Область техники
Настоящее изобретение относится к способу прогнозирования овальности стальной трубы, который является способом прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования стальной трубы на этапе изготовления стальной трубы, используя способ гибки давлением, способ регулирования овальности стальной трубы, способ изготовления стальной трубы, способ генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы и устройство для прогнозирования овальности стальной трубы.
Уровень техники
Способы изготовления стальных труб, имеющих большой диаметр и большую толщину и используемых в трубопроводах и т.п., включают в себя широко распространенный способ изготовления стальной трубы (именуемой UOE-стальной трубой) посредством штамповки стального листа, имеющего заданные длину, ширину и толщину, для придания ему U-образной формы, формования листа для придания ему O-образной формы и сварки стыкуемого участка для придания листу формы трубы и экспандирования диаметра стальной трубы (именуемого экспандированием трубы) для уменьшения овальности. Однако этап изготовления UOE-стальной трубы требует большой силы давления на этапе выполнения штамповки стального листа для придания ему U-образной формы и O-образной формы, что обязательно требует использования крупногабаритного прессового оборудования.
Для решения этой проблемы существует предлагаемый способ изготовления стальной трубы, имеющей большой диаметр и большую толщину стенки, причем указанный способ является способом формования с уменьшенным давлением формования. В частности, способ, внедренный в практическое использование, является способом, в котором после гибки концов стального листа в направлении ширины (именуемой гибкой концов) множество раз выполняется этап трехточечной гибки давлением посредством вдавливания для изготовления формованной заготовки, имеющей U-образное сечение (далее именуемой U-образной формованной заготовкой), после чего выполняются этап уменьшения зазора под сварку на участке зазора под сварку формованной заготовки, имеющей U-образное сечение, для получения открытой трубы, сварка стыкованных участков для получения стальной трубы и, наконец, в стальную трубу вставляется устройство для экспандирования трубы с целью экспандирования внутреннего диаметра стальной трубы. Используемое устройство для экспандирования трубы является устройством, которое содержит множество инструментов для экспандирования трубы, каждый из которых имеет криволинейную поверхность, полученную посредством деления дуги на множество участков, и приводит криволинейную поверхность инструмента для экспандирования трубы в контакт с внутренней поверхностью стальной трубы для экспандирования стальной трубы и фиксации формы стальной трубы.
На этапе гибки давлением увеличение числа нажатий при выполнении трехточечной гибки уменьшает овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы, хотя для формования стальной трубы с целью получения U-образного сечения требуется много времени. С другой стороны, уменьшение числа нажатий при выполнении трехточечной гибки создало бы проблему, состоящую в том, что сечение стальной трубы имело бы, по существу, многоугольную форму, затрудняя получение сечение круглой формы. Для решения указанной проблемы числа нажатий при выполнении трехточечной гибки (например, 5 - 13 нажатий для стальной трубы диаметром 1200 мм) определяется эмпирически во время работы в зависимости от размеров стальной трубы. Что касается рабочих условий этапа гибки давлением для уменьшения овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, было сделано много предложений в отношении разработки способа его выполнения.
Например, в Патентной литературе 1 описывается способ выполнения формования трехточечной гибкой в минимальном количестве, и способ экспандирования трубы посредством приведения множества инструментов для экспандирования трубы, расположенных в окружном направлении устройства для экспандирования трубы, в контакт с недеформированным участком, который не был деформирован формования трехточечной гибкой.
В Патентной литературе 2 описывается способ уменьшения овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы посредством задания радиуса кривизны наружной периферийной поверхности пуансона, используемого в формовании трехточечной гибкой, и радиуса кривизны наружной периферийной поверхности инструмента для экспандирования трубы, удовлетворяющих заданному соотношению.
В Патентной литературе 3 описывается способ, представляющий собой способ изготовления, обеспечивающий эффективное изготовление стальной трубы с надлежащей овальностью без необходимости прикладывания излишнего давления на этапе гибки давлением, в котором при выполнении формования трехточечной гибкой предусмотрен легко обрабатываемый участок, имеющий очень небольшую кривизну по сравнению с другими областями, или необрабатываемый участок, на котором обработка гибкой отсутствует, по меньшей мере, в части стального листа. В Патентной литературе 3 также описывается операция на этапе уменьшения зазора под сварку, которая представляет собой прикладывание усилия давления к участку, удаленному на заданное расстояние от центра легко обрабатываемого участка или необрабатываемого участка, без удерживания легко обрабатываемого участка или необрабатываемого участка. В этой связи устройство для придания заготовке O-образной формы используется на этапе уменьшения зазора под сварку после этапа гибки давлением.
В этом отношении в Патентной литературе 4 описывается другой способ уменьшения зазора под сварку (далее именуемый «способом формования с замыканием»), в котором некруглая заготовка (формованная заготовка с U-образным сечением) формуется посредством трехточечного формования, и затем вместо этапа O-формования к некруглой заготовке снаружи прикладывается толкающее усилие с помощью толкающего инструмента, расположенного на верхнем участке и обращенного к нижним опорным роликам, при этом заготовка поддерживается двумя опорными роликами, в результате чего уменьшается зазор под сварку. Этот способ отличается тем, что прикладывание толкающего усилия посредством использования толкающего инструмента снаружи некруглой заготовки может упростить конструкцию устройства, устраняя необходимость подготовки матрицы согласно наружному диаметру стальной трубы в качестве устройства для придания заготовке O-образной формы. В Патентной литературе 4 также описывается способ обеспечения наличия специально предусмотренной легко формуемой области для формования трехточечной гибкой и прикладывания толкающего усилия в указанной области к формованной заготовке, имеющей U-образное сечение в способе формования с замыканием на этапе уменьшения зазора под сварку.
Перечень противопоставленных документов
Патентная литература
Патентная литература 1: JP 2012-170977 A
Патентная литература 2: JP 5541432 B1
Патентная литература 3: JP 6015997 B1
Патентная литература 4: JP 2012-250285 A
Раскрытие сущности изобретения
Техническая проблема
Способ, описанный в Патентной литературе 1, является способом уменьшения овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы за счет связи между местом формования трехточечной гибкой с местом формования инструментом для экспандирования трубы. Однако этап изготовления стальной трубы включает в себя множество этапов, по меньшей мере, этап гибки давлением, этап уменьшения зазора под сварку, этап сварки и этап экспандирования трубы. Таким образом, способ, описанный в Патентной литературе 1, не учитывает влияние рабочих условий на других этапах на овальность стальной тубы после этапа экспандирования трубы, затрудняя постоянное обеспечение уменьшения овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы.
Сходным образом со способом, описанным в Патентной литературе 1, способ, описанный в Патентной литературе 2, является способом, в котором радиус кривизны задается таким образом, что радиус кривизны наружной периферийной поверхности пуансона, используемого в формовании трехточечной гибкой, в качестве рабочего условия этапа гибки давлением, и радиус кривизны наружной периферийной поверхности инструмента для экспандирования трубы в качестве рабочего условия этапа экспандирования трубы удовлетворяют заданному соотношению, тем самым уменьшая овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы. Однако в способе, описанном в Патентной литературе 2, сходным образом со способом, описанным в Патентной литературе 1, существует проблема невозможности принятия во внимание других этапов помимо этапа гибки давлением, а именно, этапа уменьшения зазора под сварку.
Способ, описанный в Патентной литературе 3, является способом уменьшения овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы посредством изменения рабочего состояния формования трехточечной гибкой на этапе гибки давлением в зависимости от положения стального листа и задания рабочего состояния согласно состоянию, связанному с условием формования на этапе уменьшения зазора под сварку. Однако способ, описанный в Патентной литературе 3, имеет проблему, состоящую в том, что отклонения толщины листа или материала стального листа вызывают колебания овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы даже при одном и том же условии формования.
Способ, описанный в Патентной литературе 4, также является способом уменьшения овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы посредством задания таких условий, что условие формования заготовки U-образного сечения на этапе гибки давлением и условие формования на этапе уменьшения зазора под сварку связаны друг с другом. Однако в способе, описанном в Патентной литературе 4, также имеется проблема, состоящая в том, что отклонения толщины листа или материала стального листа вызывают колебания овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы даже при одном и том же условии формования.
Настоящее изобретение было разработано для решения указанных проблем, и его первая задача состоит в том, чтобы предложить способ прогнозирования овальности стальной трубы и устройство для прогнозирования овальности стальной трубы, позволяющие точно прогнозировать овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы на этапе изготовления стальной трубы, который включает в себя множество этапов. Другая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить способ регулирования овальности стальной трубы, позволяющий точно регулировать овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы на этапе изготовления стальной трубы, который включает в себя множество этапов. Другая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить способ изготовления стальной трубы, который позволяет изготавливать стальную трубу, имеющую требуемую овальность и обеспечивает хороший выход продукции. Еще одна задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить способ генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы, который может генерировать модель прогнозирования овальности, которая точно прогнозирует овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы на этапе изготовления стальной трубы, включающем в себя множество этапов.
Решение проблемы
Способ прогнозирования овальности стальной трубы по настоящему изобретению прогнозирует овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы посредством экспандирования внутреннего диаметра стальной трубы, концы которой соединены друг с другом, в процессе изготовления стальной трубы, включающем в себя: этап гибки давлением посредством обработки стального листа для получения формованной заготовки U-образного сечения в результате множества нажатий пуансона; этап уменьшения зазора под сварку на участке зазора под сварку формованной заготовки U-образного сечения для формования открытой трубы; этап сварки соединяющихся концов открытой трубы друг с другом; и этап экспандирования трубы; и включает в себя: этап прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы посредством использования модели прогнозирования овальности, обучаемой с помощью машинного обучения, причем модель прогнозирования овальности содержит один или несколько параметров, выбираемых из атрибутивной информации о стальном листе, один или несколько параметров, выбираемых из рабочих параметров этапа гибки давлением, и один или несколько параметров, выбираемых из рабочих параметров этапа уменьшения зазора под сварку в качестве входных данных, и содержит информацию об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы в качестве выходных данных.
Модель прогнозирования овальности может включать в себя один или несколько параметров, выбираемых из рабочих параметров этапа экспандирования трубы в качестве входных данных.
Атрибутивная информация о стальном листе может включать в себя один или несколько параметров из: предела текучести стального листа, репрезентативной толщины стального листа и информации о распределении толщины стального листа.
Рабочий параметр этапа гибки давлением может включать в себя: информацию о месте формования и величину вдавливания при формовании, относящиеся к функционированию, при котором пуансон, используемый на этапе гибки давлением, выполняет формование стального листа; и число нажатий, выполняемых на этапе гибки давлением.
Этап изготовления стальной трубы может включать в себя этап гибки концов посредством гибки концов стального листа в направлении ширины перед этапом гибки давлением, и модель прогнозирования овальности может включать в себя один или несколько параметров, выбираемых из рабочих параметров этапа гибки концов в качестве входных данных.
Способ регулирования овальности стальной трубы по первому аспекту настоящего изобретения включает в себя: этап прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, используя фактические параметры из атрибутивной информации о стальном листе и используя заданную величину рабочего параметра на этапе выхода, включающем в себя этап гибки давлением, прогнозирование, выполняемое перед началом этапа гибки давлением, используя способ прогнозирования овальности стальной трубы по настоящему изобретению, и изменение рабочего параметра этапа гибки давлением для уменьшения овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы.
Способ регулирования овальности стальной трубы по второму аспекту настоящего изобретения включает в себя: этап прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, используя фактические параметры из атрибутивной информации о стальном листе, фактические данные рабочего параметра этапа гибки давлением и заданную величину рабочего параметра на этапе выхода, включающем в себя этап уменьшения зазора под сварку, прогнозирование, выполняемое после завершения этапа гибки давлением и перед началом этапа уменьшения зазора под сварку посредством использования способа прогнозирования овальности стальной трубы по настоящему изобретению и изменение рабочего параметра этапа уменьшения зазора под сварку для уменьшения овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы.
Способ регулирования овальности стальной трубы по третьему аспекту настоящего изобретения включает в себя: этап прогнозирования информации об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, прогнозирование, выполняемое перед началом намеченного для внесения изменений этапа, выбираемого из этапа гибки концов, этапа гибки давлением, этапа уменьшения зазора под сварку и этапа экспандирования трубы, которые включены в этап изготовления стальной трубы, используя способ прогнозирования овальности стальной трубы по настоящему изобретению, и изменение одного или нескольких рабочих параметров, выбираемых, по меньшей мере, из рабочих параметров намеченного для внесения изменений этапа, или одного или нескольких рабочих параметров, выбираемых из рабочих параметров этапа обработки формованием на стороне выхода с намеченного для внесения изменений этапа, на основании прогнозируемой информации об овальности стальной трубы.
Способ изготовления стальной трубы по настоящему изобретению включает в себя этап изготовления стальной трубы, используя способ регулирования овальности стальной трубы по настоящему изобретению.
Способ генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы по настоящему изобретению генерирует модель прогнозирования овальности, которая прогнозирует овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы посредством экспандирования внутреннего диаметра стальной трубы, концы которой соединены друг с другом, в процессе изготовления стальной трубы, включающем в себя: этап гибки давлением посредством обработки стального листа для получения формованной заготовки U-образного сечения в результате множества нажатий пуансона; этап уменьшения зазора под сварку на участке зазора под сварку формованной заготовки U-образного сечения для формования открытой трубы; этап сварки соединяющихся концов открытой трубы друг с другом; и этап экспандирования трубы; и включает в себя: этап получения множества блоков обучающих данных, содержащих один или несколько блоков фактических данных, выбранных из атрибутивной информации о стальном листе, один или несколько блоков фактических данных, выбранных из фактических рабочих данных из этапа гибки давлением, и один или несколько блоков фактических данных, выбранных из фактических рабочих данных из этапа уменьшения зазора под сварку, в качестве фактических входных данных, и содержащих фактические данные об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы на этапе изготовления стальной трубы, используя фактические входные данные, в качестве выходных данных и генерируя модель прогнозирования овальности посредством машинного обучения, используя полученные блоки обучающих данных.
Машинное обучение, подлежащее использованию, может быть типом машинного обучения, выбранного из способов, к которым относятся нейронная сеть, древовидная схема решений, случайный лес и регрессия опорных векторов.
Устройство для прогнозирования овальности по настоящему изобретению прогнозирует овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы посредством экспандирования внутреннего диаметра стальной трубы, концы которой соединены друг с другом, в процессе изготовления стальной трубы, включающем в себя: этап гибки давлением посредством обработки стального листа для получения формованной заготовки U-образного сечения в результате множества нажатий пуансона; этап уменьшения зазора под сварку на участке зазора под сварку формованной заготовки U-образного сечения для формования открытой трубы; этап сварки соединяющихся концов открытой трубы друг с другом; и этап экспандирования трубы; и включает в себя: блок сбора рабочих параметров, который собирает один или несколько параметров, выбираемых из атрибутивной информации о стальном листе, один или несколько параметров, выбираемых из рабочих параметров этапа гибки давлением, и один или несколько рабочих параметров, выбираемых из рабочих параметров этапа уменьшения зазора под сварку; и блок прогнозирования овальности, который прогнозирует информацию об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, посредством ввода рабочего параметра, получаемого блоком сбора рабочих параметров, в модель прогнозирования овальности, обучаемую с помощью машинного обучения, причем указанная модель содержит один или несколько параметров, выбираемых из атрибутивной информации о стальном листе, один или несколько рабочих параметров, выбираемых из рабочих параметров этапа гибки давлением, и один или несколько рабочих параметров, выбираемых из рабочих параметров этапа уменьшения зазора под сварку, в качестве входных данных и содержит информацию об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы в качестве выходных данных.
Устройство для прогнозирования овальности стальной трубы может содержать терминальное устройство, содержащее входной блок, который собирает входную информацию на основании работы пользователя; и блок индикации, который отображает прогнозируемую величину информации об овальности, причем блок сбора рабочих параметров может обновлять часть или все собранные рабочие параметры на основании входной информации, собранной входным блоком, и блок индикации может отображать информацию об овальности стальной трубы, прогнозируемую блоком прогнозирования овальности, используя обновленные рабочие параметры.
Преимущественные эффекты изобретения
С помощью способа прогнозирования овальности стальной трубы и устройства для прогнозирования овальности стальной трубы настоящего изобретения можно точно прогнозировать овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы на этапе изготовления стальной трубы, включающем в себя множество этапов. Кроме того, с помощью способа регулирования овальности стальной трубы по настоящему изобретению можно точно регулировать овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы на этапе изготовления стальной трубы, включающем в себя множество этапов. Кроме того, с помощью способа изготовления стальной трубы настоящего изобретения можно изготавливать стальную трубу, имеющую требуемую овальность и хороший выход продукции. Кроме того, с помощью способа генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы можно генерировать модель прогнозирования овальности стальной трубы, которая точно прогнозирует овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы на этапе изготовления стальной трубы, включающем в себя множество этапов.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - схема этапа изготовления стальной трубы согласно варианту выполнения настоящего изобретения;
фиг. 2 - схема примера этапа формования формуемой заготовки, имеющей U-образное сечение, используя устройство для гибки давлением;
фиг. 3 - схема примера этапа формования формуемой заготовки, имеющей U-образное сечение, используя устройство для гибки давлением;
фиг. 4 - схема примера конструкции устройства для придания заготовке O-образной формы;
фиг. 5 - схема примера конструкции устройства для формования с замыканием;
фиг. 6 - схема примера конструкции устройства экспандирования трубы;
фиг. 7 - схема примера конструкции устройства для измерения формы наружного диаметра стальной трубы;
фиг. 8 - схема способа генерирования модели прогнозирования овальности по варианту выполнения настоящего изобретения;
фиг. 9 - график, показывающий пример изменения взаимосвязи величины формования и овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы согласно изменению рабочего состояния на этапе гибки давлением;
фиг. 10 - примеры места вдавливания при формовании и величины вдавливания при формовании для каждого числа нажатий;
фиг. 11 - схема способа регулирования овальности по варианту выполнения настоящего изобретения;
фиг. 12 - перспективный вид общей конструкции устройства для придания заготовке C-образной формы;
фиг. 13 - вид в разрезе конструкции механизма формования;
фиг. 14 - схема способа генерирования модели прогнозирования овальности по другому варианту выполнения настоящего изобретения;
фиг. 15 - схема способа управления овальностью стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения;
фиг. 16 - схема конфигурации устройства для прогнозирования овальности стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Этап изготовления стальной трубы
На фиг. 1 показана схема этапа изготовления стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения. Как показано на фиг. 1, на этапе изготовления стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения в качестве материала используется толстый стальной лист, изготавливаемый на этапе прокатки толстого листа, который является этапом предварительной обработки перед этапом изготовления стальной трубы. В данном случае толстый стальной лист имеет предел текучести 245 - 1050 МПа, предел прочности при растяжении 415 - 1145 МПа, толщину 6,4 - 50,8 мм, ширину 1200 - 4500 мм и длину 10 - 18 м. Кроме того, конец толстого стального листа в направлении ширины предварительно шлифуется для получения фаски, именуемой скосом. Этот этап выполняется для препятствования перегреву углового участка наружной поверхности конца листа в направлении ширины для стабилизации прочности сварки на последующем этапе сварки. Кроме того, поскольку ширина толстого стального листа оказывает влияние на наружный диаметр после формования стальной трубы, ширина регулируется до заданного диапазона с учетом предыстории деформации на последующих этапах.
Этап изготовления стальной трубы иногда включает в себя этап выполнения гибки концов посредством выполнения гибки концов стального листа в направлении ширины. На этапе гибки концов, выполняемом с помощью устройства для придания заготовке C-образной формы, выполняется обработка посредством гибки (также именуемой подгибкой) концов стального листа в направлении ширины. Устройство для придания заготовке C-образной формы содержит пару матриц, верхнюю и нижнюю, и пару зажимов, верхний и нижний, которые удерживают центральный участок стального листа в направлении ширины. Поскольку длина матрицы меньше длины стального листа, процесс гибки концов повторяется во время последовательной подачи стального листа в продольном направлении. Такой процесс гибки концов выполняется на обоих концах стального листа в направлении ширины. Поскольку прикладывание изгибающего момента к концам в направлении ширины в прессе для трехточечной гибки является затруднительным, этап гибки концов выполняется с предварительным прикладыванием деформации гибки указанными полуматрицами. Это позволяет уменьшить овальность готовой стальной трубы. В данном случае примеры рабочих параметров для задания условий механической обработки включают в себя: ширину обработки посредством гибки концов, которая равна длине, на которой полуматрицы приходят в контакт со стальным листом от конца в направлении ширины стального листа в направлении центра в направлении ширины; усилие захватывания зажима; величину подачи стального листа, когда процесс обработки посредством гибки концов повторяется в продольном направлении стального листа, число подач и т.п.
Последующий этап гибки давлением является этапом обработки для получения формованной заготовки U-сечения посредством выполнения трехточечной гибки, многократно используя пуансон устройства для гибки давлением. Последующий этап уменьшения зазора под сварку является этапом уменьшения зазора под сварку в формованной заготовке, имеющей U-образное сечение, используя устройство для придания заготовке O-образной формы для формования открытой трубы. Следует отметить, что способ формования с замыканием, описанный в Патентной литературе 4, может использоваться вместо устройства для придания заготовке O-образной формы. Последующий этап сварки является этапом ограничения участка зазора под сварку, образованного на конце открытой трубы, так чтобы концы могли контактировать друг с другом, и соединения концов друг с другом. На этом этапе из формованной заготовки изготавливают стальную трубу, имеющие концы, соединенные друг с другом. Последующий этап экспандирования трубы является этапом использования устройства экспандирования, содержащего множество инструментов для экспандирования трубы, каждый из которых имеет криволинейную поверхность, полученную делением дуги на множество участков для экспандирования стальной трубы посредством приведения криволинейной поверхности в контакт с внутренней поверхностью трубы. На этапе проверки изготовленной таким образом стальной трубы проверяют, соответствует ли ее качество, а именно, свойства материала, внешний вид и размеры, установленным техническим условиям, после чего стальная труба отгружается в виде готового изделия. В настоящем варианте выполнения этап проверки включает в себя этап измерения овальности стальной трубы.
В настоящем варианте выполнения этап гибки концов, этап гибки давлением, этап уменьшения зазора под сварку и этап экспандирования трубы из группы этапов изготовления, включающих в себя формование стального листа для получения открытой трубы и этап экспандирования трубы, выполняемый после сварки, именуются «этапом обработки формованием». Эти этапы являются общими этапами регулирования размеров и формы стальной трубы посредством пластической деформации стального листа. Ниже со ссылкой на чертежи приведено подробное описание отдельных этапов, включенных в этап изготовления стальной трубы.
Этап гибки концов
Ниже со ссылкой на фиг. 12 и 13 приведено подробное описание устройства для придания заготовке C-образной формы, которое выполняет обработку посредством гибки концов. На фиг. 12 показан перспективный вид общей компоновки устройства для придания заготовке C-образной формы. Как показано на фиг. 12, устройство 30 для придания заготовке C-образной формы содержит: транспортирующий механизм 31, который транспортирует стальной лист S в продольном направлении, т.е. в направлении транспортирования; формующий механизм 32A, который выполняет гибку одного конца Sc листа в направлении ширины до получения заданной кривизны на стороне выхода стального листа S в качестве передней стороны в направлении ширины; формующий механизм 32B, который выполняет гибку другого конца Sd листа в направлении ширины до получения заданной кривизны; и внутренний механизм регулирования (не показан), который регулирует расстояние между формующими механизмами 32A и 32B слева и справа по ширине стального листа S, который подвергается обработке посредством гибки концов. Транспортирующий механизм 31 содержит множество приводимых во вращение транспортирующих роликов 31a, расположенных впереди и сзади формующих механизмов 32A и 32B. Следует отметить, что номер поз. Sa на чертеже обозначает начальный конец (передний конец в продольном направлении) стального листа S.
На фиг. 13(a) показан вид в разрезе формующего механизма 32A в направлении ширины, который выполняет обработку посредством гибки на одном конце Sc в направлении ширины стального листа S, если смотреть в направлении от стороны входа к стороне выхода в направлении транспортирования стального листа S. Формующий механизм 32A и формующий механизм 32B двусторонне-симметричны и имеют идентичную компоновку. Формующие механизмы 32A/32B содержат верхнюю полуматрицу 33 и нижнюю полуматрицу 34 в качестве пары полуматриц, обращенных друг к другу в вертикальном направлении, и гидравлический цилиндр 36 в качестве средства перемещения полуматрицы, которое выдвигает вверх нижнюю полуматрицу 34 вместе с держателем 35 инструмента (движется в направлении приближения к верхней полуматрице 33) и зажимает полуматрицы с заданным усилием сжатия. Формующие механизмы 32A и 32B могут содержать зажимной механизм 37, который захватывает стальной лист S c внутренней стороны от верхней полуматрицы 33 и нижней полуматрицы 34 в направлении ширины. Длина стального листа S в продольном направлении верхней полуматрицы 33 и нижней полуматрицы 34 меньше длины стального листа S. В этом случае обработка посредством гибки концов выполняется множество раз при периодической подаче стального листа S в продольном направлении транспортирующим механизмом 31 (см. фиг. 12).
На этапе гибки концов нижняя полуматрица 34, соприкасающаяся с поверхностью стального листа на наружной стороне в направлении гибки концов Sc и Sd в направлении ширины стального листа, который подвергается обработке посредством гибки концов, имеет формующую поверхность 34a, обращенную к верхней полуматрице 33. Верхняя полуматрица 33 имеет формующую поверхность 33a выпуклой криволинейной формы, обращенную к формующей поверхности 34a, и радиус кривизны, соответствующий внутреннему диаметру стальной трубы, подлежащей изготовлению. Формующая поверхность 34a имеет вогнутую криволинейную поверхность, приближающуюся к верхней полуматрице 33 с наружной стороны в направлении ширины. Однако, несмотря на то, что формующая поверхность 34a нижней полуматрицы 34 имеет форму вогнутой криволинейной поверхности, формующая поверхность может быть любой поверхностью, которая приближается к верхней полуматрице 33, когда она продолжается наружу в направлении ширины, и может быть наклонной плоскостью. Форма криволинейной поверхности верхней полуматрицы 33 и нижней полуматрицы 34 рассчитывается надлежащим образом соответственно толщине, наружному диаметру стальной трубы и т.п. стального листа S и может выбираться и использоваться соответственно заданному материалу.
На фиг. 13(b) показан вид в разрезе формующего механизма 32A в направлении ширины в таком же положении, как и на фиг. 13(a), отображающий состояние, в котором нижняя полуматрица 34 выдвигается вверх гидравлическим цилиндром 36 и зажимается. Нижняя полуматрица 34 выдвигается вверх гидравлическим цилиндром 36, и конец Sc стального листа S в направлении ширины подвергается обработке посредством гибки и формуется в соответствии с формой по направлению дугообразной формующей поверхности 33a верхней полуматрицы 33. Ширина, на которой выполняется гибка конца (ширина обработки посредством гибки конца), варьируется в зависимости от ширины стального листа S и, в общем, составляет приблизительно 100 - 400 мм.
Этап гибки давлением
На фиг. 2 показан пример этапа формования формуемой заготовки, имеющей U-образное сечение, используя устройство для гибки давлением. На чертеже номером поз. 1 обозначена матрица, расположенная на пути транспортировки стального листа S. Матрица 1 содержит элементы 1a и 1b в форме бруска, левый и правый, для поддержки стального листа S в двух местах в направлении транспортирования, и расстояние ΔD между указанными элементами может изменяться в зависимости от размера стальной трубы, подлежащей формованию. Кроме того, номером поз. 2 обозначен пуансон, который может перемещаться в направлении к матрице 1 и от нее. Пуансон 2 имеет: передний конец 2a пуансона, имеющий направленную вниз выпуклую обрабатывающую поверхность, которая непосредственно контактирует со стальным листом S и прикладывает к нему давление, придавая стальному листу вогнутую форму; и опору 2b пуансона, которая соединена с задней поверхностью переднего конца 2a пуансона и поддерживает передний конец 2a пуансона. Максимальная ширина переднего конца 2a пуансона равна ширине (толщине) опоры 2b пуансона.
При выполнении обработки посредством гибки стального листа S, используя устройство для гибки давлением, имеющее вышеописанную конструкцию, стальной лист S помещают на матрицу 1, и формование трехточечной гибкой последовательно выполняется пуансоном 2 с обеих сторон стального листа S в направлении ширины к центральному участку, как показано на фиг. 3, при периодической подаче стального листа S с заданной величиной подачи. На фиг. 3 представлен этап формования формуемой заготовки S1, показанной в правом ряду (j), на котором стальной лист S, предварительно обработанный посредством гибки концов, обрабатывается в направлении сверху вниз в левом ряду (первая половина обработки (a) - e)) и затем обрабатывается в направлении сверху вниз в центральном ряду (вторая половина обработки (f) - i)) с помощью операций, включающих в себя обработку посредством гибки и подачу стального листа S. На фиг. 3 стрелки возле стального листа S и пуансона 2 указывают направления движения стального листа S и пуансона 2 на отдельных этапах. В формованной заготовке S1, имеющей U-образное сечение в результате обработки на этом этапе, зазор между концами именуется «зазором под сварку».
В настоящем документе примеры рабочих параметров для установления рабочих условий на этапе гибки давлением включают в себя число нажатий, информацию о месте формования, величину вдавливания при формовании, расстояние между элементами нижней полуматрицы, кривизну пуансона и т.п.
Число нажатий относится к общему числу нажатий на стальной лист в направлении ширины при формовании трехточечной гибкой. Большее число нажатий обеспечивает получение более плавной криволинейной формы формуемой заготовки, имеющей U-образное сечение, и большее уменьшение овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы.
Информация о месте формования относится к месту в направлении ширины стального листа, подлежащего формованию пуансоном. В частности, указанное место может определяться расстоянием от одного конца стального листа в направлении ширины или расстоянием на основе центрального участка стального листа в направлении ширины. Информация о месте формования предпочтительно обрабатывается в виде данных, связанных с числом нажатий (последовательности, включающие в себя число нажатий от первого до N-го).
Величина вдавливания при формовании относится к величине перемещения пуансона 2 в каждом месте вдавливания при формовании. Величина вдавливания при формовании определяется как величина, на которую нижняя концевая поверхность переднего конца 2a пуансона выступает вниз от линии, соединяющей точки самых верхних поверхностей матрицы 1, показанной на фиг. 2. В этом случае, поскольку величина перемещения переднего конца 2a пуансона может задаваться индивидуально для каждого нажатия, предпочтительно, чтобы число нажатий и величина вдавливания при формовании обрабатывались как связанные данные. Таким образом, когда число нажатий равно N, рабочее состояние на этапе гибки давлением определяется набором данных от 1 до N с числом нажатий, информацией о месте формования и величиной вдавливания при формовании в виде одной группы набора данных. Причина, по которой используются указанные наборы данных, состоит в том, что за счет частичного изменения места формования и величины перемещения пуансона на этапе гибки давлением вся форма сечения трубы в состоянии открытой трубы изменяется, что оказывает влияние на овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы. Вместе с тем нет необходимости использовать все N наборов данных в качестве входных переменных модели прогнозирования овальности, которая будет описана ниже. Допускается использование способа выбора условия, оказывающего большое влияние на овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы и генерирование модели прогнозирования овальности, используя информацию о месте формования и величину вдавливания при формовании в начале (первый раз) или конце (N-ый раз) этапа гибки давлением.
Расстояние между элементами нижней полуматрицы является расстоянием между элементами 1a и 1b в форме брусков, левым и правым, показанными на фиг. 2, и является параметром, обозначенным ΔD на чертеже. Увеличение расстояния между элементами нижней полуматрицы изменяет локальную кривизну стального листа даже при одной и той же величине вдавливания при формовании и оказывает влияние на овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы. Таким образом, предпочтительно использовать расстояние между элементами нижней полуматрицы, заданное в зависимости от размера стальной трубы, подлежащей формованию, в качестве рабочего параметра на этапе гибки давлением. Кроме того, в случае, когда расстояние между элементами нижней полуматрицы каждый раз изменяется, данные, связанные с числом нажатий, могут использоваться в качестве рабочих параметров.
Кривизна пуансона относится к кривизне переднего конца пуансона, используемого для формования. Увеличение кривизны пуансона также увеличивает локальную кривизну стального листа во время формования трехточечной гибкой, оказывая влияние на овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы. Однако, поскольку при формовании одного стального листа сложно изменять кривизну для каждого нажатия, предпочтительно использовать кривизну пуансона, заданную согласно размеру стальной трубы, подлежащей формованию, в качестве рабочего параметра на этапе гибки давлением.
Этап уменьшения зазора под сварку
Этап уменьшения зазора под сварку является этапом уменьшения зазора под сварку формованной заготовки, имеющей U-образное сечение и образованной на этапе гибки давлением, и прикладывания изгибающего усилия и сжимающего усилия для приближения друг к другу концов формованной заготовки U-образного сечения. В этом случае, несмотря на прикладывание изгибающего усилия или сжимающего усилия к формованной заготовке U-образного сечения, зазор под сварку увеличивался бы из-за пружинения при снятии нагрузки. Таким образом, принимая в расчет явление пружинения, прикладывается значительное изгибающее усилие или сжимающее усилие для обеспечения деформации и изменения U-образного сечения формованной заготовки в целом в продольном направлении.
На фиг. 4 показана конструкция устройства для придания заготовке O-образной формы, используемого на этапе уменьшения зазора под сварку. Как показано на фиг. 4(a), благодаря использованию верхней полуматрицы 3 и нижней полуматрицы 4, устройство для придания заготовке O-образной формы прикладывает деформацию сжатия в продольном направлении формованной заготовки S1, имеющей U-образное сечение. В этом случае поверхности верхней полуматрицы 3 и нижней полуматрицы 4, контактирующие с формованной заготовкой S1, имеющей U-образное сечение, обрабатываются таким образом, чтобы они имели форму криволинейной поверхности. Благодаря сближению верхней полуматрицы 3 и нижней полуматрицы 4 друг с другом нижний участок формованной заготовки S1, имеющей U-образное сечение, удерживается вдоль криволинейной поверхности нижней полуматрицы 4. Верхний участок формованной заготовки S1, содержащий концы, воспринимает изгибающее усилие и сжимающее усилие, создаваемые верхней полуматрицей 3, для сближения концов друг с другом вдоль криволинейной поверхности верхней полуматрицы 3. Это временно уменьшает зазор под сварку между концами, обращенными друг к другу в окружном направлении. В дальнейшем после снятия давления матрицы зазор под сварку в результате пружинения расширяется, и определяется окончательная величина просвета на участке G зазора под сварку в открытой трубе S2, как показано на фиг. 4(b). В этом случае величина вдавливания при O-формовании является величиной, которую получают вычитанием расстояния между самой верхней точкой вписанной поверхности верхней полуматрицы 3 и самой нижней точкой вписанной поверхности нижней полуматрицы 4 во время перемещения матрицы от заданного наружного диаметра стальной трубы. Этот показатель также именуется показателем уменьшения зазора под сварку при O-формовании.
Здесь примеры рабочих параметров для задания рабочих условий на этапе уменьшения зазора под сварку помимо величины вдавливания при O-формовании включают в себя место вдавливания при O-формовании, R матрицы при O-формовании и т.п.
Место вдавливания при O-формовании относится к углу, образованному вертикальной линией и линией, соединяющей конец участка зазора под сварку формованной заготовки S1, имеющей U-образное сечение, и место в центре формованной заготовки S1 в направлении ширины. Кроме того, R матрицы для O-формования относится к кривизне области верхней полуматрицы 3 и нижней полуматрицы 4, контактирующей с формованной заготовкой S1. Чем больше величина вдавливания при O-формовании в устройстве для придания заготовке O-образной формы, тем больше кривизна формованной заготовкой S1 вокруг положений «3 часа» и «9 часов», что уменьшает овальность готовой стальной трубы.
С другой стороны, при использовании способа замыкающего формования вместо устройства для придания заготовке O-образной формы, устройство для замыкающего формования, показанное на фиг. 5, используется в качестве устройства для формования открытой трубы S2 из формованной заготовки S1. Как показано на фиг. 5, устройство для замыкающего формования содержит нижние инструменты 10a и 10b. Нижние инструменты 10a и 10b расположены с интервалами друг от друга, и каждый из них содержит приводной механизм, способный реверсировать направление вращения. Кроме того, нижние инструменты 10a и 10b поддерживаются пружинными средствами 11a и 11b и т.п. Верхний инструмент 13, содержащий пуансон 12, расположен таким образом, что он обращен к нижним инструментам 10a и 10b. С наружной стороны с помощью пуансона 12 к формованной заготовке S1, имеющей U-образное сечение, прикладывается толкающее усилие.
Формованная заготовка S1, имеющая U-образное сечение, формуется для получения открытой трубы S2 с помощью двух этапов. На первом этапе место формования формованной заготовки S1 располагается с помощью поворотных инструментов 10a и 10b таким образом, что область R1, которая расположена с правой стороны от участка G зазора под сварку, и заданная область прикладывания деформации изгиба располагаются вблизи положения «три часа», как схематично показано с помощью штрих-пунктирной линии. В дальнейшем с помощью пуансона 12 прикладывается толкающее усилие, и после прикладывания толкающего усилия выполняется снятие нагрузки пуансона 12. Далее сходным образом с первым этапом выполняется операция на втором этапе, на котором место формования располагается таким образом, что область R2, которая расположена с левой стороны от участка G зазора под сварку, и заданная область прикладывания деформации изгиба располагаются вблизи положения «девять часов». После этого с помощью пуансона 12 прикладывается толкающее усилие, и после прикладывания толкающего усилия выполняется снятие нагрузки пуансона 12, в результате чего из формованной заготовки S1 получают открытую трубу S2.
Положение формования на первом и втором этапах обозначено углом из линии, соединяющей центр участка G зазора под сварку и центральное место стального листа в направлении ширины (угол, образованный штрих-пунктирной линией и вертикальной линией на фиг. 5). Толкающее усилие на первом и втором этапах относится к усилию формования, прикладываемому к формованной заготовке S1 пуансоном 12.
Этап сварки
В дальнейшем торцевые поверхности участка с зазором под сварку открытой трубы S2 стыкуются друг с другом и свариваются в сварочной машине (соединительном средстве) для получения стальной трубы. Используемая сварочная машина (соединительное средство) является, например, устройством, содержащим сварочные машины трех типов, т.е. сварочную машину для сварки труб прихваточным швом, сварочную машину для сварки внутренней поверхности труб и машину для сварки наружной поверхности труб. В этих сварочных машинах сварочная машина для сварки труб прихваточным швом непрерывно приводит поверхности, стыкуемые с помощью формующих валков, в плотный контакт друг с другом при соответствующем взаимном расположении и сваривает участок плотного контакта по всей длине в направлении оси трубы. Далее труба, сваренная прихваточным швом, сваривается (дуговой сваркой под флюсом) со стороны внутренней поверхности состыкованного участка с помощью сварочной машины для сварки внутренней поверхности труб и затем сваривается (дуговой сваркой под флюсом) со стороны наружной поверхности состыкованного участка с помощью сварочной машины для сварки наружной поверхности труб.
Этап экспандирования трубы
Стальная труба, имеющая сваренный участок с зазором под сварку, обрабатывается таким образом, что устройство для экспандирования трубы вставляется в стальную трубу для экспандирования диаметра стальной трубы (именуемого экспандированием трубы). На фиг. 6(a) - 6(c) показан пример конструкции устройства для экспандирования трубы. Как показано на фиг. 6(a), устройство для экспандирования трубы содержит множество сегментов 16 для экспандирования трубы, имеющих криволинейные поверхности, полученные посредством деления дуги на множество дуг в окружном направлении конической наружной периферийной поверхности 17. При экспандировании стальной трубы, используя устройство для экспандирования трубы, как показано на фиг. 6(b) и 6(c), сегмент 16 для расширения трубы сначала выравнивается с местом начала экспандирования трубы посредством перемещения стальной трубы P, используя устройство для перемещения стальной трубы. Далее посредством отведения тяговой штанги 18 из начального положения экспандирования трубы выполняется первая обработка для экспандирования трубы. Это позволяет каждому из сегментов 16 для экспандирования трубы в скользящем контакте с конической наружной периферийной поверхностью 17 перемещаться в радиальном направлении за счет клинового действия, экспандируя стальную трубу P. Это уменьшает уровень неправильности формы сечения стальной трубы P, приближая форму сечения стальной трубы P к идеальной круглой форме. Далее, тяговая штанга 18 выдвигается в исходное положение экспандирования трубы для возврата сегментов 16 для экспандирования трубы внутрь в вертикальном осевом направлении с помощью механизма высвобождения, и после этого стальная труба P дополнительно перемещается на расстояние, соответствующее шагу (длине по оси) сегментов 16 для экспандирования трубы. Сегменты 16 для экспандирования трубы регулируются согласно новым местам экспандирования трубы, и затем вышеописанная операция повторяется. Это позволяет выполнять первую обработку для экспандирования трубы по всей длине стальной трубы P в соответствии с шагом сегментов 16 для экспандирования трубы.
Примеры рабочих параметров для определения рабочих условий этапа экспандирования трубы включают в себя коэффициент экспандирования трубы, число сегментов для экспандирования трубы и диаметр сегментов для экспандирования трубы. Коэффициент экспандирования трубы относится к отношению разницы между наружным диаметром после экспандирования трубы и наружным диаметром перед экспандированием трубы к наружному диаметру перед экспандированием трубы. Наружный диаметр перед экспандированием трубы и после экспандирования трубы может быть подсчитан посредством измерения окружной длины стальной трубы. Коэффициент экспандирования трубы может регулироваться посредством величины хода, когда сегменты для экспандирования трубы расширяются в радиальном направлении. Число сегментов для экспандирования трубы относится к числу сегментов, которые упираются в стальную трубу, расположенную в окружном направлении, когда выполняется экспандирование трубы. Диаметр сегмента для экспандирования трубы относится к кривизне участка каждого сегмента для экспандирования трубы, который упирается в стальную трубу.
Наряду с этими параметрами, рабочий параметр, который может легко регулировать овальность после этапа экспандирования трубы, является коэффициентом экспандирования трубы. Увеличение коэффициента экспандирования трубы равномерно по всей окружности трубы согласно R сегментов для экспандирования трубы позволяет уменьшить овальность. Чем больше число сегментов для экспандирования трубы, тем большее локальное изменение кривизны в окружном направлении стальной трубы может сдерживаться, позволяя достичь удовлетворительной овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы. Однако, с другой стороны, излишне высокий коэффициент экспандирования трубы мог бы снизить предел текучести при сжатии готовой стальной трубы из-за эффекта Баушингера. Когда стальная труба используется в качестве трубы для трубопровода, в окружном направлении трубы действуют высокие напряжения сжатия. Таким образом, материал стальной трубы должен иметь высокий предел текучести при сжатии, и увеличение коэффициента экспандирования трубы более, чем это необходимо, является неприемлемым. Соответственно, коэффициент экспандирования трубы в реальных условиях задается таким образом, чтобы овальность стальной трубы находилась в пределах заданной величины при коэффициенте экспандирования трубы ниже заданного верхнего предельного значения коэффициента экспандирования трубы.
Этап измерения овальности
На этапе проверки в качестве последнего этапа изготовления стальной трубы проверяют качество стальной трубы и измеряют овальность стальной трубы. Овальность, измеряемая на этапе измерения овальности, является показателем, представляющим степень отклонения формы наружного диаметра стальной трубы от идеальной окружности. Как правило, чем ближе овальность к нулю, тем ближе форма сечения стальной трубы к идеальной окружности. Овальность вычисляется на основе информации о наружном диаметре стальной трубы, измеряемом с помощью устройства для измерения овальности. Например, труба разделяется на равные части в окружном направлении в определенном месте по длине трубы, после чего измеряются наружные диаметры в противолежащих местах. Когда из числа указанных диаметров максимальный диаметр и минимальный диаметр определяются как Dmax и Dmin, соответственно, овальность может быть определена как Dmax - Dmin. Чем больше число разделений на равные части, тем более меньшие неправильности формы стальной трубы после этапа экспандирования могут быть числовым показателем, что является предпочтительным. В частности, предпочтительно использовать информацию применительно к разделению на 4 - 36000 равных частей. Более предпочтительно использовать деление не 360 или более равных частей.
Кроме того, место в продольном направлении стальной трубы, заданное для измерения овальности, может выбираться произвольно. Может быть измерена овальность вблизи конца в продольном направлении стальной трубы или может быть измерена овальность на центральном участке в продольном направлении стальной трубы. Кроме того, может быть выбрано множество мест измерения овальности из продольного направления стальной трубы для измерения овальности в каждом месте или может быть получено среднее значение овальности, измеренное во множестве мест в продольном направлении. Однако овальность необязательно должна быть представлена разницей между максимальным диаметром и минимальным диаметром. Также допускается использовать способ расчета эквивалентной временной идеальной окружности (диаметра), имеющей такую же площадь, как и площадь внутри кривой фигуры, представляющей форму наружного диаметра стальной трубы на непрерывной диаграмме и определяющей область, отклоняющуюся от формы наружного диаметра стальной трубы в форме изображения на основе временной идеальной окружности. В качестве средства измерения формы наружного диаметра стальной трубы, к примеру, могут использоваться следующие способы.
(a) Как показано на фиг. 7(a), с помощью устройства, содержащего штангу 20, которая может вращаться на 360 градусов относительно, по существу, центральной оси стальной трубы P, щупы 21a и 21b перемещения, прикрепленные к дальнему концу штанги 20, и датчик 22 угла вращения, который определяет угол вращения поворотного вала штанги 20, измеряется расстояние между центром вращения штанги 20 и точкой измерения на наружной периферии стальной трубы P с помощью щупов 21a и 21b перемещения для каждого угла вращения штанги 20 в минутах, после чего определяется форма наружного диаметра стальной трубы P на основе измеренного значения.
(b) Как показано на фиг. 7(b), с помощью устройства, содержащего поворотную штангу 25, которая вращается относительно центральной оси стальной трубы P, раму (не показана), которая расположена на торцевой стороне поворотной штанги 25 и может перемещаться в радиальном направлении стального листа P, пару прижимных роликов 26a и 26b, которые приходят в контакт с наружной поверхностью и внутренней поверхностью конца стального листа P и вращаются при вращении при вращении поворотной штанги 25, и пару нажимных пневматических цилиндров, прикрепленных к раме, которые прижимают прижимные ролики 26a и 26b к наружной поверхности и внутренней поверхности стальной трубы P, форма наружного диаметра стальной трубы определяется на основе величины перемещения в радиальном направлении рамы и мест формования прижимными роликами 26a и 26b с помощью отдельных нажимных пневматических цилиндров.
В настоящем варианте выполнения за счет сравнения результата прогнозирования овальности, полученного с помощью модели прогнозирования овальности, описанной ниже, с измеренной величиной овальности, полученной на этапе проверки, описанном выше, можно подтвердить точность прогнозирования овальности. Таким образом, что касается результата прогнозирования с помощью модели прогнозирования овальности, описанной ниже, также можно повысить точность прогнозирования посредством добавления фактической величины погрешности прогнозирования к результату прогнозирования с помощью модели прогнозирования овальности.
Способ генерирования модели прогнозирования овальности
На фиг. 8 представлена схема, на которой показан способ генерирования модели прогнозирования овальности по варианту выполнения настоящего изобретения. Блок 100 генерирования модели прогнозирования овальности собирает фактические данные из атрибутивной информации о стальном листе, используемом в качестве материала, фактические рабочие данные из этапа гибки давлением, фактические рабочие данные из этапа уменьшения зазора под сварку и фактические рабочие данные об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, после чего генерирует модель M прогнозирования овальности с помощью машинного обучения.
Фактические данные из атрибутивной информации о стальном листе передаются из главного компьютера 110 в блок 100 генерирования модели прогнозирования овальности. Однако данные могут передаваться в блок 100 генерирования модели прогнозирования овальности с помощью процедуры измерения атрибутивной информации о стальном листе перед началом формования на этапе гибки давлением и ввода результата с терминала или т.п. Кроме того, фактические рабочие данные из этапа гибки давлением, фактические рабочие данные из этапа уменьшения зазора под сварку и фактические рабочие данные об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы передаются в блок 100 генерирования модели прогнозирования овальности и накапливаются в базе данных 100a в форме, связанной с данными для каждого заданного материала, определяемыми номером изделия, обозначением изделия и т.п. Кроме того, фактические рабочие данные из этапа экспандирования трубы могут добавляться в базу данных 100a. Фактические рабочие данные , подлежащие добавлению в базу данных 100a, могут быть различного рода данными, которые могут собираться в качестве фактических данных. Это связано с тем, что информация, которая не используется для получения фактических данных в генерировании модели M прогнозирования овальности с помощью машинного обучения, может использоваться, когда модель M прогнозирования овальности снова генерируется позднее, что позволяет устранить необходимость повторного накапливания данных.
На фиг. 14 представлена схема, на которой показан другой вариант выполнения способа генерирования модели прогнозирования овальности. Эта схема является примером случая, когда фактические рабочие данные из каждого этапа изготовления собираются и накапливаются в базе данных блока генерирования модели прогнозирования овальности для этапа изготовления, включающего в себя этап гибки концов перед этапом гибки давлением в качестве этапа обработки для формования стальной трубы.
Количество блоков фактических данных, подлежащих накоплению в базе данных 100a, описанной выше, должно составлять, по меньшей мере, 10 или больше, предпочтительно, 100 или больше, или более предпочтительно, 1000 или больше. Это связано с тем, что чем больше количество блоков данных в качестве основы модели машинного обучения, тем выше является точность прогнозирования овальности после этапа экспандирования трубы. В настоящем варианте выполнения благодаря использованию базы данных 100a, создаваемой таким образом, блок 100b машинного обучения генерирует модель M прогнозирования овальности с помощью машинного обучения, в котором, по меньшей мере, один или несколько блоков фактических данных, выбранных из атрибутивной информации о стальном листе, один или несколько блоков фактических данных, выбранных из фактических рабочих данных из этапа гибки давлением и один или несколько блоков фактических данных, выбранных из фактических рабочих данных из этапа уменьшения зазора под сварку, используются в качестве фактических входных данных, и фактические данные об овальности стального листа после этапа экспандирования трубы на этапе изготовления стальной трубы, использующего фактические входные данные, используются в качестве фактических выходных данных. Кроме того, один или больше блоков фактических данных, выбранных из фактических рабочих данных из этапа экспандирования трубы, при необходимости могут быть добавлены к фактическим входным данным. Кроме того, когда этап гибки концов выполняется перед этапом гибки давлением, один или несколько блоков фактических данных, выбранных из фактических рабочих данных из этапа гибки концов, могут быть добавлены к фактическим входным данным.
Способ машинного обучения может быть известным способом обучения. Машинное обучение внедряется посредством использования, например, известного способа машинного обучения, такого как нейронная сеть. Примеры других способов включают в себя древовидную схему решений, случайный лес и регрессию опорных векторов. Кроме того, можно использовать единую модель, сочетающую в себе множество моделей. Кроме того, также допускается генерирование в качестве модели M прогнозирования овальности модель машинного обучения, которая определяет, находится ли значение в заданном допустимом диапазоне овальности, вместо величины овальности, и которая использует данные, полученные путем преобразования результата приемлемо/неприемлемо в качестве фактических выходных данных. Может использоваться модель классификации, такая как метод k-ближайших соседей или логистическая регрессия. Кроме того, база данных 100a может накапливать необходимые фактические рабочие данные и периодически (например, ежемесячно) обновлять модель M прогнозирования овальности. Это повышает точность прогнозирования модели M прогнозирования овальности.
Модель M прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, генерируемая, как описано выше, имеет следующие характеристики. В качестве атрибутивной информации о стальном листе, например, предел текучести, толщина листа и т.п. имеют определенный уровень колебания при изготовлении стального листа в качестве материала, что оказывает влияние на кривизну стального листа и кривизну после снятия нагрузки во время толкания пуансона при формовании трехточечной гибкой на этапе гибки давлением. Таким образом, используя атрибутивную информацию об указанных стальных листах в качестве входных параметров для модели M прогнозирования овальности после этапа экспандирования трубы, может быть принято в расчет влияние предела текучести, толщины листа и т.п. на овальность. Кроме того, этап уменьшения зазора под сварку является этапом прикладывания изгибающего усилия и сжимающего усилия, используя матрицу или т.п., а также изменений кривизны стального листа после снятия нагрузки в зависимости от предела текучести, толщины листа и т.п. и, таким образом, указанная информация должна использоваться в качестве входных параметров модели M прогнозирования овальности.
Кроме того, поскольку этап гибки давлением является этапом выполнения непрерывной обработки посредством прикладывания кривизны множество раз в направлении ширины стального листа, локальное распределение кривизны происходит в направлении ширины. После этого, когда на этапе уменьшения зазора под сварку прикладывается комбинированная деформация сжатия и изгиба, изгибающий момент, прикладываемый на этапе уменьшения зазора под сварку, распределяется локально согласно локальному распределению кривизны стального листа, прикладываемой на этапе гибки давлением, сходным образом со случаем, когда изгибающий момент, действующий на балку, именуемую «криволинейной балкой», варьируется в зависимости от кривизны балки. Это приводит к тому, что рабочие условия этапа гибки давлением оказывают влияние на распределение кривизны в направлении ширины стального листа после этапа уменьшения зазора под сварку. В этом отношении важно использовать оба рабочих параметра этапа гибки давлением и этапа уменьшения зазора под сварку в качестве входных параметров для модели M прогнозирования овальности.
Например, на фиг. 9 показаны результаты измерения овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы (с одним и те же заданием рабочих условий этапа экспандирования трубы), изменяя показатель уменьшения зазора под сварку при O-формовании с помощью устройства для придания заготовке O-образной формы на этапе уменьшения зазора под сварку, при условии, что число нажатий при формовании на этапе гибки давлением задано равным девяти при изготовлении стальной трубы с наружным диаметром 30 дюймов и толщиной стенки трубы 44,5 мм. На фиг. 9 показаны результаты изменения величины вдавливания (величины вдавливания при окончательном проходе) во время последнего (девятого) нажатия на трех уровнях, используя одинаковые настройки для других рабочих условий на этапе гибки давлением.
Как показано на фиг. 9, в качестве величины формования на этапе уменьшения зазора под сварку существует оптимальное значение для приведения к нулю величины, используемой в качестве показателя овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, но оптимальное значение варьируется в зависимости от рабочих условий на этапе гибки давлением. Другими словами, ясно, что для уменьшения овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы существует необходимость изменения рабочих условий этапа уменьшения зазора под сварку в зависимости от рабочих условий этапа гибки давлением, при этом отсутствует возможность задания соответствующих рабочих условий только посредством фокусирования внимания на том, что рабочие условия этапа гибки давлением и этапа уменьшения зазора под сварку оказывают влияние на овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы в качестве независимых параметров. Ниже приведено описание параметров, используемых для машинного обучения.
Атрибутивная информация о стальном листе
Необходимая атрибутивная информация о стальном листе, используемом в качестве материала, может быть любым параметром, оказывающим влияние на овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы, таким как предел текучести стального листа, предел прочности при растяжении, модуль упругости при растяжении, толщина листа, распределение толщины в плоскости листа, распределение предела текучести в направлении толщины стального листа, степень эффекта Баушингера и шероховатость поверхности. В частности, желательно использовать в качестве показателя фактор, оказывающий влияние на состояние деформации и пружинение стального листа при формовании трехточечной гибкой на этапе гибки давлением, и фактор, оказывающий влияние на состояние деформации и пружинение стального листа при обработке посредством сжатия/гибки на этапе уменьшения зазора под сварку.
Предел текучести стального листа, распределение предела текучести в направлении толщины стального листа и толщина листа оказывают прямое влияние на состояние напряжений и деформации при формовании трехточечной гибкой. Предел прочности при растяжении является параметром, отображающим состояние деформационного упрочнения при обработке гибкой, и оказывает влияние на напряженное состояние во время деформации изгиба. Эффект Баушингера оказывает влияние на предел текучести и последующие характеристики деформационного упрочнения при реверсировании нагрузки из-за деформации изгиба и оказывает влияние на напряженное состояние из-за деформации изгиба. Кроме того, модуль упругости при растяжении стального листа оказывает влияние на характеристики пружинения после обработки посредством гибки. Кроме того, распределение толщины в плоскости листа генерирует распределение кривизны изгиба на этапе гибки давлением, и шероховатость поверхности оказывает влияние на состояние трения между матрицей и стальным листом на этапе уменьшения зазора под сварку, что влияет на овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы.
Из этих блоков атрибутивной информации особенно предпочтительным является использование предела текучести, репрезентативной толщины листа, информации о распределении толщины листа и репрезентативной ширины листа. Указанные параметры, которые являются информацией, измеряемой на этапе контроля качества прокатки толстого листа, который является этапом изготовления стального листа, используемого в качестве материала, оказывают влияние на характеристики деформации на этапе гибки давлением и этапе уменьшения зазора под сварку, а также оказывают влияние на овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы. Кроме того, такое влияние связано с тем, что атрибутивная информация изменяется в отношении каждого листа, используемого в качестве материала.
Предел текучести является информацией, которая может быть получена из испытания на растяжение небольшого образца для обеспечения качества, взятого от толстого стального листа, используемого в качестве материала, и может выть репрезентативной величиной в плоскости стального листа, используемого в качестве материала. Кроме того, репрезентативная толщина листа является толщиной листа, представляющей толщину листа в плоскости стального листа, используемого в качестве материала, и может быть толщиной центрального участка в направлении ширины стального листа в произвольном месте в продольном направлении или средней величиной толщины листа в продольном направлении. Кроме того, средняя величина толщины листа по всей плоскости стального листа может быть получена и использована в качестве репрезентативной толщины листа. Помимо этого, информация о распределении толщины листа относится к информации, представляющей распределение толщины листа в направлении ширины стального листа. Типичным примером является утолщение, встречающееся в стальном листе. Утолщение представляет собой различие в толщине листа между центральным участком стального листа в направлении ширины и местом на удалении от конца стального листа в направлении ширины на заданном расстоянии (например, 100 мм, 150 мм и т.п.). Однако информация о распределении толщины листа этим не ограничивается, и в качестве информации о распределении толщины листа может использоваться коэффициент из приближенного выражения, полученного путем приблизительного расчета распределения толщины листа в направлении ширины с квадратичной или более высокой функцией. Такая репрезентативная толщина листа и информация о распределении толщины листа могут быть получены из данных, измеряемых толщиномером во время прокатки на этапе прокатки толстого листа, или могут быть данными, измеряемыми на этапе проверки толстого стального листа.
Репрезентативная ширина листа является репрезентативной величиной, относящейся к ширине стального листа, используемого в качестве материала. Следует принять во внимание колебание ширины толстого стального листа, используемого в качестве материала, или же ширина стального листа варьируется, когда конце листа шлифуется для получения скоса, что влияет на колебание точности наружного диаметра изделия в виде стальной трубы. Величина репрезентативной ширины листа может быть шириной в произвольном месте в продольном направлении стального листа или может быть средней величиной ширин в продольном направлении. Предпочтительным является измерение реальной ширины стального листа перед этапом гибки давлением и использование измеренной величины.
Рабочие параметры для этапа гибки концов
Когда рабочие параметры этапа гибки концов используются для ввода данных модели прогнозирования овальности, параметр для определения формы, образуемой формующей поверхностью 33a верхней полуматрицы 33, и формы, образуемой формующей поверхностью 34a нижней полуматрицы 34, который используется в устройстве 30 для придания заготовке C-образной формы, может использоваться в качестве рабочего параметра. Кроме того, также допускается использование в качестве рабочих параметров ширины при обработке посредством гибки концов (ширины, которая подвергается формованию при гибке концов), величины подачи, направления подачи и числа подач стального листа, усилия толкания (усилия при C-формовании) и усилия захватывания зажимным механизмом 37 на этапе гибки конца. Это связано с тем, что указанные параметры являются факторами, оказывающими влияние на деформацию концов стального листа в направлении ширины на этапе гибки концов.
Следует принять во внимание случаи, когда форма, образованная формующей поверхностью 33a верхней полуматрицы 33, является формой, имеющей дуги с множеством радиусов кривизны в непрерывной форме, или форма является эвольвентой или т.п., допускающей использование параметра для определения геометрической формы сечения. Например, когда форма сечения образуется параболической формой, форма сечения может определяться посредством использования коэффициентов члена первого порядка и члена второго порядка квадратичного выражения, представляющего параболу, проходящую через начало отсчета, и, таким образом, коэффициент может использоваться в качестве рабочего параметра для этапа гибки конца.
С другой стороны, в случае, когда предусматривается множество матриц для получения формы, образуемой формующей поверхностью 33a верхней полуматрицы 33, и матрицы соответствующим образом заменяются и используются согласно условиям, таким как наружный диаметр, толщина стенки и тип стали для изготовления стальной трубы, номер матрицы для определения матрицы, используемой на этапе гибки конца, может использоваться в качестве рабочего параметра этапа гибки конца.
Рабочие параметры этапа гибки давлением
В настоящем варианте выполнения рабочий параметр для этапа гибки давлением используется для ввода данных модели прогнозирования овальности. Рабочие параметры для этапа гибки давлением могут быть различными параметрами, оказывающими влияние на величины локальной кривизны гибки стального листа и их распределение в направлении ширины стального листа, такими как вышеописанные число нажатий при формовании трехточечной гибкой, информация о месте формования, величина вдавливания при формовании, расстояние между элементами нижней полуматрицы и кривизна пуансона. В частности, предпочтительным является использование информации, включающей в себя всю информацию о месте формования и величине вдавливания при формовании во время функционирования пуансона, формующего стальной лист, и число нажатий на этапе гибки давлением. Способ, представленный на фиг. 10, может быть приведен в качестве примера случая, включающего в себя все указанные блоки информации. На фиг. 10(a) и 10(b) представлен пример места вдавливания при формовании и величины вдавливания при формовании, когда пуансон выполняет 16 вдавливаний/10 вдавливаний в стальных листах, имеющих одинаковую ширину. Место вдавливания при формовании является информацией, указывающей расстояние от базового конца стального листа в направлении ширины, и используется в качестве информации о месте вдавливания при формовании. Кроме того, величина вдавливания при формовании соответствует каждому месту вдавливания при формовании, и данные «число вдавливаний», «место вдавливания при формовании» и «величина вдавливания при формовании» могут быть объединены в набор данных. В примерах, показанных на фиг. 10(a) и 10(b), рабочие параметры этапа гибки давлением определяются 16 наборами данных и 10 наборами данных с числом нажатий 16 и 10, соответственно.
В настоящем варианте выполнения такой набор данных используется в качестве входных данных модели прогнозирования овальности в следующей форме. Например, в качестве входных данных модели прогнозирования овальности можно использовать место вдавливания при формовании и величину вдавливания при формовании при выполнении вдавливания при формовании в наиболее близком месте к концу на одном конце стального листа и можно использовать место вдавливания при формовании и величину вдавливания при формовании в наиболее близком месте к концу на другом конце стального листа. Когда величина вдавливания при формовании на одном конце стального листа увеличивается при формовании трехточечной гибкой, величины кривизны на участках стальной трубы на фиг. 2, соответствующих примерно положению «один час», и участке, соответствующем приблизительно положению «семь часов», увеличиваются, что ведет к получению формованной заготовки, имеющей U-образное сечение в целом с формой большой длины в горизонтальном направлении. Кроме того, чем ближе место вдавливания при формовании к концу стального листа, тем ниже место участка зазора под сварку, что ведет к получению формованной заготовки, имеющей U-образное сечение в целом с формой большой длины в горизонтальном направлении. В результате стальная труба, подвергнутая формованию с получением открытой трубы и подвергнутая этапу сварки и этапу экспандирования трубы, также будет иметь в целом форму большой длины в горизонтальном направлении, что оказывает влияние на овальность. Кроме того, кривизна пуансона во время вдавливания при формовании, общее число вдавливаний при формовании и расстояние между элементами матрицы во время вдавливания при формовании также оказывают влияние на овальность после формования с получением открытой трубы.
Вместе с тем, посредством использования в качестве входных данных модели прогнозирования овальности всей информации о месте вдавливания при формовании и данных о величине вдавливания при формовании вместе с числом нажатий можно дополнительно повысить точность прогнозирования для модели прогнозирования овальности. Например, с учетом предположительного максимального числа нажатий данные о месте вдавливания при формовании и величине вдавливания при формовании сохраняются согласно числу нажатий в случае выполнения формования. Место вдавливания при формовании и величина вдавливания при формовании при последующей обработке без формования задаются равными нулю. Например, в предполагаемом случае, где максимальное предположительное число нажатий на фиг. 10(a) и 10(b) равно 16, и когда число нажатий равно 10. Данные о нажатии с 11-го по 16-ое, которые заданы равными нулю, будут входными данными для модели прогнозирования овальности. В качестве фактических рабочих данных на этапе гибки давлением число нажатий, место вдавливания при формовании и величина вдавливания при формовании являются информацией, необходимой для регулирования устройства гибки давлением, и, таким образом, могут использоваться величины, задаваемые главным компьютером. Однако в случае, где предусмотрено устройство измерения, которое измеряет место формования и величину формования пуансона, результаты измерения могут использоваться в качестве фактических рабочих данных.
Рабочие параметры этапа уменьшения зазора под сварку
В настоящем варианте выполнения рабочие параметры этапа уменьшения зазора под сварку используются для ввода данных в модель прогнозирования овальности. Когда на этапе уменьшения зазора под сварку используется устройство для придания заготовке O-образной формы, могут использоваться величина вдавливания при O-формовании, место вдавливания при O-формовании и R матрицы при O-формовании. В другом случае, где используется способ формования с замыканием, на каждом вышеописанном этапе используются место вдавливания для формования с замыканием и усилие толкания для формования с замыканием. В частности, когда используется устройство для придания заготовке O-образной формы, предпочтительным является использование величины вдавливания при O-формовании. Это связано с тем, что увеличение значения вдавливания при O-формовании привело бы к состоянию, в котором область между местом, где стальная труба воспринимает удерживающее усилие формования от первой полуматрицы, и местом, где стальная труба удерживается нижней полуматрицей, главным образом, вблизи участков «трех часов» и «девяти часов» стальной трубы, не ограничивалась бы и где концентрировались бы деформации изгиба и сжатия. Эта область будет иметь увеличенную кривизну, что оказывает влияние на окончательную овальность. В качестве фактических рабочих данных на этапе уменьшения зазора под сварку величина вдавливания при O-формовании, место вдавливания при O-формовании и R матрицы при O-формовании являются информацией, необходимой для регулирования устройства для придания заготовке O-образной формы, и, таким образом, могут использоваться величины, задаваемые главным компьютером. Однако в случае, где предусмотрено устройство измерения (лазерный дальномер или т.п.), которое измеряет величина вдавливания при O-формовании или место вдавливания при O-формовании, результаты измерений могут использоваться в качестве фактических рабочих данных.
Рабочие параметры этапа экспандирования трубы
В добавление к вышеописанным рабочим параметрам, когда рабочие параметры этапа экспандирования трубы используются для ввода данных в модель прогнозирования овальности, коэффициент экспандирования трубы может использоваться в качестве рабочего параметра этапа экспандирования трубы. Несмотря на то, что чем больше коэффициент экспандирования трубы, тем в большей степени уменьшается овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы, верхняя предельная величина коэффициента экспандирования трубы ограничивается с точки зрения предела текучести при сжатии готовой стальной трубы, и, следовательно, будут использоваться значения в пределах диапазона. Поскольку коэффициент экспандирования трубы является информацией, необходимой для регулирования устройства экспандирования трубы, в коэффициенте экспандирования трубы может использоваться значение, задаваемое главным компьютером. Кроме того, средний наружный диаметр полной окружности может быть измерен с помощью устройства для измерения, такого как измеритель формы/размеров, после выполнения экспандирования трубы, и средний коэффициент экспандирования трубы, подсчитываемый с помощью величины изменения из наружного диаметра, подсчитываемого из ширины стального листа перед обработкой, может использоваться в качестве фактических рабочих данных. Кроме того, в случае, где на этапе экспандирования трубы предусмотрено устройство измерения, результаты измерения могут использоваться в качестве фактических рабочих данных. В качестве рабочего параметра этапа экспандирования трубы в добавление к коэффициенту экспандирования трубы могут использоваться количество сегментов для экспандирования трубы и диаметр сегментов для экспандирования трубы.
Способ прогнозирования овальности после этапа экспандирования трубы
Способ прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, в котором применяется модель прогнозирования овальности, генерируемая, как описано выше, используется следующим образом. С помощью этого способа можно подтверждать, являются ли надлежащими условия изготовления на отдельных этапах указанного этапа изготовления стальной трубы, в частности, этапе гибки давлением при обработке формуемой заготовки с получением U-образного сечения посредством множества нажатий пуансоном, этапе уменьшения зазора под сварку на участке уменьшения зазора под сварку формованной заготовки, имеющей U-образное сечение, для формования открытой трубы, этапе сварки для соединения концов открытой трубы друг с другом, и этапе экспандирования трубы для экспандирования внутреннего диаметра стальной трубы, имеющей соединенные друг с другом концы. Рабочие условия этапа гибки давлением и этапа уменьшения зазора под сварку будут оказывать сложное влияние на овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы, и изменение в атрибутивной информации о стальном листе оказывает влияние на результаты, позволяя выполнять количественную оценку влияния этих факторов на овальность изделия. Это позволяет прогнозировать колебания овальности готовой стальной трубы на основе реальных изменений в атрибутивной информации о стальном листе, используемом в качестве материала, что позволяет изменять рабочие условия этапа гибки давлением и этапа уменьшения зазора под сварку с учетом таких изменения материала. Другими словами, даже при некоторых изменениях в атрибутивной информации о материале рабочие условия этапа гибки давлением и этапа уменьшения зазора под сварку могут быть предварительно оптимизированы, так чтобы овальность готовой стальной трубы находилась в пределах заданного диапазона.
Способ регулирования овальности
Ниже приведено описание способа регулирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы с помощью модели прогнозирования овальности, генерируемой, как описано выше. На промежуточной стадии этапа изготовления стальной трубы, которая изготавливается с помощью большого числа этапов, овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы прогнозируется с помощью рабочих фактических данных на этапе на стороне входа и с помощью заданных величин рабочих условий, предварительно установленных для этапа на стороне выхода, что позволяет определять, соответствует ли прогнозируемая овальность стальной трубы овальности готового изделия. Это позволяет при необходимости изменять рабочие условия на этапе на стороне выхода. Такой вариант выполнения показан на фиг. 11. Как показано на фиг. 11, настоящий вариант выполнения является примером случая этапа изготовления стальной трубы, на котором фактические данные, относящиеся к атрибутивной информации о стальном листе, используемом в качестве материала, передаются из главного компьютера 110, и прогнозирование овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы выполняется перед этапом гибки давлением. Заданные величины из отдельных этапов, включающие в себя заданную величину, предварительно устанавливаемую в качестве рабочего условия этапа гибки давлением, заданную величину, предварительно устанавливаемую в качестве рабочего условия этапа уменьшения зазора под сварку, и заданную величину, предварительно устанавливаемую в качестве рабочего условия этапа экспандирования трубы, при необходимости передаются в блок 120 изменения рабочих условий. Кроме того, фактические данные из собранной атрибутивной информации о стальном листе и заданная величина овальности, предварительно установленная в качестве заданной овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, передаются из главного компьютера 110 в блок 120 изменения рабочих условий.
На основании этих блоков информации модель M прогнозирования овальности используется в режиме реального времени для прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы. В дальнейшем прогнозируемая овальность (прогнозируемая величина овальности) сравнивается с заданной овальностью (заданной величиной овальности), и когда прогнозируемая величина овальности меньше заданной величины овальности, стальная труба изготавливается без изменения заданных величин рабочих условий этапа гибки давлением, этапа уменьшения зазора под сварку и этапа экспандирования трубы. В отличие от этого, когда прогнозируемая овальность больше заданной величины овальности, выполняется изменение рабочего условия этапа гибки давлением. В частности, изменение выполняется один-два раза или больше для увеличения числа нажатий на этапе гибки давлением с меньшим расстоянием между местами вдавливания для формования. Это уменьшает овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы. Кроме того, заданная величина рабочего условия этапа гибки давлением, изменяемая таким образом, может снова использоваться в качестве входных данных для модели прогнозирования овальности с целью повторного выполнения прогнозирования овальности, причем может выполняться подтверждение, является ли прогнозируемая овальность меньшей по сравнению с заданной величиной овальности, с целью изменения величины рабочего условия этапа гибки давлением. Далее измененное рабочее условие этапа гибки давлением передается в блок регулирования рабочих условий этапа гибки давлением с последующим определением рабочих условий этапа гибки давлением. Посредством повторного многократного определения овальности в блоке 120 изменения рабочих условий может быть задано надлежащее рабочее условие этапа гибки давлением, даже когда заданная величина овальности задана как строгая величина, что позволяет изготавливать стальную трубу, дополнительно уменьшая овальность.
Следует отметить, рабочие условия, подлежащие изменению, как описано выше, необязательно ограничиваются до этапа гибки давлением. Рабочие условия этапа уменьшения зазора под сварку и рабочие условия этапа экспандирования трубы также могут быть изменены, или рабочие условия множества видов обработки могут комбинироваться с целью изменения. В настоящем варианте выполнения, поскольку степень свободы для задания рабочих условий на этапе уменьшения зазора под сварку и этапе экспандирования трубы меньше, чем на этапе гибки давлением, рабочие условия этапа гибки давлением должны быть изменены. С другой стороны, на этапе изготовления стальной трубы фактические данные из атрибутивной информации о стальной трубе могут передаваться в главный компьютер 110, и после этапа гибки давлением допускается выполнять прогнозирование овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы перед этапом уменьшения зазора под сварку. Фактические рабочие данные в качестве рабочего условия этапа гибки давлением передаются в блок 120 изменения рабочих условий, и, кроме того, заданные величины отдельных этапов, включающие в себя заданную величину, предварительно устанавливаемую в качестве рабочего условия этапа уменьшения зазора под сварку, и, в некоторых случаях, заданную величину, предварительно устанавливаемую в качестве рабочего условия этапа экспандирования трубы, также передаются в блок 120 изменения рабочих условий. Сходным образом с вышеизложенным фактические данные из собранной атрибутивной информации о стальном листе и заданная величина овальности, предварительно заданная в качестве заданной овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, передаются из главного компьютера 110 в блок 120 изменения рабочих условий. Кроме того, модель прогнозирования овальности используется в режиме реального времени для прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы. Прогнозируемая овальность сравнивается с заданной величиной овальности. Когда прогнозируемая овальность соответствует заданной величине овальности, стальная труба изготавливается без изменения заданной величины для этапа уменьшения зазора под сварку. И, наоборот, когда заданная овальность не соответствует заданной величине овальности, рабочее условие для этапа уменьшения зазора под сварку должно быть изменено. В частности, в модель прогнозирования овальности, создаваемую для этапа уменьшения зазора под сварку, вводится множество условий, относящихся к величине вдавливания для O-формования, и для величины вдавливания для O-формования задаются другие условия, при которых в качестве постоянных условий может быть получена наименьшая овальность. Таким образом, измененные рабочие условия этапа уменьшения зазора под сварку передаются в блок регулирования рабочих условий этапа уменьшения зазора под сварку, и определяются рабочие условия этапа уменьшения зазора под сварку. Кроме того, допускается использовать способ, в котором рабочие условия этапа гибки давлением изменяются за счет регулирования овальности перед этапом гибки давлением, и в этап уменьшения зазора под сварку вносятся изменения после этапа гибки давлением, используя фактические величины рабочих условий этапа гибки давлением.
Как описано выше, в способе регулирования овальности по настоящему варианту выполнения используется модель прогнозирования овальности, которая одновременно учитывает оба изменения в атрибутивной информации о стальном листе и влияние на овальность из-за взаимосвязи этапа гибки давлением и этапа уменьшения зазора под сварку, что позволяет задавать соответствующее рабочее условие для уменьшения овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы и изготавливать стальную трубу, имеющую соответствующую требованиям овальность.
Ниже со ссылкой на таблицу 1 и фиг. 15 приведено описание способа регулирования овальности по варианту выполнения настоящего изобретения, который является способом регулирования овальности для случая, включающего в себя этап гибки концов стального листа перед этапом гибки давлением.
В настоящем варианте выполнения сначала выбирается намеченный для внесения изменений этап из множества этапов обработки посредством формования, составляющих этап изготовления стальной трубы. Далее, перед началом намеченного для внесения изменений этапа прогнозируется овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы с помощью модели M прогнозирования овальности. Затем выполняется изменение одного или нескольких рабочих параметров, выбранных, по меньшей мере, из рабочих параметров намеченного для внесения изменений этапа или одного или нескольких рабочих параметров, выбранных из рабочих параметров этапа обработки посредством формования на стороне выхода с намеченного для внесения изменений этапа для уменьшения овальности стального листа после этапа экспандирования трубы.
Здесь множество этапов для обработки посредством формования, составляющих этап изготовления стальной трубы, относятся к этапу гибки концов, этапу гибки давлением, этапу уменьшения зазора под сварку и этапу экспандирования трубы, которые являются этапами прикладывания пластической деформации к стальному листу для его формования в предварительно заданной форме. Что касается намеченного для внесения изменений этапа, то из этих этапов обработки посредством формования выбирается определенный этап. Перед выполнением обработки посредством формования на выбранном намеченном для внесения изменений этапе прогнозируется овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы с помощью модели M прогнозирования овальности для стальной трубы. Формование стального листа завершается на этапе формования на стороне входа на намеченный для внесения изменений этап, и, таким образом, когда на стороне входа должны использоваться рабочие параметры этапа обработки посредством формования, фактические данные для рабочих параметров могут использоваться для ввода данных в модель M прогнозирования овальности. В отличие от этого фактические рабочие данные не могут быть собраны на этапах обработки посредством формования на стороне выхода, включая сюда намеченный для внесения изменений этап, и, таким образом, величина, предварительно заданная в главном компьютере или т.п., используется для ввода данных в модель M прогнозирования овальности для стальной трубы. Таким образом, для заданного материала может быть спрогнозирована овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы.
В дальнейшем выполняется определение в отношении того, соответствует ли овальность, спрогнозированная в качестве овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, овальности готового изделия. С помощью этой операции, когда полученная овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы меньше спрогнозированной величины, можно выполнять изменение рабочих условий на намеченном для внесения изменений этапе и этапе обработки посредством формования на стороне выхода намеченного для внесения изменений этапа. Здесь рабочий параметр, подлежащий изменению, может быть рабочим параметром на намеченном для внесения изменений этапе или рабочим параметром на этапах обработки посредством формования на стороне выхода с намеченного для внесения изменений этапа. Рабочий параметр этапа обработки посредством формования, пригодный для изменения овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, предпочтительно будет выбираться согласно разнице между прогнозируемой овальностью и овальностью готового изделия. Кроме того, допускается изменять оба рабочих параметра на намеченном для внесения изменений этапе и рабочие параметры на определенном этапе обработки посредством формования на выходе с намеченного для внесения изменений этапа. Это связано с тем, что овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы может эффективно изменяться при большой разнице между прогнозируемой овальностью и овальностью готового изделия.
В таблице 1 приведены примеры этапа обработки посредством формования, выбранного в качестве намеченного для внесения изменений этапа и этапа обработки посредством формования, в котором рабочие параметры могут изменяться соответственно. В случае 1 этап гибки концов выбран в качестве намеченного для внесения изменений этапа на этапе изготовления стальной трубы, включающего в себя этап гибки концов. Перед началом этапа гибки концов овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы прогнозируется с помощью заданных величин рабочих параметров на этапе обработки посредством формования, включающем в себя этап гибки давлением и этап уменьшения зазора под сварку. Когда прогнозируемая овальность большая, существует возможность изменения произвольного рабочего параметра на каждом этапе обработки посредством формования, а именно, этапе обработки концов, этапе гибки давлением, этапе уменьшения зазора под сварку и этапе экспандирования трубы. Рабочие параметры, подлежащие изменению, не ограничиваются до рабочих параметров этапа гибки концов и также могут быть рабочими параметрами других этапов обработки посредством формования. Когда атрибутивная информация о стальном листе включена в состав входных данных для модели M прогнозирования овальности, фактические данные, включающие в себя измеренную величину и т.п., относящиеся к атрибутивной информации о стальном листе, могут использоваться для входных данных перед началом этапа гибки концов, который является намеченным для внесения изменений этапом.
В случаях 2 и 3 можно выбирать намеченный для внесения изменений этап и рабочие параметры, подлежащие изменению согласно идее, сходной со случаем 1. Случай 4 является случаем, где этап экспандирования трубы задается в качестве намеченного для внесения изменений этапа. Перед началом этапа экспандирования трубы овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы прогнозируется с использованием модели M прогнозирования овальности. В этом случае, по меньшей мере, фактические рабочие данные на этапе гибки давлением и этапе уменьшения зазора под сварку могут использоваться для ввода данных в модель M прогнозирования овальности. Кроме того, также допускается использовать фактические данные из атрибутивной информации о стальном листе или фактические рабочие данные на этапе гибки концов. Таким образом, прогнозируемая овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы сравнивается с овальностью готового изделия, и при уменьшении овальности изменяется рабочий параметр на этапе экспандирования трубы. Предпочтительным является использование коэффициента экспандирования трубы в качестве рабочего параметра этапа экспандирования трубы, подлежащего изменению. Следует отметить, что величина изменения от исходной заданной величины коэффициента экспандирования трубы, подлежащего изменению, может быть задана на основании обретения опыта. Однако, когда входные данные модели M прогнозирования овальности включают в себя коэффициент экспандирования трубы этапа экспандирования трубы, овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы может быть спрогнозирована повторно, используя повторно заданную величину коэффициента экспандирования трубы в качестве входных данных для модели M прогнозирования овальности, и может быть определено соответствие условий для внесения изменений.
Таблица 1
- этап обработки посредством формования, для которого изменяется рабочий параметр
Ниже со ссылкой на фиг. 15 приведено описание способа регулирования овальности стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения. Пример, показанный на фиг. 15, является случаем, где этап уменьшения зазора под сварку был выбран в качестве намеченного для внесения изменений этапа, этап гибки давлением был завершен, и формованная заготовка U-образной формы была передана на этап уменьшения зазора под сварку. Фактические рабочие данные на этапе гибки давлением передаются в блок 120 изменения рабочих условий. Фактические рабочие данные могут передаваться по сети от управляющего компьютера, предусмотренного на каждом этапе регулирования каждого этапа обработки посредством формования. Однако данные могут сразу же передаваться от управляющего компьютера на каждом этапе обработки посредством формования на главный компьютер 110, который выполняет общее управление этапом изготовления стальной трубы, после чего данные передаются от главного компьютера 110 в блок 120 изменения рабочих условий. Кроме того, при необходимости фактические данные, относящиеся к атрибутивной информации о стальном листе, передаются от главного компьютера 110 в блок 120 изменения рабочих условий. Кроме того, фактические рабочие данные на этапе гибки концов также могут передаваться при необходимости. Заданные величины рабочих параметров этапа уменьшения зазора под сварку и этапа экспандирования трубы, которые являются этапами обработки посредством формования на выходе с намеченного для внесения изменений этапа, и заданные величины рабочих параметров намеченного для внесения изменений этапа передаются от управляющего компьютера для каждого этапа в блок 120 изменения рабочих условий. Однако, когда заданные величины рабочих параметров на этапе уменьшения зазора под сварку и этапе экспандирования трубы сохраняются в главном компьютере 110, заданные величины могут передаваться от главного компьютера 110 в блок 120 изменения рабочих условий. Следует отметить, что заданная величина овальности, определяемая согласно техническим условиям на готовую стальную трубу, передается от главного компьютера в блок 120 изменения рабочих условий.
Блок 120 изменения рабочих условий прогнозирует овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы из указанных блоков информации, используя модель M прогнозирования овальности в реальном режиме времени, и сравнивает прогнозируемую овальность (прогнозируемую величину овальности) с заданной овальностью (заданной величиной овальности). Когда прогнозируемая величина овальности меньше заданной величины овальности, блок 120 изменения рабочих условий определяет рабочие условия оставшихся этапов обработки посредством формования без изменения заданных величин рабочих условий этапа гибки давлением, этапа уменьшения зазора под сварку, и этапа экспандирования трубы и обеспечивает изготовление стальной трубы. И, наоборот, когда прогнозируемая величина овальности больше заданной величины овальности, блок 120 изменения рабочих условий изменяет, по меньшей мере, рабочее условие этапа уменьшения зазора под сварку или рабочее условие этапа экспандирования трубы. В частности, может быть изменена величина вдавливания при O-формовании и т.п. на этапе уменьшения зазора под сварку. Кроме того, может быть изменен коэффициент экспандирования трубы на этапе экспандирования трубы. Кроме того, могут быть изменены величина вдавливания при O-формовании и коэффициент экспандирования трубы.
Блок 120 изменения рабочих условий может повторно выполнять прогнозирование овальности, используя измененные таким путем рабочие параметры в качестве входных данных для модели M прогнозирования овальности, подтверждать, меньше ли прогнозируемая овальность, чем заданная величина овальности, и определять измененную величину рабочих условий этапа уменьшения зазора под сварку и этапа экспандирования трубы. Измененные рабочие условия этапа уменьшения зазора под сварку и этапа экспандирования трубы передаются в отдельные управляющие компьютеры для использования в качестве рабочих условий этапа уменьшения зазора под сварку и этапа экспандирования трубы. Посредством многократного повторного выполнения определения овальности в блоке 120 изменения рабочих условий соответствующие рабочие условия этапа уменьшения зазора под сварку и этапа экспандирования трубы могут быть заданы, даже когда задана строгая заданная величина овальности, что позволяет изготавливать стальную трубу с дополнительно уменьшенной овальностью. Кроме того, также допускается выполнять обработки, в которых регулирование овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, включающее в себя этап уменьшения зазора под сварку, определяемый как намеченный для внесения изменений этап, выполняется указанным образом, и регулирование овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, включающее в себя этап экспандирования трубы, определяемый как намеченный для внесения изменений этап, снова выполняется для стальной трубы, образованной из сварной из стальной трубы. Это связано с тем, что точность прогнозирования овальности стальной трубы дополнительно повышается благодаря тому, что были получены фактические рабочие данные этапа уменьшения зазора под сварку.
Как описано выше, в способе регулирования овальности стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения используется модель M прогнозирования овальности, которая принимает в расчет влияние на овальность из-за взаимосвязи этапа гибки давлением и этапа уменьшения зазора под сварку, что позволяет задавать надлежащее рабочее условие для уменьшения овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, обеспечивая возможность изготовления стальной трубы, имеющей приемлемую овальность. Кроме того, существует возможность регулирования овальности с высокой точностью, принимая во внимание изменения в атрибутивной информации о стальном листе, используемом в качестве материала.
Устройство для прогнозирования овальности стальной трубы
Ниже со ссылкой на фиг. 16 приведено описание устройства для прогнозирования овальности стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения.
На фиг. 16 показана схема конфигурации устройства для прогнозирования овальности стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения. Как показано на фиг. 16, устройство 160 для прогнозирования овальности стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения содержит блок 161 сбора рабочих параметров, блок 162 хранения данных, блок 163 прогнозирования овальности и выходной блок 164.
Блок 161 сбора рабочих параметров содержит определенный интерфейс, способный собирать данные модели M прогнозирования овальности, генерируемой блоком машинного обучения из блока 100 генерирования модели прогнозирования овальности. Например, блок 161 сбора рабочих параметров предпочтительно содержит интерфейс связи для сбора данных модели M прогнозирования овальности из блока 100 генерирования модели прогнозирования овальности. В этом случае блок 161 сбора рабочих параметров может принимать модель M прогнозирования овальности из блока 100b машинного обучения, используя предварительно установленный протокол обмена данными. Кроме того, блок 161 сбора рабочих параметров собирает рабочие условия для оборудования для обработки формованием (оборудования для выполнения этапа обработки формованием) от управляющего компьютера или главного компьютера, установленного в оборудовании, используемом на каждом этапе обработки формованием. Например, блок 161 сбора рабочих параметров предпочтительно содержит интерфейс связи для сбора рабочих условий. Кроме того, блок 161 сбора рабочих параметров может собирать входную информацию на основании работы пользователя. В этом случае устройство 160 для прогнозирования овальности стальной трубы также содержит входной блок, содержащий один или несколько входных интерфейсов, которые обнаруживают ввод данных пользователем и собирают входную информацию на основании работы пользователя. Примеры входного блока включают в себя без ограничения аппаратный ключ, емкостный ключ, сенсорную панель, объединенную с дисплеем выходного блока, микрофон для голосового ввода данных и т.п. Например, входной блок принимает входные данные о рабочем условии для модели M прогнозирования овальности, получаемой от блока 100 генерирования модели прогнозирования овальности с помощью блока 161 сбора рабочих параметров.
Блок 162 хранения данных содержит, по меньшей мере, одно полупроводниковое запоминающее устройство, по меньшей мере, одно магнитное запоминающее устройство, по меньшей мере, одно оптическое запоминающее устройство или комбинацию, по меньшей мере, двух из указанных устройств. Блок 162 хранения данных функционирует, например, как основное запоминающее устройство, вспомогательное запоминающее устройство или сверхоперативное запоминающее устройство. Блок 162 хранения данных хранит любого рода информацию, используемую для работы устройства 160 для прогнозирования овальности стальной трубы. Блок 162 хранения данных хранит, например, модель M прогнозирования овальности, получаемую от блока 100 генерирования модели прогнозирования овальности с помощью блока 161 сбора рабочих параметров, рабочее условие, получаемое от главного компьютера с помощью блока 161 сбора рабочих параметров, и информацию об овальности, прогнозируемой устройством 160 для прогнозирования овальности стальной трубы. Блок 162 хранения данных может хранить системную программу, прикладную программу и т.п.
Блок 163 прогнозирования овальности содержит один или несколько процессоров. В настоящем варианте выполнения процессор содержит без ограничения универсальный процессор или специализированный процессор, адаптированный для специальной обработки. Блок 163 прогнозирования овальности соединен с возможностью связи с отдельными компонентами, составляющими устройство 160 для прогнозирования овальности стальной трубы, и управляет работой всего устройства 160 для прогнозирования овальности стальной трубы. Блок 163 прогнозирования овальности может быть любым универсальным электронным устройством, таким как персональный компьютер (ПК) или смартфон. Блок 163 прогнозирования овальности до этого не ограничивается и может быть одним серверным устройством или множеством серверных устройств, способных устанавливать связь друг с другом, или может быть другим электронным устройством, предназначенным для устройства 160 для прогнозирования овальности стальной трубы. Блок 163 прогнозирования овальности подсчитывает прогнозируемую величину информации об овальности стальной трубы, используя рабочие условия, получаемые с помощью блока 161 сбора рабочих параметров, и модель M прогнозирования овальности, получаемую от блока 100 генерирования модели прогнозирования овальности.
Выходной блок 164 выдает прогнозируемую величину информации об овальности стальной трубы, подсчитываемую блоком 163 прогнозирования овальности, устройству для задания рабочих условий для оборудования для обработки формованием. Выходной блок 164 может содержать один или несколько выходных интерфейсов, которые выдают информацию и уведомление пользователю. Выходной интерфейс является, к примеру, дисплеем. Примеры дисплея включают в себя ЖК-дисплей или органический электролюминесцентный дисплей. Выходной блок 164 выдает данные, полученные за счет функционирования устройства 160 для прогнозирования овальности стальной трубы. Выходной блок 164 может быть соединен с устройством 160 для прогнозирования овальности стальной трубы в качестве внешнего выходного устройства вместо размещения в устройстве 160 для прогнозирования овальности стальной трубы. В качестве способа установления соединения может использоваться любой способ, такой как USB, HDMI (зарегистрированная торговая марка) или Bluetooth (зарегистрированная торговая марка). Примеры выходного блока 164 включают в себя без ограничения дисплей, который выдает видеоинформацию, динамик, который выдает аудиоинформацию, и т.п. Например, выходной блок 164 выдает пользователю прогнозируемую величину информации об овальности, подсчитываемую блоком 163 прогнозирования овальности. Пользователь может надлежащим образом задавать рабочие условия для оборудования для обработки формованием на основе прогнозируемой величины овальности, выдаваемой выходным блоком 164.
Более предпочтительной формой устройства 160 для прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, как описано выше, является терминальное устройство, такое как планшетный терминал, содержащее: входной блок 165, который собирает входную информацию на основании работы пользователя; и блок 166 индикации, который отображает прогнозируемую величину информации об овальности, подсчитанную блоком 163 прогнозирования овальности. Устройство этого типа имеет функцию получения входной информации на основании работы пользователя от входного блока 165 и обновления части или всех рабочих параметров оборудования для обработки формованием, уже введенных в устройстве 160 для прогнозирования овальности стальной трубы, используя полученную входную информацию. Другими словами, когда информация об овальности стальной трубы была спрогнозирована блоком 163 прогнозирования овальности для стального листа, обрабатываемого в оборудовании для обработки формованием, может быть предусмотрена функция приема работы, выполненной оператором, используя терминальное устройство, и выполнения корректировки рабочих параметров оборудования для обработки формованием, уже введенных в блок 161 сбора рабочих параметров. Блок 161 сбора рабочих параметров сохраняет исходные входные данные для рабочих параметров, для которых корректирующие входные данные не были получены от терминального устройства наряду с рабочими параметрами оборудования для обработки формованием, и изменяет только рабочий параметр, для которого были введены корректирующие входные данные. С помощью указанной конфигурации в блоке 161 сбора рабочих параметров генерируются новые входные данные для модели M прогнозирования овальности, и блок 163 прогнозирования овальности для стального листа подсчитывает прогнозируемую величину информации об овальности на основании входных данных. Кроме того, подсчитанная прогнозируемая величина информации об овальности, отображается на блоке 166 индикации терминального устройства с помощью выходного блока 164. С помощью этой процедуры работник, например, оператор оборудования для обработки формованием и начальник производства могут незамедлительно уточнить прогнозируемую величину информации об овальности, когда рабочий параметр оборудования для обработки формованием был изменен, и могут в оперативном порядке изменить рабочее состояние на соответствующее рабочее состояние.
Примеры
В настоящем примере использовался стальной лист для трубопроводной трубы (API, марка X60) толщиной 38,0 - 38,4 мм, шириной 2700 - 2720 мм, и стальная труба, имеющая диаметр 36 дюймов после этапа экспандирования трубы, изготавливалась с выполнением этапа гибки давлением, этапа уменьшения зазора под сварку, этапа сварки и этапа экспандирования трубы. Во время изготовления рабочие условия этапа гибки давлением и этапа уменьшения зазора под сварку гибко изменялись (тонко регулировались) для получения стальных труб, имеющих различную овальность. Фактические данные из атрибутивной информации о стальном листе были представлены в виде средней толщины листа в плоскости стального листа в качестве репрезентативной толщины листа, и, кроме того, в виде данных испытаний на предел текучести, полученных на этапе проверки этапа прокатки толстого листа. На этапе гибки давлением число нажатий было фиксированным и равнялось девяти, и место формования было задано с шагом 224 мм в направлении ширины стального листа, причем в качестве первого места формования было определено место на расстоянии 1120 мм от центрального участка в направлении ширины стального листа. Для каждого стального листа на основании величины вдавливания при формовании 15,8 мм в каждом месте была выполнена тонкая регулировка (в диапазоне 55,0 - 60,0 мм).
Наряду с указанным заданием параметров, для этапа уменьшения зазора по сварку, в то время как заготовка, имеющая U-образное сечение, удерживалась с обращенным вверх открытым участком, используя устройство для придания заготовке O-образной формы и используя верхнюю полуматрицу, имеющую дугообразную поверхность c радиусом R, равным 457,2 мм, и центральным углом θc, равным 60°, и имеющую плоскую поверхность, соединенную с дугообразно поверхностью под углом θd, равным 30°, и используя нижнюю полуматрицу, имеющую вогнутую дугообразную поверхность с радиусом R, равным 502,9 мм, рабочие условия гибко задавались (тонко регулировались) в диапазоне, в котором расстояние между вершинами участков R (вершина участка R - самый верхний участок дугообразной поверхности для верхней полуматрицы и самый нижний участок дугообразной поверхности для нижней полуматрицы) матрицы относительно наружного диаметра составляло 1,0 - 3,0%. Модель прогнозирования овальности была сгенерирована, когда в базе данных были накоплены 100 блоков фактических данных, полученных, как описано выше.
Модель прогнозирования овальности, генерируемая указанным образом, была использована в системе, показанной на фиг. 11, в качестве модели в реальном режиме времени. В качестве способа регулирования овальности стальной трубы этап гибки давлением был определен, как намеченный для внесения изменений этап. Заданная величина, относящаяся к овальности стальной трубы, была установлена равной 10 мм, и овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы была спрогнозирована перед намеченным для внесения изменений этапом. Когда прогнозируемая овальность больше заданной величины овальности, выполнялось изменение для увеличения числа нажатий на этапе гибки давлением. В результате, по сравнению со средней величиной овальности 11,2 мм при изготовлении десяти труб с показателем приемки 80% по известной технологии, было подтверждено, что согласно примеру настоящего изобретения средняя величина овальности была уменьшена до 6,0 мм с показателем приемки 90%.
Промышленная применимость
По настоящему изобретению имеется возможность предложить способ прогнозирования овальности стальной трубы и устройство для прогнозирования овальности стальной трубы, которые позволяют точно прогнозировать овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы на этапе изготовления стальной трубы, включающем в себя множество этапов. Кроме того, по настоящему изобретению имеется возможность предложить способ регулирования овальности трубы, который позволяет точно регулировать овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы на этапе изготовления стальной трубы, включающем в себя множество этапов. Кроме того, по настоящему изобретению имеется возможность предложить способ изготовления стальной трубы, который позволяет изготавливать стальную трубу, имеющую требуемую овальность и обеспечивает хороший выход продукции. Кроме того, по настоящему изобретению имеется возможность предложить способ генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы, который может генерировать модель прогнозирования овальности, которая точно прогнозирует овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы на этапе изготовления стальной трубы, включающем в себя множество этапов.
Перечень номеров позиций
1 - матрица
1a, 1b - элементы в форме бруска
2 - пуансон
2a - передний конец пуансона
2b - опора пуансона
3 - верхняя полуматрица
4 - нижняя полуматрица
10a, 10b - нижний инструмент
11a, 11b - пружинное средство
12 - пуансон
13 - верхний инструмент
16 - сегмент для экспандирования трубы
17 - коническая наружная периферийная поверхность
18 - тяговая штанга
20 - штанга
21a, 21b - щуп перемещения
22 - датчик угла вращения
25 - поворотная штанга
26a, 26b - прижимной ролик
30 - устройство для придания заготовке C-образной формы
31 - транспортирующий механизм
31a - транспортирующие ролики
32a, 32b - формующий механизм
33 - верхняя полуматрица
33a - формующая поверхность
34 - нижняя полуматрица
34a - формующая поверхность
36 - гидравлический цилиндр
37 - зажимной механизм
100 - блок генерирования модели прогнозирования овальности
100a - база данных
100b - блок машинного обучения
110 - главный компьютер
120 - блок изменения рабочих условий
160 - устройство для прогнозирования овальности стальной трубы
161 - блок сбора рабочих параметров
162 - блок хранения данных
163 - блок прогнозирования овальности
164 - выходной блок
165 - входной блок
166 - блок индикации
G - участок зазора под сварку
M - модель прогнозирования овальности
P - стальная труба
R1, R2 - область
S - стальной лист
S1 - формованная заготовка
S2 - открытая труба.
Изобретение относится к области обработки давлением и может быть использовано при изготовлении стальных труб. Изготовление трубы включает этап гибки стального листа с получением формованной заготовки, этап уменьшения зазора под сварку заготовки с получением открытой трубы, этап сварки концов открытой трубы друг с другом и этап экспандирования готовой трубы. Способ прогнозирования овальности трубы после этапа экспандирования включает этап прогнозирования овальности с использования модели прогнозирования овальности, обучаемой с помощью машинного обучения. Модель содержит по меньшей мере один параметр, выбираемый из атрибутивной информации о стальном листе, из рабочих параметров этапа гибки давлением и из рабочих параметров этапа уменьшения зазора под сварку в качестве входных данных. Модель содержит информацию об овальности трубы после этапа экспандирования в качестве выходных данных. В результате обеспечивается возможность точно прогнозировать и регулировать овальность стальной трубы и получить трубу с требуемой овальностью. 7 н. и 6 з.п. ф-лы, 16 ил., 1 табл., 1 пр.
1. Способ прогнозирования овальности стальной трубы для прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы посредством экспандирования внутреннего диаметра стальной трубы, концы которой соединены друг с другом в процессе изготовления стальной трубы, включающем в себя: этап гибки давлением посредством обработки стального листа для получения формованной заготовки U-образного сечения в результате многократного прессования пуансоном; этап уменьшения зазора под сварку, заключающийся в уменьшении участка зазора под сварку формованной заготовки U-образного сечения для формования открытой трубы; этап сварки соединяющихся концов открытой трубы друг с другом; и этап экспандирования трубы; указанный способ включает в себя:
этап прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы посредством использования модели прогнозирования овальности, обучаемой с помощью машинного обучения, причем модель прогнозирования овальности содержит один или несколько параметров, выбираемых из атрибутивной информации о стальном листе, один или несколько параметров, выбираемых из рабочих параметров этапа гибки давлением, и один или несколько параметров, выбираемых из рабочих параметров этапа уменьшения зазора под сварку в качестве входных данных, и содержит информацию об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы в качестве выходных данных.
2. Способ по п. 1, в котором модель прогнозирования овальности включает в себя один или несколько рабочих параметров, выбираемых из рабочих параметров этапа экспандирования трубы, в качестве входных данных.
3. Способ по п. 1 или 2, в котором атрибутивная информация о стальном листе включает в себя один или несколько параметров из: предела текучести стального листа, репрезентативной толщины стального листа и информации о распределении толщины стального листа.
4. Способ по любому из пп. 1 - 3, в котором рабочие параметры этапа гибки давлением включают в себя: информацию о месте формования и величину вдавливания при формовании, относящиеся к функционированию, при котором пуансон, используемый на этапе гибки давлением, выполняет формование стального листа; и число вдавливаний, выполняемых на этапе гибки давлением.
5. Способ по любому из пп. 1 - 4, в котором этап изготовления стальной трубы включает в себя этап гибки концов посредством гибки концов стального листа в направлении ширины перед этапом гибки давлением, при этом модель прогнозирования овальности включает в себя один или несколько параметров, выбираемых из рабочих параметров этапа гибки концов в качестве входных данных.
6. Способ регулирования овальности стальной трубы, включающий в себя: этап прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы посредством использования фактических параметров атрибутивной информации о стальном листе и использования заданной величины рабочего параметра на последующем этапе, включающем в себя этап гибки давлением, при этом прогнозирование, выполняемое перед началом этапа гибки давлением, выполняют, используя способ прогнозирования овальности стальной трубы по любому из пп. 1 - 5, и изменение рабочего параметра этапа гибки давлением для уменьшения овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы.
7. Способ регулирования овальности стальной трубы, включающий в себя: этап прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы посредством использования фактических данных атрибутивной информации о стальном листе, использования фактических данных рабочего параметра этапа гибки давлением и использования заданной величины рабочего параметра на последующем этапе, включающем в себя этап уменьшения зазора под сварку, при этом прогнозирование, выполняемое после завершения этапа гибки давлением и перед началом этапа уменьшения зазора под сварку, выполняют посредством использования способа прогнозирования овальности стальной трубы по любому из пп. 1 - 5, и изменение рабочего параметра этапа уменьшения зазора под сварку для уменьшения овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы.
8. Способ регулирования овальности стальной трубы, включающий в себя: этап прогнозирования информации об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, при этом прогнозирование, выполняемое до начала намеченного для внесения изменений этапа, выбираемого из этапа гибки концов, этапа гибки давлением, этапа уменьшения зазора под сварку и этапа экспандирования трубы, которые включены в этап изготовления стальной трубы, выполняют, используя способ прогнозирования овальности стальной трубы по любому из пп. 1 - 5, и изменение одного или нескольких рабочих параметров, выбираемых из по меньшей мере рабочих параметров намеченного для внесения изменений этапа или одного или нескольких рабочих параметров, выбираемых из рабочих параметров этапа обработки формованием на стороне ниже по потоку намеченного для внесения изменений этапа, на основании прогнозируемой информации об овальности стальной трубы.
9. Способ изготовления стальной трубы, включающий в себя этап изготовления стальной трубы, используя способ регулирования овальности стальной трубы по любому из пп. 6 - 8.
10. Способ генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы для генерирования модели прогнозирования овальности, которая прогнозирует овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы посредством экспандирования внутреннего диаметра стальной трубы, концы которой соединены друг с другом, в процессе изготовления стальной трубы, включающем в себя: этап гибки давлением посредством обработки стального листа для получения формованной заготовки U-образного сечения посредством многократного прессования пуансоном; этап уменьшения зазора под сварку на участке уменьшения зазора под сварку формованной заготовки U-образного сечения для формования открытой трубы; этап сварки соединяющихся концов открытой трубы друг с другом; и этап экспандирования трубы; указанный способ включает в себя:
этап получения множества блоков обучающих данных, содержащих один или несколько блоков фактических данных, выбранных из атрибутивной информации о стальном листе, один или несколько блоков фактических данных, выбранных из фактических рабочих данных этапа гибки давлением, и один или несколько блоков фактических данных, выбранных из фактических рабочих данных этапа уменьшения зазора под сварку, в качестве фактических входных данных, и содержащих фактические данные об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы на этапе изготовления стальной трубы, используя фактические входные данные в качестве выходных данных и генерируя модель прогнозирования овальности посредством машинного обучения, используя полученные блоки обучающих данных.
11. Способ по п. 10, в котором используемое машинное обучение представляет собой тип машинного обучения, выбранный из нейронной сети, древовидной схемы решений, случайного леса и регрессии опорных векторов.
12. Устройство для прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы посредством экспандирования внутреннего диаметра стальной трубы, концы которой соединены друг с другом, в процессе изготовления стальной трубы, включающем в себя: этап гибки давлением посредством обработки стального листа для получения формованной заготовки U-образного сечения посредством многократного прессования пуансоном; этап уменьшения зазора под сварку на участке уменьшения зазора под сварку формованной заготовки U-образного сечения для формования открытой трубы; этап сварки соединяющихся концов открытой трубы друг с другом; и этап экспандирования трубы; указанное устройство содержит:
блок сбора рабочих параметров, выполненный с возможностью сбора одного или нескольких параметров, выбираемых из атрибутивной информации о стальном листе, одного или нескольких рабочих параметров, выбираемых из рабочих параметров этапа гибки давлением, и одного или нескольких рабочих параметров, выбираемых из рабочих параметров этапа уменьшения зазора под сварку; и
блок прогнозирования овальности, выполненный с возможностью прогнозирования информации об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы посредством ввода рабочего параметра, получаемого блоком сбора рабочих параметров, в модель прогнозирования овальности, обучаемую с помощью машинного обучения, причем указанная модель содержит один или несколько параметров, выбираемых из атрибутивной информации о стальном листе, один или несколько рабочих параметров, выбираемых из рабочих параметров этапа гибки давлением, и один или несколько рабочих параметров, выбираемых из рабочих параметров этапа уменьшения зазора под сварку, в качестве входных данных, и содержит информацию об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы в качестве выходных данных.
13. Устройство по п. 12, содержащее:
терминальное устройство, содержащее входной блок, выполненный с возможностью сбора входящей информации на основании работы пользователя; и блок индикации, выполненный с возможностью отображения информации об овальности,
причем блок сбора рабочих параметров выполнен с возможностью обновления части или всех собранных рабочих параметров на основании входящей информации, собранной входным блоком, и
блок индикации выполнен с возможностью отображения информации об овальности стальной трубы, прогнозируемой блоком прогнозирования овальности при использовании обновленных рабочих параметров.
| СПОСОБ И УСТРОЙСТВО МОДЕЛИРОВАНИЯ СГИБАНИЯ ТРУБЫ | 2006 |
|
RU2414317C2 |
| СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНЫХ ТРУБ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА | 2011 |
|
RU2486981C1 |
| JP 4870200 B2, 08.02.2012 | |||
| JP 6519896 B1, 29.05.2019. | |||
