32/5 Soliditikation of Metais and Alloys, No. 32, 1997 Kr.tepnięcie Metali i Stopów, Nr 32, 1997 PAN - Oddział Katowice PL ISSN 0208-9386 EXPERTNi SYTEM PRO RODNOCENi TECHNOLOGIĆNOSTI KONSTRUKCE, V AD ODLITKU, KALKULACE S ORLEDEM NA RIZENi JAKOSTI ODLITKU CECH Jaroslav, FIALA Dalibor, VALENTA Josef VUT FS, UMI-odbor slevarenstvi, Technicka 2, Brno, Ćeska Republika Pi'isp\'!vek se zabyva vyuzitim expertniho systemu WinEx ve slevarenstvi. Pfestoźe se odbomici shoduji na tom, ze slevarenska probiernatika je fesitelna pornaci znalosmich a expertnich systemł1, była tato oblast az na małe vyjimky dosud pfehlizena. Tento pfispevek si klade za ci! nastinit moznosti feseni nekter)'ch konkretnich slevarenskych problemu pomoci pnizdneho expertniho systemu WinEx a tak poskytnout alternativni reśeni k doposud pouzivanym klasickym postupum. Soucasny stav problematiky Tento pfispevek navazuje na praci (1], kde autor ukazuje konkretni moznosti pouziti expertniho systemu WinEx zejmena v oblasti vad odlitku a fizeni jakosti formovacich smesi primo na laboratomich udajich ze slevetrny, tedy bez moznosti ovlivneni vyrobniho procesu. V nasero pi'ispevku chceme uk<izat dva zpusoby vyuźiti expertniho systemu WinEx a to jednak pro preclikei vad odlitku ze sede litiny zpracovany a vybudovany na realnych datech slevamy s moznosti ovlivnit vyrobni proces a v oblasti kalkulaci zvlaśte v oblasti zhodnoceni nemefitelnych parametr(! odlitku, a tak dokazat jeho funkćnost a vhodnost pouziti.
48 Expertni system WinEx Program pracuje ve dvou zakładnich rezimech - adaptace a klasifikace. Ve fazi adaptace vytvarime nejprve model resent~ situace, tj. specifikujeme poćet vstupnfch ptiznaku (u kazdeho z nich!ze zadat rozsah, ve kten!m se mohou jeho hodnoty pohybovat a take slovni popis) a rystupnich tfid, tj. vsech situaci, ktere mohou nastal jako odezva na libovolnou kombinaci vstup(i. Takto vytvofeny model je nutno naplnil konkretnimi daty tzv. treninkovou mnozinou, na zaklade kteryc:h s i program vytvati pi'edstavu o zkoumanem problemu. Dosazemi. pi'esnost odpovedi systemu je primo umerna velikosti a infonnaćni hodnote trćninkove mnoziny. Po adaptaci expertniho systemu na zadane hodnoty nasleduje klasifikace, pi'i ktere pi'edkladame systemu nezname pfiznaky a on je zarazuje do nektere z vystupnich tfid. Expertni system WinEx pracuje pod systemem MS WINDOWS nebo pod operaćnim systemem WINDOWS '95. Aplikace exp. systemu WinEx Vady odlitku Vady odlitku jsou jednou z konkretnich slevarenskych aplikaci, pro ktere je mozno pouzit expertni system WinEx. V na~em pfipade se jedna o exp. system pro predikci vad odlitku ze sedć litiny. Tento system se składa ze dvou ćasti. Jednu ćast tvofi samotne expertni mnoziny natrenovane podle realnych dat ze slevarny pro konkretni vady, druha ćast je tvorena databazi vad odlitku ze slitin zeleza. l. Expertni mnoziny V prvni fazi sestavovani modelu treninkovć mnoziny si je tfeba uvedomit, ze velmi zalezi na tvorbe treninkovych expertnich mnozin jednotlivych vad. Pokud treninkovou mnozinu vytvofime nevhodne, potom si exp. system udela pfi vlastnim procesu ućeni spatnou "pfedstavu" o skutecnych vztazich a zavislostech mezi vstupnimi promennymi. Vysledkem jsou potom neadekvatni odpovedi exp. systemu. Jelikoz se chceme vyvarovat techto potizi zacali jsme od relativne nejpfistupnejsi vady
49 z hlediska ztetelnosti vztahu vstupnich a rystupnich velićin a obsahlosti souboru namerenych dat. V teto fazi volime model treninkove mnoziny co nejjednodusi, tedy s co nejmensim poetern vstupnich a rystupnich promenych. Tim chceme docilit jasnosti a zfetelnosti teto mnoziny, aby było mozne co nejh:~pe odladit treninkovou mnozinu. Dal~im krokem je na zaklade ziskanych zku~enosti chovani tohot0 jednoducheho modelu model moznost vice komplikovat ptidavanim dalśich promennych ci ho upravovat. Z v) 1 śe uvedenych duvodu jsme proto zvolili predikci tvrdosti jako ob.sah prvni expertni mnoziny. Nevyhovujici hodnoty tvrdosti mohou byt zpusobeny radou ćinitelu. Jednim z hlavnich faktorli je spatne chemicke slozeni kovu. Z chemickych prvku je to zvlaste uhlik, kremik a mangan, ktere maji vliv na zastoupeni grafitu, feritu a perlitu ve strukture Jitiny. Dalsiroi ovlivi'tujicimi ćiniteli mohou byt bubliny, fediny a struska, ktere se vyskytuji v odlitku ci zkusebnim bloku a rezim tepelneho zpracovani. V nasem prvotnim modelu neuvazujeme vliv tepelneho zpracovarii, nebot' se mefene odlitky a vzorky tepelne nezpracovavali a take or:1ezujeme vliv fedin, bublin a strusky, protoze tvrdost by ła mefena na vice mistech (4-5). V stupni prom~:nne modelu tedy tvofi obsah : uhlikuc (%) kfemiku Si (%) manganu Mn (%) Vystupni promenne jsou predikovane rozsahy tvrdosti v jednotkach Brinella (HB). Z vyslednych predikovanych hodnot tvrdosti je mozn e dale orientucne zjistit hodnotu meze pevnosti v tahu podle ruznych empirickych vztahu. Po konećnem zhotoveni experta pro predikci tvrdosti budou vytvmeni dalsi experti vad odlitku typicke pro sedou litinu. 2.Databaze vad odlitktl pro slitiny zeleza Databaze vad odlitku slouzi jako samostatna soucast expertniho systemu WirrEx pro predikci a odstranovani vad. Zde uzivatel ma moznost poznat zakladni udaje a vytvofit si tak komplexni souvislosti cykajlei se vad odlitku. Tato databaze była
50 vybudovana na zaklade publikace (2], ktera byla vypracovana s cilem pouźiti jako zaklad expertniho systemu. Vady typicke pro sedou Jitinu budou dale rozsifeny o poznatky dalsich odborniku a publikaci. Vady jsou razcny v databazi na zaklade CSN 421240 [3] tj. podle vnejsich znaku do sedmi skupin a v ramci techto skupin jsou tfideny vady podle druhu. Struktura databaze je clenena nasledovne (O br. l): - ćislo vady - nazev vady -popis vady - pl'iciny vady - zjisteni vady - odstraneni vady - fotografleka dokumentace na vhodnem pfikladu - schema vady fonnou piktogramu Databaze vad byla vytvorena v databazovem prostfedi Paradox for Windows a ma V Sobe zakomponovan dotazovaci rezim tzv. Query. S jeho p01110cj 111UZC uzivate! rychle vyhledat informace, ktere by hledal proscym prohlizenim databaze mnohonasobne dele. To znamena, ze pokud ma uzivatel napfiklad informace, ktere jsou spolećne pro vicero vad, pouźije pr{tve s vyhodou dotazovaciho rezimu s jehoz pomoci rychłe a pfehledne vytfidi vystupni informace o moznych vadach (Obr. 2). V tomto rezimu je mozno pouzit matematickych, logickych a statistickych funkci pro formulaci slozit)'ch a strukturovanych dotazu. Promyslenou formulaci dotazu je tedy mozno i v tak rozsahlem souboru najit urćite jednotlei prvky, ktere mohou poslouzit pfi vystavbe znalostniho systemu ći vytvareni si souvislosti v teto oblasti.
51 druh kovu (legury), stupei\ dezoxldace (ocel), metalostat. a dyn ucinek Uhel smacenl. vlastnosti osti'iva a fonny na hrube octsti!nem odlitku Gralicke zobrazenf vady Schema vady Obr. l Komunikacni obrazovka databaze. neśetrne ciśteni. odstra~ovanł nalitku. vtoku chemiekei sloźeni (C+.Mn~,Si+,Fe3P+.A~.Cr-). teplota+, uhel srna otar formy (jadra). erozi ve vtokove soust. vtivem proudani ko IAxoa,,nnl struska vznika behem met procesu v peci a pri l1ti se do RNII'W~A\J'RENEi S:ł,.~;?:{::~INY 1 objemu kovu pfi tuhnutl, zpusobene lizk ou t.ecr1noloaicmn l.. forrn. materięlv (~pętna tek~tost, vysoka ~ ne;zaoehmutl: tev,enina nachylna k oxigę~i povrchu O br. 2 Ukazka pouziti dotazovaciho rezimu Query a jeho odpovć di
52 lamerem teto casti prace je nasazeni tohoto expertniho systemu pro udr:leni jakosti vyroby odlitku ve slevarne s naslednym napojenim tohoto systemu na poćitaćovou technologickou sit', ktera umozńuje automatick) odber a pfenos technologickych dat. [l] Kaikulace ceny odlitku Systemovy phstup Pfi rozboru kaikulace se v tradicnich zpusobech kaikulace odlitku [ 4 ]-(7] narazi na radu nepresnosti, z nichź nektere jsou odstranitelne lepsim zpusobem zaznamu, odpovednejsim zpusobem apod. Na jaky problem ovsem v traclićnich zpusobech kaikulace casto narazime, je nezohledneni veci pro slevarenstvi specificke (8). Pffstup k teto problematice jako k systemu je alternativou k tradicnimu pojeti. Dle [9] vime, ze na zaklade definic je mozno formulovat celou fadu zpusobu popisu systemu. Jedna se napf. o: vnejsi popis - vyjadi'eni vlastnosti systemu relaci mezi jeho vstupem a vystupem. V tomto zpusobu popisu povazujeme cdy popis za "cernou skfinku", na kterou pfivadime urcite vstupni podnety a jeji chovani sledujeme na odpovfdajicich rystupech. Nevime pfitom co se deje uvniti' systemu, nezname jeho strukturu. Hledame pouze experimentalni relace mezi vstupnimi a vystupnimi velicinami. Energie nahromademi uvniti' systemu je nulova. vnitrni popis - objasnuje vlastni chovimi systemu. Je vyjadfen relaci mezi vstupy, vniti'nimi stavby a rystupy systemu. Stavove (vnitrni) promenne jednoznacne urcuji reakci (vystupni) promenne na ruzne vslupni podnety. Dle teto teorie kaikułaci odlitku povazujeme za system vstupu (parametru), ktere primo a s ruznou intenzitou plisobi na vystup, jimz je mnoźstvi nakładu nutnych vynalozit k ryrobe odlitku. Je moźno fici źe zmena jakehokoliv i1daje nebo skupiny udaju privedenych na vstup systemu ovlivni rystup z tohoto systemu. jimz je cena odlitku. Cely problem si muźeme pfedstavit dle obr 3.
53 Vstupni vlivy Cena...... System...... O br. 3. System vstupnich a rystupnich udaj u V stupy muzeme rozdelit do dvou kategorii a to na: meritelne (kvantifikovatelne) - daji se vice ci mene postihnout. Jedna se predev~im o jednicove naklady, ktere se daji stanovit pomerne pfesne. Hure stanovitelne jsou nepi'ime miklady. Tyto naklady, jejichz vdikost neni tak snadno postihnutelna ke konkretnimu odlitku je zapotfebi rozebrat. V soucasnych metodach kalkulace, kdy nepi'ime na.klady jsou rozdelovany ve forme rezii (viz. metoda pi'irazkova, ktenije ve slevarmich nejvice pouzivana), vznikaji nepfesnosti spojene s provozem. nemeritelne (nekvantifikovatelne) - parametry, ktere hraji V konecne cene odjitku velky vyznam, ale ćasto nejsou postihnute a vyjadfene v zadne z pfedchozich metod. Tyto parametry totiz zavisi na subjektivnich pocitech a zkusenostech zamestnancu, na tvarovych Cinitelich apod. Jedna se pfedevsim o: * know-how podniku - tento parametr se promita do ceny odlitku ve velke mife. Je to znat na pfikladu stejneho odlitku, kdy technolog jednoho podniku hodnoti vyrobu tohoto odlitku jako snadnou a technolog druheho podniku jako problemovy odlitek. * tvarova slozitost odlitku - tento faktor hraje podstatnou l!lohu pro spravne posouzeni slozitosti odlitku a jeho zafazeni. Pro hodnoceni pusobeni jednotlivych vlivu muzeme pouzit dvou zpusobu. Jedna se o metody: * parametricke - statistika, faktorova analyza * deterministicke - hodnoceni pomoci vstupne vystupniho expertniho systemu WinEx, na jehoz vstup jsou pfivedeny znam e l!daje.
konećne 54 Nasi snahou je vlivy (v 1 - v") pi'tsobici na tento system uspoi'<1dat, abychom v fazi mohli pomoci expertniho systemu hodnotit. Schema uspof<idani vlivu vypada nasledovne: Cena odlitku Obr. 5. Uspofadane plisobici vlivy Rodnoceni vstupu pllsobieich na cenu odlitku pomoci expertniho systemu nabizi alternativni pfistup a novy pohled na vec. Pro ovei'eni a lispech prace je dulezite pfedevsim: * postihnuti vsech vlivu pusobicich na cenu odlitku a jejich zafazeni mezi parametry meritelne nebo nemefitelne. * vhodne slucovani parametru do skupin. * sestaveni treninkorych w~icich mnozin * OVefeni funkćnosti modelu V praxi Literatura [l] Vonicek, J. Disertacni prace, Brno, 1997 [2] Elbel, T., Vady odlitku ze slitin zeleza, Brno, 1992 (3] Norma CSN 421240 [4] Macik, K.: Jak kalkulovat podnikove naklady?. Montanex Ostrava, 1994 [5] Vycvikov:Y semimir: Kałkulacie nakladov ryroby odliatkov. 18-19.1. 1994, Brno [6] Krikać, K.: Nakłady, ceny, rentabiłita. ZCU Płzen, kveten 1995 [7] Swoboda, P.: Kaikulace mikładu a cenova politika v trzni ekonomice. Linde Praha, 1992 (8] Foundry, Process Control in Duetile Iron Foundries: A Systems Approach, str. 21-23, fe bruary, 1994 [9] Harbr, J., Vepfek, J., Systemova analyza a synteza, SNTL, 1972