мы с Вами и читаем его содержимое? Неужели все так запущено в датском королевстве?!

[lks 0]

Для Mikhail

Как человек, имеющий некоторое отношение к науке, должен констатировать: вопрос не раскрыт.

Раскрывать тут особенно и нечего. С поммощью компьютерных программ Вы проделываете то же самое, что и в реальной действительности, только виртуально. После получения удовлетворяющего Вас результата начинаете готовить реальное производство отливки. Вот и все.

[Mikhail. 0]

Похоже, что Вы, все-таки, в первую голову не инженер-металлург, а агент по продажам софтов.

Я идейный противник халявы. Поэтому, сразу снимите с меня подозрения на цыганщину. И как человек, близкий к науке, к ней отношусь с уважением, к какой бы отрасли это не относилось. Более того, я не прочь рассмотреть вопрос о покупке софта. Однако предпочел бы следующую процедуру:

- Я говорю Вам, что имею конкретно на своем производстве, так сказать, матчасть;

- Вы (не важно, кто конкретно) берете CAD-модели, скажем, штук 5;

- Вы с помощью указанных софтов проектируете для нее литниковую систему, определяете все парамерты, необходимые для успешного получения отливки;

- я добросовестно лью (можно вместе с Вами);

- и дальше мы определяем, как жить дальше.

Однако, судя по тому, что в перечисленных Вами регионах отсутствует г. Москва, у нас могут быть транспортные проблемы.

[Инженер-металлург 0]

Для Mikhail

Mikhail, так все-таки я на Ваш взгляд излишне углубляюсь в вопросы теории или являюсь агентом по продаже софтов?:о) Вы уж определитесь.:о) А то я не знаю в каком ключе изменить стиль, чтобы не вызывать Ваше раздражение.:о)

Вы знаете, у меня все-таки сложилось впечатление, что Вы, посетовав на «многословность», то что я расписывал про назначение и возможности систем СИНТЕЗА и АНАЛИЗА решили не читать. Поверьте, Вы далеко не единственный, кто задает «общие» риторические вопросы по типу «вы можете сделайть мне гарантированную оптимальную технологию?», из которых видно, что у спрашивающего нет четкого представления о том для чего предназначены системы компьютерного моделирования литейных процессов (СКМ ЛП), что от них ждать и как их можно использовать. Именно поэтому я ответил так, чтобы хоть как-то прояснить ситуацию – не только для Вас, но и для всех, кто задает подобные вопросы. Данная тема в этом форуме ведь именно для этого и создана – затрагивать наиболее часто задаваемые вопросы по СИСТЕМАМ МОДЕЛИРОВАНИЯ. Я попытался все-таки показать, что есть РАЗНЫЕ пути автоматизации проектирования литейной технологиии (ЛТ). И судя по тому набору вопросов, которые Вы задали, Вы ждете от моделирования то, для чего предназначены системы СИНТЕЗА, а не системы моделирования.

Такого рода «общие» вопросы возникают тогда, когда нет желания вдаваться в такие подробности как выбор средств решения своих задач, а просто хочется получать «хорошие» ЛТ - неважно каким путем. Но это организационная постановка. Техническими средствами организационные задачи не решаются. Если Вы не хотите сами решать вопрос о выборе средств, то так или иначе Вам придется перепоручить его кому-то другому. Например тому, кто либо уже знает ответ, либо будет читать соответствующие статьи в профессиональных литейных журналах (или на том же сайте «Полигона») не убоявшись формул, описаний конкретных физических моделей и математических алгоритмов, а на крайний случай - обсуждения в форумах по типу этого, не убоявшись «многословности».:о) Потом будет проводить первичную оценку систем, потом будет проводить выбор системы и т.д. Будет решать а нужна ли вообще моделирующая система, а если нужна, то с какими свойствами. Можно вообще снять с себя эти вопросы, заказывая разработку технологии сторонней организации, а уж она будет решать нужно ли ей моделирование. И, вероятнее всего, вполне обойдется без него по большей части задач. Но тогда вряд ли это имеет смысл обсуждать в этом разделе форума. Применение СКМ – это ЭЛИТНЫЙ способ разработки технологии, он не упрощает, а усложняет процесс проектирования, зато делает его гораздо более осмысленным и надежным.

«Конкретный» вопрос, на который было бы легко дать ответ не пускаясь в расписывания назначений СКМ ЛП, мог бы выглядеть так: «Имеется базовая технология для отливки из такого-то сплава, отливаемой таким-то способом, но есть сомнения, что она обеспечит отсутствие таких-то дефектов (конкретно – усадочных, недолива, пригара, размыва и т.д., а не дефектов вообще) Можно ли с помощью моделирования проверить наличие этих дефектов (или устойчивость к этим дефектам при колебании технологических параметров), а в случае выявления браконосности этой технологии модифицировать ее так, чтобы уйти от этих дефектов?» Чувствуете разницу? Моделирование – это АНАЛИЗ технологии, а не ее создание.

Сейчас Вам вероятно представляется, что это все легкие вопросы и решаться сами собой. Вот мы сейчас сделаем пробное проектирование с применением моделирования по пяти отливкам и все станет ясно. Нет, не решаться. Более того, скорее всего моделирование сразу 5 технологий на первом этапе Вам (Вашей организации) будет не потянуть ни организационно, ни экономически. Тем более, если Вы хотите, чтобы сторонние «модельеры» фактически еще и взяли на себя кураторство над собственно технологией и ее применением в Ваших условиях. На нашем языке это называется «Годовое технологическое сопровождение на территории Заказчика» и стоит дороже, чем пакет в малой или средней комплектации. Его имеет смысл заказывать тогда, когда Вы уже определились с пакетом и уверены в том, что хотите его внедрять у себя на производстве. Но в любом случае ВАШИХ задач за Вас никто не решит. В любом случае, если использовать СКМ ЛП, то нужно будет обучать и «воспитывать» технолога работающего с СКМ ЛП, отрабатывать организационные связки и т.д. и т.п.

Что же касается Вашего предложения относительно проведения моделирования Ваших отливок, то все вполне реально, но вряд ли всем участникам форума будет интересно следить за обсуждением этой конкретики.:о) Если есть такое желание, то условия его реализации можно обсудить по телефону или по электронной почте. Наши реквизиты Вы можете посмотреть на сайте «Полигона», либо написать прямо мне на указанный в этом форуме почтовый ящик – я переправлю его руководству Фокада. Кстати, по поводу «транспортных» проблем: у Вас под боком, я имею ввиду в Москве, имеется крупный завод, который активно применяет моделирование на «Полигоне» и более того, ввел его в качестве обязательной процедуры при проектировании новых отливок. Это ФГУП «Салют». У них сетевая лицензия и достаточно подготовленные специалисты. Я не исключаю возможности, что Вам имеет смысл задействовать их силы при решении задач проектирования с применением моделирования по крайней мере для стальных отливок (они льют лопатки).

[Инженер-металлург 0]

Один из часто задаваемых вопросов:

Можно ли для моделирования литья металлов использовать пакеты для моделирования литья пластмасс (обычно имеется ввиду MooldFlow) и наоборот.

Ответ:

Несмотря на то, что формально оба типа систем моделирования - металлов и пластмасс в основе используют решение тепловой задачи, однако физика затвердевания металлов и пласстмас разная, поэтому использовать например MooldFlow для решения задач моделирования литейных процессов в металлах не стоит. К тому же MooldFlow, хотя и использует метод конечных элементов (МКЭ), однако используемая в расчетах сетка однослойная, т.е. применимая только для относительно равностенных и тонкостенных геометрий, во всяком случае так было до недавнего времени. И наоборот - использовать например Полигон для моделирования литья пласстмасс крайне затруднительно. Более того, большинство известных универсальных пакетов таких как Ansys, Nastran и т.п. трудно применять для литейных задач - не только потому, что в специализированных литейных пакетах решаются задачи, которых нет в универсальных пакетах (например задачи формирования раковин, пористости, структуры металла и т.п.), но и потому что универсальные пакеты не расчитанны на некоторые специфические особенности литейных процессов - например большие разницы температур на границах отливки и формы в начальные моменты времени. Слишком большие градиенты в таких пакетах могут приводить к неустойчивости решения и необходимости делать очень мелкий шаг по времени, что приводит к неприемлемым временам расчета.

В то же время известны случаи достаточно успешного использования литейных пакетов для решения тепловых задач вне рамок литейных процессов. В частности СКМ Полигон достаточно часто и успешно использовался для расчета тепловых режимов лазерных установок, рентгеновских аппаратов, интерферометров и т.п. Более того, например на ПО "Ижорские заводы" Полигон часто используется не для литейных расчетов, а для расчетов тепловых процессов деталей при термообработках в термических печах - с учетом задаваемых температурных режимов печи, теплообмена излучением и т.д. Т.е. с учетом всех тех технологических особенностей, которые делают Полигон привлекательным для лопаточных производств типа ФГУП "Салют", ПО "Сатурн" и т.п., которые используют Полигон для моделирования литья лопаток в вакуумных печах объемного и направленного затвердевания.

[lks 0]

В настоящий момент, MoldFlow работает и с трехмерными объектами, но проблеме дейтсвительно в том, что математические модели поведения металлов и платсмасс совершенно различны. Для пластмасс характерно нелинейная вязкость и интенсивная диссипация энергии. Поэтому на тех режимах, которые существуют при литье под давлением, результаты расчета заполнения формы будут существенно отличаться. Думаю, что тепловая задача при неучете гидродинамики, будет решаться корректно. Кроме того, дефекты, возникающие в пластмассовых и в металлических отливках, носят принципиально разный характер и по-разному моделируются.

[Инженер-металлург 0]

Общий вопрос всех, кто выбирает систему моделирования: Какой пакет имеет наибольшее количество проданных лицензий. (В неявном виде подразумевается вопрос "какой пакет лучше", хотя конечно все понимают, что количество лицензий - достаточно субъективный показатель.)

Ответ:

В настоящее время в мире видимо наиболее распространены ProCast и MagmaSoft - по данным самих производителей на каждую из этих систем за период около 10 лет было преобретено не менее чем 400-500 лицензий по всему миру.

В России и СНГ лидером по распространенности является отечественный Полигон - за период около 10 лет приблизительно полсотни лицензий, в частности только за 2003 год - более чем полтора десятка лицензий в странах СНГ.

Для примера - ProCast и MagmaSoft вместе взятые за 10 лет в России и СНГ поставили не более десятка лицензий (около 5-6 у MagmaSoft и 3-4 у ProCast), причем большая часть из них - временные.

MagmaSoft - немецкий разностный пакет, один из первых коммерческих литейных пакетов, фактически продемонстрировавший, что возможно всерьез моделировать сложные литейные процессы на достаточно высоком уровне. MagmaSoft более распространена, чем ProCast, особенно в Европе. К наиболее сильным сторонам MagmaSoft имеет смысл отнести достаточно большое количество "вшитых" критериев, которые на уровне критериального анализа рассчетных тепловых полей позволяют прогнозировать различные полезные свойства - струтуру, механические характеристики и т.д. К недостаткам этой системы относятся "закрытый" характер используемых критериев и невозможность их редактировать, настраивать и дополнять, что существенно снижает возможность их адекватного применения. К самым большим недостатком MagmaSoft следует отнести разностный метод расчета, который плохо приспособлен для литья в кокиль, очень плохо подходит для литья тонкостенных отливок типа лопаток, весьма проблематичен для сложных фасонных отливок типа блоки цилиндров и т.п., хотя разумеется примеры подобных расчетов дилеры и производители MagmaSoft с удовольствием демонстрируют.:о)

ProCast - американский конечно-элементный пакет (часть разработчиков в Швецарии), по объективным показателям более мощный, чем MagmaSoft, т.к. помимо собственно преимуществ элементного подхода, в ProCast используются сложные и физически-универсальные модели, что существенно повышает адекватность расчетов. К главным достоинствам этого пакета следует отнести возможности учета сложных тепловых граничных условий, учет возможности перемещения объектов (например для направленного затвердевания лопаток), возможность учета сложной реологии при деформационных расчетах. К недостаткам этого пакета можно отнести

слабый уровень решения усадочной задачи (расчет раковин, микро-пористости, макропористости), во всяком случае до самого последнего времени. (Работы по этим направлениям в пакете велись давно, возможно, что в последних версиях этот недостаток более-менее сглажен.) Кроме того, ProCast имеет устаревший интерфейс при вводе данных и визуализации расчетов - фактически наследующий интерфейс для Unix-версий почти не измененный за последние 5-8 лет.

Полигон - российский конечно-элементный пакет, начавший создаваться в конце 80-ых годов в ЦНИИ Материалов по заказу Министерства Оборонной Промышленности для заводов министерства. (В последствии разрабатывался и распространялся фирмой FoCAD.) В настоящиее время наиболее распространен на предприятиях Министерства Обычных Вооружений, предприятиях АвтоПрома, заводах Аэрокосмического комплекса и крупных машиностроительных заводах имеющих литейные производства. В последние 5-6 лет стал активно применяться в технических университетах. К достоинствам пакета, помимо применения конечных элементов, следует отнести сложные и адекватные физические модели тепловых граничных условий и в особенности модели усадочных процессов при расчете раковин, макро- и микропористости, кроме того учет возможности перемещения объектов (для направленного затвердевания лопаток). В пакете имеется специальный модуль для критериального анализа, позволяющий использовать не только "исходные" критерии для прогноза механических свойств, размывов и т.д., но и формировать базу "собственных" сложных критериев с учетом хим.состава, логикой и т.п. Одна из сильных сторон пакета - это несомненно "красивые" и удобные постпроцессоры. Все пользоватяли Полигона отмечают, что постпроцессоры Полигона, визуализирующие результаты расчетов превосходят аналогичные в MagmaSoft, ProCast и др. К недостаткам пакета следует отнести отсутствие полномасштабной деформационной задачи с учетом сложной реологии (разработчики предполагают "выпустить" подобный модуль в начале 2005 г.) и пожалуй избыточную сложность моделей при решении гидродинамических задач (вероятно для литейных процессов можно было использовать менее универсальные модели). На западе пакет практически не распространен (исключая продажи на лопаточные предприятия Южной Кореи и временные лицензии в Германии в учебных заведениях), дилеров за пределами СНГ не имеет.

Говоря о литейных пакетах известных в России нельзя не упомянуть LVMFlow, хотя в последнее время в основном он продается в составе западного пакета NovaCast за рубежом. Это пакет отечественных разработчиков, основан на конечных разностях и, несмотря на все недостатки конечных разностей, может вполне адекватно применяться для моделирования литья в землю. По мнению автора данного текста, LVMFlow по показателям скорости расчетов, удобства интерфейса и некоторым другим важным параметрам вполне может составлять конкуренцию любым разностным западным пакетам, хотя конечно конечно-элементные пакеты типа ProCast или Полигон имеют более широкий круг применимости.

[lks 0]

Общий вопрос всех, кто выбирает систему моделирования: Какой пакет имеет наибольшее количество проданных лицензий. (В неявном виде подразумевается вопрос "какой пакет лучше", хотя конечно все понимают, что количество лицензий - достаточно субъективный показатель.)

Приведенный анализ, выглядящий вполне профессиональным, очень неточен, видимо по единственной причине, - для того, чтобы высказываться подобным образом в пакете надо практически поработать. Автор вероятно не имел практики выполнения проектов в MagmaSoft. В противном случае он знал бы, что там имеется возможность введения в расчет, сформулированного пользователем критерия, т.е. именно этого упрека MagmaSoft не заслуживает. Кроме того замечу, что люди, использующие продукт для разработки технологии не занимаются разработкой критериев. Это задача разработчиков программы, у которых в руках коды.

Надоело заниматься сравнением методов КР и КЭ. Метод решения задачи абосолютно неважен. Важна правильность получаемого результата. Именно этот критерий главным образом и определяет число пользователей пакета. В настоящий момент Magma в мире имеет более 800 пользователей. Отмечу также, что технология литья блоков цилиндров тех автомобилей, на которых ездят многие русские (мерседесы и т.п.) просчитаны на MagmaSoft .

Другой важный критерий - удобство использования. Продукт должен иметь возможность смоделировать любую литейную технологию и MagmaSoft предоставляет пользователю самый широкий спектр возможностей.

Конечно, чем выше квалификация пользователя, тем эффективнее он может использовать продукт и тем быстрее он освоит его в работе. Для корректного использования MagmaSoft заводской металлург обладает достаточным набором знаний. В то же время для использования ProCast пользователь должен обладать гораздо более фундаментальной подготовкой. Могу это утверждать, поскольку хотя не работал с ним, но видел учебник. А попробуйте построить хорошую конечноэлементную сетку. Сколько времени пользователь на это затратит? А MagmaSoft строит хорошую сетку легко.

Прошу прощения за несколько одностороннюю направленность высказываний, но этот продукт (MagmaSoft ) я знаю лучше, чем остальные, а затрагиваемые вопросы носят не рекламный, а технический характер.

[Инженер-металлург 0]

Для Iks

Приведенный анализ, выглядящий вполне профессиональным, очень неточен, видимо по единственной причине, - для того, чтобы высказываться подобным образом в пакете надо практически поработать. Автор вероятно не имел практики выполнения проектов в MagmaSoft.

Ну, спасибо, что отметили хотя бы "видимость" профессиональности.:о)

А если серьезно, то разумеется с MagmaSoft приходилось сталкиваться и даже как-то проводили обучение моделированию на MagmaSoft для одного из заводов, который приобрел ее (разумеется обучение платное).:о) С ProCast приходилось общаться очень плотно - и много считать на нем, и проводить обучение, и устанавливать на заводах, и заниматься его поддержкой. C LVMFlow тоже знакомы не по наслышке, обучением этому пакету мы никогда не занимались, но во всяком случае довольно подробные тестовые расчеты на этом пакете проводили. Что касается Полигона, то вероятно можно догадаться, что при реальных (не демонстрационных) расчетах литейных технологий, Полигон мы предпочитаем всем остальным и знаем достаточно хорошо. :о)

Теперь что касается отсутствия в MagmaSoft доступа к критериям. Так вот, если утверждается, что он там есть, то видимо не совсем правильно понимается что такое "доступ" и в чем состоят преимущества и недостактки критериального анализа. "Доступ" к критерию - это когда в явном виде объявляется вид критерия, алгоритм его применения, дается возможность его изменять и, желательно, описывается методика коррекции эффективных параметров в нем для адаптации критерия к конкретным условиям.

ПРЕИМУЩЕСТВА критериального анализа в том, что он позволяет по упрощенным формулам делать прогнозы для конечных результатов сложных процессов, численное решение которых затруднено. А НЕДОСТАТОК в том, что его эффективные коэффициенты, содержащие в себе все то, что мы не можем вычислить, подходят только для достаточно узких условий. Поэтому для того, чтобы адекватно пользоваться критериальным анализом его практически ВСЕГДА НАДО АДАПТИРОВАТЬ к конкретным условиям - сплавам, способом приготовления сплава, модифицированию, рафинированию, применяемому литейному оборудованию, материалам формы, номенклатуре отливок и т.д. и т.п. - ко всему тому, влияния чего мы не можем рассчитать теоретически. Достаточно часто для РАЗНЫХ УСЛОВИЙ приходится использовать РАЗНЫЕ КРИТЕРИИ. Даже не с разными эффективными коэффициентами, а попросту разные формулы обработки, учитывающие разные технологические параметры.

Просто для примера рассмотрим как применяется критерий для прогноза структуры в MagmaSoft (если мне не изменяет память для чугунов). Очень кстати полезная вещь. Однако, его вид и способ использования от пользователя закрыт. Впрочем, справедливо подозревая, что результаты его работы в некотором неизвестном производстве будут маловпечатляющими, разработчики MagmaSoft для его адаптации предлагают не более и не менее, чем просто ввести "уровень модифицирования", выбрав из нескольких предлагаемых уровней (кажется из 4 или 5). Внимание, перечисляю - "ОЧЕНЬ ХОРОШЕЕ", "ХОРОШЕЕ", "СРЕДНЕЕ" и т.д. Такой подход у любого чугунщика вызовет гомерический хохот, или, что гораздо опаснее, недоверие к моделированию вообще. Для чугунов ведь существуют попросту принципиально разные схемы модифицирования - разными элементами. Хотя, на самом деле смеяться-то тут нечему. В принципе подход-то правильный, но реализация расчитана "на дурака", а "умному" доступ к критерию закрыт. А дело-то в том, что "дурак" может воспользоваться "вшитым" критерием только если кто-то "умный" его настроил на конкретику. На самом деле, я не сомневаюсь, что этот критерий будет неплохо работать, но только в тех узких условиях для которых его выводили - для определенного типа модифицирования, определенной номенклатуры(средней толщины) и определенного диапазона формовочных материалов. А они-то и неизвестны, как неизвестно и то, что в данный критерий заложено, что он учитывает, а что нет. Практически можно считать, что его, этого критерия и нет. Можно его демонстрировать, показывать структуры и т.д., да вот всерьез использовать нельзя.

Что же касается возможности ввода в MagmaSoft своих критериев... Нормальный критерий - это же не просто градиент или скорость охлаждения или даже их комбинация... Это еще и условие их вычисления. Например, для прогноза той же структуры чаще всего нужно вычислять скорость продвижения некоторой изоповерхности (иногда говорят "скорость движения фронта"). Так вот вопрос КАКОЙ изоповерхности? При достижении каких условий нам надо вычислять критерий? Когда в данной точке доля жидкого 50%? или 30%? Или, например среднюю скорость продвижения между двумя изоповерхностями 60% и 40%? При каких условиях грубо говоря нас интересуют поля данного критерия. Возможность указания подобных условий надо обеспечивать, если идет декларация возможности ввода собственных критериев. В противном случае это не критериальный анализ, а просто обработка расчетных полей по некоторой формуле - для ограниченного набора точек такую простейшую обработку делает даже Exel. Кстати, именно такие условия неизбежно присутствую во "вшитых" в MagmaSoft критериях, что делает их применение действительно "критериальным анализом", но за счет закрытости критериев существенно снижается возможность их адекватного применения.

Сам же критерий может состоять из нескольких разных зависимостей (формул). Переход от одной формулы к другой происходит или в зависимости от исходных величин (например температур или долей жидкой фазы) или от результатов обработки (например если величина критерия или его отдельных компонентов выходит из допустимых границ - переход к другой формуле или константе) и пр. Возможность задания подобной логики тоже должна присутствовать, если мы хотим вводить "пользовательские" критерии.

Кажется я уже в этом форуме как-то упоминал - в Полигоне специальный модуль для критериального анализа, в котором имеются все перечисленные функции для формирования критериев. Фактически пользователь может формировать свою базу данных для критериального анализа или как угодно изменять предлагаемые разработчиками - для прогноза прочности СЧ, твердости СЧ, прогноза размыва формы и т.д. В том то и дело, что критериальным анализом можно решать самые разнообразные задачи, если механизм его применения достаточно интерфейсно проработан. Кроме того, для таких "исходных" критериев, помимо описания критерия, поставляется и методика для возможной адаптации. Понятно, что например по мех. свойствам СЧ, эти критерии "посажены" на ГОСТ по серым чугунам, но никто не знает насколько условия конкретного завода соответствуют тому, что делалось при гостировании. Вот такой подход действительно позволяет проводить нормальный критериальный анализ, никого не обманывая и не вводя в эйфорию несуществующими возможностями. В данном случае я имею ввиду не возможности конкретного пакета, а принципиальные возможности моделирования литейных процессов. После эйфорий всегда наступает протрезвление.

Теперь что касается "удобства" и "универсальности" MagmaSoft. Я понимаю, что Вы освоили этот пакет и он, как применяемый Вами рабочий инструмент, вызывает у Вас желание защитить его от "несправедливых" нападок. Однако, посмотрите правде в глаза. MagmaSoft ГОРАЗДО менее универсален, чем ProCast, просто в силу того, что использует более простые и менее "физичные" модели. Кстати, я нисколько не сомневаюсь, что выбор Вашим заводом именно MagmaSoft носил сугубо субъективный характер, без серьезной оценки различных литейных моделирующих пакетов, применяемых в них моделях и их возможностях. Скорее всего этот выбор был определен в основном имиджевым капиталом MagmaSoft, сугубо коньюктурными предпочтениями отдельных руководителей (возможно связанными с различными "заграничными" вояжами, а возможно даже и небескорыстными) и т.п. соображениями далекими от реальных достоинств и недостатков пакетов. Я понимаю, что теперь приходится в определенной мере "защищать честь мундира", это естественно - ведь теперь это Ваш инструмент. В этом нет ничего страшного, было бы гораздо хуже, если бы завод вообще никакого литейного пакета не купил. Однако не стоит забывать и об объективности - ведь многие заводы еще ничего не купили, для них-то выбор еще открыт и Вы, как уже опытный пользователь одного из известных литейных пакетов могли бы им подсказать где и какие трудности могут встретится, на что стоит обращать внимание и т.п. Мне так кажется... А ссылки на то, что блок цилиндров БМВ считали на Магме... Ох... Скорее всего, во время реального внедрения, ни на чем его не считали... :о) Не стоит придавать слишком большое значения рекламным заявлениям и демонстрационным расчетам.:о) Знаете, у "полигонщиков" есть такой рекламный слоган - "Полигон - в сердце турбины СУ-27".:о) Как Вы догадались, имеются ввиду отливки типа турбинных лопаток, которые действительно считают на Полигоне в т.ч. и на тех заводах, где их делают для СУ. Однако... Не стоит относится к таким вещам слишком серьезно.:о):о):о) И блоки цилиндров, и лопатки успешно лили еще тогда, когда моделирования не было и в помине.

[RVI 0]

Так в свете реальной работы, ктото сравнивал отливки с предварительно подсчитанным результатом на системе анализа.

И какова статистика?

Если можно в цифрах.