СПОСОБ ГЕНЕРИРОВАНИЯ МОДЕЛИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ОВАЛЬНОСТИ СТАЛЬНОЙ ТРУБЫ, СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ОВАЛЬНОСТИ СТАЛЬНОЙ ТРУБЫ, СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ОВАЛЬНОСТИ СТАЛЬНОЙ ТРУБЫ, СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТАЛЬНОЙ ТРУБЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ОВАЛЬНОСТИ СТАЛЬНОЙ ТРУБЫ Российский патент 2024 года по МПК B21C37/08 B21D39/20 B21D5/10 G05B19/418 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы, способу прогнозирования овальности стальной трубы, способу регулирования овальности стальной трубы, способу изготовления стальной трубы и устройству для прогнозирования овальности стальной трубы, применимому к стальной трубе после этапа экспандирования трубы в процессе изготовления UOE-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 стальной трубы и экспандирования диаметра стальной трубы (именуемого экспандированием трубы) для уменьшения овальности. В последние годы наблюдается растущий спрос на UOE-стальные трубы, изготавливаемые из материалов большей толщины, имеющих более высокую прочность, и к ним предъявляются более жесткие требования в отношении точности обеспечения овальности стальных труб.

В связи с этим в Патентной литературе 1 приводится описание способа ограничения на этапе изготовления UOE-стальной трубы, включающем в себя этапа C-формования (этап гибки концов), этап U-формования (этап U-гибки) и этап O-формования (этап O-гибки), случая неполного формования на этапе O-формования за счет надлежащего выбора ширины обработки посредством гибки концов (длина C-гибки) на этапе C-формования, ширины U-гибки на этапе U-формования и радиуса кривизны участка плеча инструмента для U-формования. Способ, описанный в Патентной литературе 1, позволяет получить надлежащую форму стальной трубы при выполнении формования в заданном диапазоне условий независимо от толщины и качества материала.

С другой стороны, в Патентной литературе 2 описывается способ уменьшения наличия углов в стальной трубе, именуемых пиковой величиной, с целью уменьшения овальности стальной трубы за счет задания соотношения между наружным диаметром экспандера, используемого на этапе экспандирования трубы, который является частью процесса изготовления UOE-стальной трубы, перед экспандированием диаметра и внутренним диаметром изделия в виде стальной трубы, подлежащей изготовлению, для обеспечения соответствия заданному диапазону. Кроме того, в Патентной литературе 3 описывается прием задания ширины инструмента для U-формования, используемого на этапе U-формования, до 70% и менее от наружного диаметра изделия в виде стальной трубы, имеющей заданную прочность и размер. Способ, описанный в Патентной литературе 3, предлагается для оптимизации состояния контакта между матрицей для O-формования и формуемой заготовкой на этапе O-формования и уменьшения овальности открытой трубы после этапа O-формования.

Перечень противопоставленных документов

Патентная литература;

Патентная литература 1: JP 55-50916 A;

Патентная литература 2: JP 4-71737 A;

Патентная литература 3: JP 2004-141936 A.

Раскрытие сущности изобретения

Техническая проблема

Однако способ, описанный в Патентной литературе 1, является недостаточным для достижения требуемой овальности UOE-стальной трубы, что затрудняет изготовление UOE-стальной трубы, имеющей приемлемую овальность. Кроме того, указанный способ предлагает надлежащие условия в качестве рабочих условий этапа C-формования и этапа U-формования, но не предлагает прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы в виде изделия. С другой стороны, с помощью способа, описанного в Патентной литературе 2, сложно достичь приемлемую овальность с точки зрения прочности оснастки для экспандирования трубы применительно к UOE-стальной трубе, имеющей большую толщину и высокую прочность. Кроме того, процесс изготовления UOE-стальной трубы включает в себя ряд этапов, включающих в себя, по меньшей мере, такие этапы, как этап U-формования и этап O-формования помимо этапа экспандирования трубы. Однако в способе, описанном в Патентной литературе 2, не рассматривается влияние рабочих условий этапов, не являющихся этапом экспандирования трубы, на овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы. Это затрудняет надежность достижения уменьшения овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы.

Кроме того, в Патентной литературе 3 приводится описание случая, где овальность открытой трубы после этапа O-формования уменьшается за счет регулирования ширины инструмента для U-формования до заданного диапазона, и предлагается, чтобы овальность после этапа O-формования изменялась в зависимости от взаимосвязи между этапом U-формования и этапом O-формования. Однако, поскольку рабочие условия ряда этапов изготовления, включающих этап экспандирования трубы, оказывают влияние на овальность изделия в виде UOE-стальной трубы, существует возможность усовершенствования для достижения более приемлемой овальности стальной трубы. Кроме того, способ, описанный в Патентной литературе 3. не прогнозирует овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы.

Настоящее изобретение было разработано с учетом вышеуказанных проблем, и первая задача состоит в том, чтобы предложить способ генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы, обеспечивающий создание модели прогнозирования овальности, которая точно прогнозирует овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы в технологическом процессе изготовления UOE-стальной трубы, который включает в себя ряд этапов. Другая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить способ прогнозирования овальности стальной трубы и устройство для прогнозирования овальности стальной трубы, способные точно прогнозировать овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы в технологическом процессе изготовления UOE-стальной трубы, который включает в себя ряд этапов. Другая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить способ регулирования овальности стальной трубы и способ изготовления стальной трубы, обеспечивающие изготовление UOE-стальной трубы, имеющей приемлемую овальность.

Решение проблемы

Для преодоления указанной проблемы и решения указанной задачи способ генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы по настоящему изобретению является способом генерирования модели прогнозирования овальности, которая прогнозирует овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы, входящего в технологический процесс изготовления стальной трубы, который включает в себя: этап U-формования, выполняемый посредством обработки формованием стального листа для получения формованной заготовки, имеющей U-образное сечение, с помощью инструмента для U-формования; этап O-формования, выполняемый посредством обработки формованием формованной заготовки, имеющей U-образное сечение, для получения открытой трубы; и этап экспандирования трубы, выполняемый посредством обработки формованием путем экспандирования стальной трубы, полученной посредством соединения друг с другом концов открытой трубы в направлении ширины. Способ включает в себя: этап сбора исходных данных посредством выполнения численного расчета, в котором входными данными является набор данных рабочих условий, который включает в себя один или более рабочих параметров, выбранных из рабочих параметров этапа U-формования, и один или более рабочих параметров, выбранных из рабочих параметров этапа O-формования, а выходными данными является информация об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, причем численный расчет выполняется неоднократно, с изменением при этом набора данных рабочий условий и генерированием, посредством выполнения численного расчета, множества пар данных набора из данных рабочих условий и данных информации об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, соответствующих набору данных рабочих условий, в качестве данных для обучения; и этап генерирования модели прогнозирования овальности посредством генерирования модели прогнозирования овальности, причем входными данными является набор данных рабочих условий, а выходными данными является информация об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, причем генерирование модели прогнозирования овальности выполняется с помощью машинного обучения, с использованием указанного множества пар данных для обучения, генерируемого на этапе сбора исходных данных.

Кроме того, в способе генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы по настоящему изобретению этап сбора исходных данных включает в себя этап расчета, с использованием метода конечных элементов, информации об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, исходя из набора данных рабочих условий.

Кроме того, в способе генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы по настоящему изобретению модель прогнозирования овальности включает в себя один или более параметров, выбранных из атрибутивной информации о стальном листе, в качестве набора данных рабочих условий.

Кроме того, в способе генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы по настоящему изобретению модель прогнозирования овальности включает в себя один или более параметров, выбранных из рабочих параметров этапа экспандирования трубы, в качестве набора данных рабочих условий.

Кроме того, в способе генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы по настоящему изобретению процесс изготовления стальной трубы включает в себя этап C-формования, выполняемый посредством обработки формованием концов стального листа в направлении ширины с помощью гибки концов перед этапом U-формования, и модель прогнозирования овальности включает в себя в качестве набора данных рабочего условия один или несколько рабочих параметров, выбранных из рабочих параметров этапа C-формования.

Кроме того, в способе генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы по настоящему изобретению рабочие параметры этапа U-формования включают в себя один или более рабочих параметров из информации о форме инструмента для U-формования, величины вдавливания при U-формовании, исходного расстояния между опорами при U-формовании и окончательного расстояния между опорами при U-формовании.

Кроме того, в способе генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы по настоящему изобретению машинное обучение, подлежащее использованию, является типом машинного обучения, выбранным из нейронной сети, дерева решений, случайного леса, регрессии на основе гауссовских процессов и регрессии опорных векторов.

Кроме того, способ прогнозирования овальности стальной трубы по настоящему изобретению включает в себя: этап сбора рабочих параметров посредством сбора в режиме реального времени набора данных рабочих условий, который должен быть задан как рабочие условия технологического процесса изготовления стальной трубы, в качестве входных данных модели прогнозирования овальности стальной трубы, генерируемой с помощью способа генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы по настоящему изобретению; и этап прогнозирования овальности посредством прогнозирования информации об овальности стальной трубы после этапа экспандирования стальной трубы, посредством ввода в модель прогнозирования овальности, в качестве входных данных, набора данных рабочих условий, полученного на этапе сбора рабочих параметров.

Кроме того, способ регулирования овальности стальной трубы по настоящему изобретению включает в себя этап внесения изменений при прогнозировании информации об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, с использованием способа прогнозирования овальности стальной трубы по п. 8, причем прогнозирование выполняется перед началом этапа, намеченного для внесения изменений, который выбирается из ряда этапов обработки посредством формования, составляющих технологический процесс изготовления стальной трубы, и с изменением одного или более рабочих параметров, выбранных по меньшей мере из рабочих параметров этапа, намеченного для внесения изменений, или одного или более рабочих параметров, выбранных из рабочих параметров этапа обработки посредством формования, выполняемого после этапа, намеченного для внесения изменений, на основании прогнозируемой информации об овальности стальной трубы.

Кроме того, способ изготовления стальной трубы по настоящему изобретению включает в себя этап изготовления стальной трубы, с использованием способа регулирования овальности стальной трубы по настоящему изобретению.

Кроме того, устройство для прогнозирования овальности стальной трубы по настоящему изобретению является устройством, которое прогнозирует овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы, входящего в технологический процесс изготовления стальной трубы, который включает в себя: этап U-формования для обработки стального листа с целью получения формованной заготовки, имеющей U-образное сечение, с помощью инструмента для U-формования; этап O-формования для обработки формованной заготовки, имеющей U-образное сечение, с целью получения открытой трубы; и этап экспандирования трубы, выполняемый посредством обработки формованием путем экспандирования стальной трубы, полученной посредством соединения друг с другом концов открытой трубы в направлении ширины. Устройство для прогнозирования овальности стальной трубы содержит: блок сбора исходных данных, который выполняет численный расчет, в котором входными данными является набор данных рабочих условий, который включает в себя один или более рабочих параметров, выбранных из рабочих параметров этапа U-формования, и один или более рабочих параметров, выбранных из рабочих параметров этапа O-формования, и выходными данными является информация об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, причем численный расчет выполняется множество раз, с изменением при этом набора данных рабочих условий и генерированием, путем выполнения численного расчета, множества пар данных из набора данных рабочих условий и данных информации об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, соответствующих набору данных рабочих условий, в качестве данных для обучения; блок генерирования модели прогнозирования овальности, который генерирует модель прогнозирования овальности, причем входными данными является набор данных рабочих условий, а выходными данными является информация об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, причем генерирование модели прогнозирования овальности выполняется с помощью машинного обучения, с использованием множества пар данных для обучения, генерируемых блоком сбора исходных данных; блок сбора рабочих параметров, который собирает в режиме реального времени набор данных рабочих условий, которые должны быть заданы в качестве рабочих условий технологического процесса изготовления стальной трубы; и блок прогнозирования овальности, который прогнозирует в режиме реального времени информацию об овальности стальной трубы после этапа экспандирования стальной трубы, соответствующую набору данных рабочих условий, собираемому блоком сбора рабочих параметров, с использованием модели прогнозирования овальности, генерируемой блоком генерирования модели прогнозирования овальности.

Кроме того, устройство для прогнозирования овальности стальной трубы по настоящему изобретению также содержит терминальное устройство, содержащее входной блок, который собирает входную информацию на основании работы пользователя, и блок индикации, который отображает информацию об овальности, причем блок сбора рабочих параметров обновляет часть или весь набор данных рабочих условий в технологическом процессе изготовления стальной трубы на основании входной информации, собираемой входным блоком, и блок индикации отображает информацию об овальности стальной трубы, которая прогнозируется блоком прогнозирования овальности, с использованием обновленного набора данных рабочих условий.

Положительные эффекты изобретения

Согласно способу генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы настоящего изобретения существует возможность генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы, которая точно прогнозирует овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы в технологическом процессе изготовления UOE-стальной трубы, который включает в себя ряд этапов. Кроме того, при выполнении способа прогнозирования овальности стальной трубы и использовании устройства для прогнозирования овальности стальной трубы согласно настоящему изобретению можно точно прогнозировать овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы в технологическом процессе изготовления UOE-стальной трубы, который включает в себя ряд этапов. Кроме того, согласно способу регулирования овальности стальной трубы и способу изготовления стальной трубы по настоящему изобретению существует возможность изготовления UOE-стальной трубы, имеющей приемлемую овальность.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 – схема технологического процесса изготовления стальной трубы согласно варианту выполнения настоящего изобретения;

фиг. 2 – перспективный вид общей конструкции устройства для придания заготовке C-образной формы;

фиг. 3 – схематическая компоновка механизма формования из фиг. 2;

фиг. 4 – общая компоновка устройства для придания заготовке U-образной формы;

фиг. 5 – схематическое изображение работы устройства для придания заготовке U-образной формы;

фиг. 6 – схематическое изображение модификации устройства для придания заготовке U-образной формы;

фиг. 7 – схематическое изображение этапа O-формования;

фиг. 8 – схематическое изображение примера компоновки устройства для экспандирования трубы;

фиг. 9 – способ измерения формы наружного диаметра стальной трубы;

фиг. 10 – схема конфигурации устройства для генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы согласно варианту выполнения настоящего изобретения;

фиг. 11 – схема конфигурации блока расчета овальности в автономном режиме из фиг. 10;

фиг. 12 – график примера взаимосвязи толщины трубы и способности к экспандированию трубы для каждой величины предела текучести стальной трубы;

фиг. 13 – график примера взаимосвязи толщины трубы и способности к экспандированию трубы для каждой величины наружного диаметра стальной трубы;

фиг. 14 – пример измерения формы сечения стальной трубы перед этапом экспандирования трубы;

фиг. 15 – пример взаимосвязи коэффициента экспандирования трубы и пиковой величины в трех выступах из фиг. 14;

фиг. 16 – определение пиковой величины;

фиг 17 – форма инструмента для U-формования;

фиг. 18 – схема способа регулирования овальности стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения;

фиг. 19 – схема конфигурации устройства для прогнозирования овальности стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения;

фиг. 20 – пример конечно-элементной модели на этапе O-формования.

Осуществление изобретения

Ниже со ссылкой на чертежи приведено описание способа генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы, способа прогнозирования овальности стальной трубы, способа регулирования овальности стальной трубы, способа изготовления стальной трубы и устройства для прогнозирования овальности стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения.

Технологический процесс изготовления стальной трубы

Сначала со ссылкой на фиг. 1 будет описан технологический процесс изготовления стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения.

На фиг. 1 показана схема технологического процесса изготовления стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения. В технологическом процессе 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 технологическим процессом 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.

Как показано на фиг. 1(a), стальной лист, используемый в качестве материала, сначала подвергается механической обработке на этапе предварительной обработки. В частности, для регулирования ширины стального листа в заданном диапазоне конец стального листа в направлении ширины подвергается отрезке или строганию с помощью устройства для обработки листа в направлении ширины. Это обеспечивает получение наружного диаметра стальной трубы после формования для изготовления UOE-стальной трубы, соответствующего требуемому диапазону изделия. Кроме того, конец стального листа в направлении ширины предварительно подвергается резке или расплавлению с помощью устройства для механической обработки кромки под сварку с целью получения скошенной формы, именуемой кромкой под сварку. Эта операция обеспечивает прочность свариваемого участка, способствуя течению расплавленного металла в направлении толщины трубы в свариваемом участке на последующем этапе сварки.

Далее, как показано на фиг. 1(b), в качестве этапа C-формования может выполняться обработка стального листа посредством гибки концов (также именуемая обработкой посредством подгибки) с помощью устройства для придания заготовке C-образной формы. Благодаря заблаговременному прикладыванию деформации гибки к концу стального листа в направлении ширины с помощью матрицы можно уменьшить овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы. Следующим этапом является этап U-формования, как показано на фиг. 1(c), на котором выполняется обработка стального листа посредством его формования для получения формованной заготовки U-образной формы (формованной заготовки, имеющей U-образное сечение), используя устройство для придания заготовке U-образной формы. Далее, как показано на фиг. 1(d), U-образная формованная заготовка подвергается формованию для получения открытой трубы, имеющей, по существу, трубчатое сечение с уменьшенным зазором под сварку, на этапе O-формования, используя устройство для придания заготовке O-образной формы.

Следующий этап сварки, показанный на фиг. 1(e), является этапом удерживания участка зазора под сварку, образованного на конце открытой трубы, так чтобы концы в направлении ширины находились в контакте друг с другом, и соединения концов в направлении ширины друг с другом с помощью сварочного устройства. На этом этапе открытой трубе придается форма стальной трубы, имеющей концы в направлении ширины, соединенные друг с другом. Следующий этап экспандирования трубы, показанный на фиг. 1(f), является этапом, на котором используется устройство для экспандирования трубы, которое содержит множество инструментов для экспандирования трубы, каждый из которых имеет криволинейную поверхность, полученную посредством деления дуги на множество участков для экспандирования стальной трубы посредством приведения криволинейной поверхности инструмента для экспандирования трубы в контакт с внутренней поверхностью стальной трубы. На этапе проверки изготовленной таким образом стальной трубы, показанном на фиг. 1(g), проверяют, соответствует ли ее качество, а именно, свойства материала, внешний вид и размеры, установленным техническим условиям, после чего стальная труба отгружается в виде UOE-стальной трубы (готового изделия). В настоящем варианте выполнения этап проверки включает в себя этап измерения овальности стальной трубы с помощью устройства для измерения овальности.

В настоящем варианте выполнения этап C-формования, этап U-формования, этап O-формования 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 фиг. 2 – 9 приведено подробное описание отдельных этапов, включенных в процесс изготовления стальной трубы.

Этап C-формования

Сначала со ссылкой на фиг. 2 и 3 будет приведено описание случая, где в качестве этапа C-формования выполняется обработка стального листа посредством гибки концов с помощью устройства для придания заготовке C-образной формы.

На фиг. 2 показан перспективный вид общей компоновки устройства для придания заготовке C-образной формы. Как показано на фиг. 2, устройство 10 для придания заготовке C-образной формы содержит: транспортирующий механизм 11, который транспортирует стальной лист S в продольном направлении, т.е. в направлении транспортирования; формующий механизм 12A, 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 транспортирования; формующий механизм 12B, который выполняет гибку другого конца Sd листа в направлении ширины до получения заданной кривизны; и механизм регулирования расстояния, который регулирует расстояние между формующими механизмами 12A и 12B слева и справа по ширине стального листа S, который подвергается обработке посредством гибки концов. Транспортирующий механизм 11 содержит множество приводимых во вращение транспортирующих роликов 11a, расположенных впереди и сзади формующих механизмов 12A и 12B. Следует отметить, что номер поз. Sa на чертеже обозначает начальный конец (передний конец в продольном направлении) стального листа S.

На фиг. 3(a) показан вид в разрезе формующего механизма 12A 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 12A и формующий механизм 12B двустороннесимметричны и имеют идентичную компоновку. Формующие механизмы 12A/12B содержат верхнюю полуматрицу 13 и нижнюю полуматрицу 14 в качестве пары полуматриц, обращенных друг к другу в вертикальном направлении, и гидравлический цилиндр 16 в качестве средства перемещения полуматрицы, которое выдвигает вверх нижнюю полуматрицу 14 вместе с держателем 15 инструмента (движется в направлении приближения к верхней полуматрице 13) и зажимает полуматрицы с заданным усилием сжатия. Формующие механизмы 12A и 12B могут содержать зажимной механизм 17, который захватывает стальной лист S c внутренней стороны от верхней полуматрицы 13 и нижней полуматрицы 14 в направлении ширины. Длина стального листа S в продольном направлении верхней полуматрицы 13 и нижней полуматрицы 14 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 11 (см. фиг. 2).

На этапе C-формования нижняя полуматрица 14, соприкасающаяся с поверхностью стального листа на наружной стороне в направлении гибки концов Sc и Sd в направлении ширины стального листа S, который подвергается обработке посредством гибки концов, имеет формующую поверхность 14a, обращенную к верхней полуматрице 13. Верхняя полуматрица 13 имеет формующую поверхность 13a выпуклой криволинейной формы, обращенную к формующей поверхности 14a, и радиус кривизны, соответствующий внутреннему диаметру стальной трубы, подлежащей изготовлению. Формующая поверхность 14a имеет вогнутую криволинейную поверхность, приближающуюся к верхней полуматрице 13 с наружной стороны в направлении ширины. Однако, несмотря на то, что формующая поверхность 14a нижней полуматрицы 14 имеет форму вогнутой криволинейной поверхности, формующая поверхность может быть любой поверхностью, которая приближается к верхней полуматрице 13, когда она продолжается наружу в направлении ширины, и может быть наклонной плоскостью. Форма криволинейной поверхности верхней полуматрицы 13 и нижней полуматрицы 14 рассчитывается надлежащим образом в соответствии с толщиной стального листа S, наружным диаметром стальной трубы и т.п. и может выбираться и использоваться в соответствии с заданным материалом.

На фиг. 3(b) показан вид в разрезе формующего механизма 12A в направлении ширины в таком же положении, как и на фиг. 3(a), отображающий состояние, в котором нижняя полуматрица 14 выдвигается вверх гидравлическим цилиндром 16 и зажимается. Нижняя полуматрица 14 выдвигается вверх гидравлическим цилиндром 16, и конец Sc стального листа S в направлении ширины подвергается обработке посредством гибки и формуется в соответствии с формой по направлению дугообразной формующей поверхности 13a верхней полуматрицы 13. 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 U-формования

Далее со ссылкой на фиг. 4 – 6 будет приведено описание этапа U-формования.

На фиг. 4 показана общая компоновка устройства для придания заготовке U-образной формы для выполнения этапа U-формования. Для придания заготовке U-образной формы существуют различные устройства, типичный пример которых показан на упомянутой фигуре. В устройстве для придания заготовке U-образной формы, показанном на фиг. 4, подъемный цилиндр 21 крепится к верхнему участку рамы 20 машины с помощью верхнего штока, обращенного вниз, и верхний конец подвесного элемента 23, который поддерживает инструмент 22 (U-пуансон) для U-формования. крепится к верхнему штоку подъемного цилиндра 21. Кроме того, на центральном участке нижней поверхности 24 пола рамы 20 машины установлен цилиндр 26 скольжения, так что шток 25 обращен внутрь рамы 20 машины, и на стороне цилиндра 26 скольжения установлен блок 27 скольжения в виде пары блоков, левого и правого. К головке штока 25 цилиндра 26 скольжения прикреплена опора (основание) 28. Шток 25 и блок 27 скольжения соединены с помощью связующего звена 29. Связующее звено 29 содержит ось 30 вращения, прикрепленную к блоку 27 скольжения, и к дальнему концу плеча 31, продолжающегося от оси 30 вращения, прикреплен ограничительный валок (участок опоры для U-образной гибки) 32, который толкает и изгибает стальной лист S. Стальной лист S, используемый в качестве материала на этапе U-формования, является стальным листом, который был подвергнут обработке посредством гибки концов на этапе C-формования. Как вариант, также допускается использование стального листа, который не был подвергнут обработке посредством гибки концов на этапе C-формования. Стальной лист S устанавливают на левом и правом ограничительных валках 32, так что левое/правое направление устройства для придания заготовке U-образной формы, показанного на фиг. 4, соответствует направлению ширины стального листа S. В показанном случае стальной лист S расположен, по существу, симметрично относительно центральной точки между левым и правым ограничительными валками 32. После этого, как инструмент 22 для U-формования опускается с помощью подъемного цилиндра 21, к стальному листу между инструментом 22 для U-формования и левым и правым ограничительными валками 32 прикладывается деформация посредством трехточечной гибки, что ведет к прикладыванию деформации изгиба направленной вниз выпуклой формы к стальному листу S.

На фиг. 5 показано состояние, в котором инструмент 22 для U-формования опускается в заданное самое нижнее положение с помощью подъемного цилиндра 21. Когда инструмент 22 для U-формования опускается с помощью подъемного цилиндра 21, стальной лист S приходит в контакт с основанием, что обусловливает опускание штока 25 с помощью основания 28. В это время связующее звено 29 закрывается, блок 27 скольжения движется к стороне центра рамы 20 машины, что одновременно ведет к подниманию плеча 31, обусловливая перемещение левого и правого ограничительных валков 32 в направлении уменьшения расстояния между отдельными валками. С помощью указанной операции ограничительный валок 32 приближается со стороны боковой поверхности стального листа S, формуемого для придания ему U-образной формы, и стальной лист обрабатывается для получения U-образной формованной заготовки.

При выполнении этапа U-формования для получения заданной формы U-образной формованной заготовки форма, соответствующая форме дальнего конца инструмента 22 для U-формования (форме в диапазоне контакта со стальным листом S),выбирается в зависимости от толщины и типа стали стального листа S и заданного наружного диаметра стальной трубы. Кроме того, чем больше величина вдавливания при U-формовании с помощью инструмента 22 для U-формования (величина перемещения из положения контакта с верхней поверхностью стального листа S инструмента 22 для U-формования до самого нижнего положения), тем больше угол «обертывания» стального листа S относительно инструмента 22 для U-формования, что обеспечивает получение формы участка U-образной формованной заготовки, контактирующего с инструментом 22 для U-формования, ближе к форме дальнего конца инструмента 22 для U-формования. С другой стороны, расстояние (исходное расстояние между опорами при U-формовании) между левым и правым ограничительными валками 32 может быть задано посредством изменения положения блока 27 скольжения перед началом этапа U-формования. Это изменяет расстояние между точками вращения при выполнении обработки стального листа S с помощью трехточечной гибки, что ведет к изменению кривизны изгиба стального листа S. Кроме того, регулирование высоты основания 28 или длины штока 25 изменяет положение высоты, на которой стальной лист S приходит в контакт с основанием 28 во время обработки с помощью инструмента 22 для U-формования. Это изменяет положение открывания/закрывания связующего звена 29, что ведет к изменению положения ограничивающего валка 32 при формовании и расстояния (исходное расстояние между опорами при U-формовании) между левым и правым ограничительными валками 32 в состоянии, когда инструмент 22 для U-формования достигает самого нижнего положения. Это изменяет величину просвета в U-образной формованной заготовке. Таким образом, при выполнении этапа U-формования указанные рабочие параметры задаются надлежащим образом в зависимости от толщины стального листа S, типа стали и заданного наружного диаметра стальной трубы.

В устройстве для придания заготовке U-образной формы, показанном на фиг. 4 и 5, используется система, в которой ограничивающие валки 32 движутся в направлении уменьшения расстояния между ними с помощью связующего звена 29, и устройство именуется устройством Kaiser для придания заготовке U-образной формы. С другой стороны, некоторые устройства для придания заготовке U-образной формы именуются устройствами Verson для придания заготовке U-образной формы, как показано на фиг. 6. В этом устройстве используется компоновка, в которой участок 33 основания и участок 34 опоры при U-формовании выполняют функции основания 28 и ограничивающего валка 32, соответственно, из устройства Kaiser для придания заготовке U-образной формы, показанного на фиг. 4 и 5, причем участок 33 основания и участок 34 опоры при U-формовании расположены на нижней матрице (локер-матрице) 35, которая является единым элементом. В устройстве Verson для придания заготовке U-образной формы левая и правая локер-матрицы 35 вращаются вокруг оси 36 вращения. Когда инструмент 37 для U-формования толкает стальной лист S, участок 33 основания подвергается нажатию, тем самым поворачивая левую и правую локер-матрицы 35, в результате чего левый и правый участки 34 опор при U-формовании перемещаются с уменьшением расстояния. С помощью этой операции стальной лист S подвергается формованию с получением U-образного сечения. Элемент, обозначенный на фиг. 36 номером поз. 38, является элементом, именуемым подушкой, и используется для замедления резкого опускания стального листа S во время формования или используется для поднимания U-образной формованной заготовки после формования.

Кроме того, на этапе U-формования, где используется устройство Verson для придания заготовке U-образной формы, показанное на фиг. 6, форма дальнего конца инструмента 37 для U-формования выбирается в зависимости от толщины и типа стали стального листа S и заданного наружного диаметра стальной трубы, и задается величина вдавливания при U-формовании. С другой стороны, исходное расстояние между опорами при U-формовании может задаваться посредством изменения положений левой и правой локер-матриц 35. Кроме того, окончательное расстояние между опорами при U-формовании может изменяться посредством задания исходной высоты участка 33 основания (или исходного угла локер-матрицы 35). Таким образом, на этапе U-формования рабочие условия этапа U-формования могут устанавливаться с помощью сходных рабочих параметров, независимо от того, какое устройство для придания заготовке U-образной формы используется. Следует отметить, что устройство для придания заготовке U-образной формы, показанное на фиг. 6, имеет двустороннесимметричную компоновку. На чертеже с левой стороны от плоскости F симметрии показано состояние, когда стальной лист S установлен в устройство для придания заготовке U-образной формы, и на чертеже с правой стороны от плоскости F симметрии показано состояние, когда инструмент 37 для U-формования опускается в заданное самое нижнее положение.

Этап O-формования

Далее со ссылкой на фиг. 7 будет приведено описание этапа O-формования.

Этап O-формования выполняется посредством включения полукруглых матриц в состав устройства для придания заготовке O-образной формы. На фиг. 7 схематически показано деформирование U-образной формованной заготовки на этапе O-формования. На этапе O-формования U-образную формованную заготовку сначала устанавливают в нижнюю полуматрицу 40 устройства для придания заготовке O-образной формы. Далее, после опускания верхней полуматрицы 41, которая является полукруглой полуматрицей, открытой с нижней стороны, достигается исходное состояние перед обработкой на этапе O-формования, как показано на фи. 7(a). Далее, когда верхняя полуматрица 41 опускается с помощью подъемного устройства полуматрицы (не показано), U-образная формованная заготовка приобретает цилиндрическую форму, имеющую, по существу, круглое сечение на всем протяжении верхней и нижней полуматриц, как показано на фиг. 7(b). Далее, когда верхняя полуматрица 41 поднимается и освобождает U-образную формованную заготовку от удерживания, U-образная формованная заготовка подвергается упругому восстановлению и возвращается из, по существу, состояния, в котором она имеет круглое сечение, показанное на фиг. 7(b), в состояние, в котором она имеет немного U-образную форму за счет пружинения. В результате форма U-образной формованной заготовки по завершении этапа O-формования становится слегка эллиптической формой, удлиненной в вертикальном направлении, как показано на фиг. 7(c). Такая форма именуется открытой трубой.

Рабочий параметр, задаваемый при выполнении этапа O-формования, может определяться с помощью расстояния (именуемого величиной вдавливания при O-формовании) между самым верхним участком на стороне внутренней поверхности верхней полуматрицы и самым нижним участком на стороне внутренней поверхности нижней полуматрицы 40 в тот момент, когда верхняя полуматрица 41, показанная на фиг. 7(b), находится в самом нижнем положении. Кроме того, рабочий параметр может определяться с помощью зазора (именуемого местом вдавливания при O-формовании) между самым нижним участком верхней полуматрицы 41 и самым верхним участком нижней полуматрицы 40 в момент, когда верхняя полуматрица 41, показанная на фиг. 7(b), находится в самом нижнем положении. С другой стороны, коэффициент сжатия на этапе O-формования определяется как (W- L)/W (× 100%), где W – ширина стального листа S, используемого в качестве материала, перед началом этапа U-формования, и L – длина в окружном направлении участка, соответствующего 1/2 толщины стального листа S во время сжатия с помощью верхней полуматрицы 41(длина участка, где полуматрица приходит в контакт со стальным листом S и участка зазора между верхней полуматрицей 41 и нижней полуматрицей 40). Кроме того, радиус полуматрицы для O-формования, который является радиусом кривизны криволинейной поверхности верхней полуматрицы 41 и нижней полуматрицы 40, приходящими в контакт с U-образной формованной заготовкой, может использоваться в качестве рабочего параметра этапа O-формования. Когда U-образная формованная заготовка помещена на нижнюю полуматрицу 40, U-образная формованная заготовка расположена симметрично, так что самая нижняя точка U-образного сечения соответствует самому нижнему участку на стороне внутренней поверхности нижней полуматрицы 40. Однако положение, в которое устанавливают U-образную формованную заготовку, в некоторых случаях может быть смещено в зависимости от формы U-образной формованной заготовки или изменения формы полуматриц из-за износа нижней полуматрицы 40.

Этап сварки

Далее приведено описание этапа сварки.

В дальнейшем открытая труба, сформованная на этапе O-формования, подвергается формовке для получения стальной трубы посредством стыковки торцевых поверхностей участков с зазором под сварку друг с другом и сварки в сварочной машине (соединительном средстве). 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 сварочную машину для сварки наружной поверхности труб. В этих сварочных машинах сварочная машина для сварки труб прихваточным швом непрерывно приводит торцевые 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 стальная 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

Далее со ссылкой на фиг. 8 будет приведено описание этапа 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. 8(a) – 8(c) показан пример конструкции устройства для экспандирования трубы. Как показано на фиг. 8(a), устройство для экспандирования трубы содержит множество сегментов 51 для экспандирования трубы, имеющих криволинейные поверхности, полученные посредством деления дуги на множество дуг в окружном направлении конической наружной периферийной поверхности 52. При экспандировании стальной трубы, используя устройство для экспандирования трубы, как показано на фиг. 8(b) и 8(c), сегмент 51 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 53 из начального положения экспандирования трубы выполняется первая обработка для экспандирования трубы.

Это позволяет каждому из сегментов 51 для экспандирования трубы в скользящем контакте с конической наружной периферийной поверхностью 52 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 53 выдвигается в исходное положение экспандирования трубы для возврата сегментов 51 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 51 для экспандирования трубы. Сегменты 51 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 51 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 радиус сегментов для экспандирования трубы. Коэффициент экспандирования трубы относится к отношению разницы между наружным диаметром стальной трубы P после экспандирования трубы и наружным диаметром стальной трубы P перед экспандированием трубы к наружному диаметру стальной трубы перед экспандированием трубы. Наружный диаметр стальной трубы P перед экспандированием трубы и после экспандирования трубы может быть подсчитан посредством измерения окружной длины стальной трубы P. Коэффициент экспандирования трубы может регулироваться посредством величины хода, когда сегменты 51 для экспандирования трубы расширяются в радиальном направлении. Число сегментов для экспандирования трубы относится к числу сегментов для экспандирования трубы, которые приходят в контакт со стальной трубой P, расположенной в окружном направлении, когда выполняется экспандирование трубы. Радиус сегмента для экспандирования трубы относится к радиусу кривизны участка каждого сегмента для экспандирования трубы в окружном направлении, который приходит в контакт со стальной трубой.

Наряду с этими параметрами коэффициент экспандирования трубы является рабочим параметром, который может легко регулировать овальность после этапа экспандирования трубы в случае изменения атрибутивных величин, таких как предел текучести и толщина стального листа, используемого в качестве материала. Увеличение коэффициента экспандирования трубы обеспечивает кривизну области контакта с сегментом для экспандирования трубы равномерно по всей окружности трубы согласно радиусу сегментов для экспандирования трубы, позволяя 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 верхнее предельное значение коэффициента экспандирования трубы ограничивается для поддержания диаметра стальной трубы в качестве изделия в пределах заданного допуска на размеры. Кроме того, слишком большой коэффициент экспандирования трубы мог бы обусловливать увеличение зазора между сегментами для экспандирования трубы в окружном направлении при расширении сегмента для экспандирования трубы, что в некоторых случаях увеличивало бы овальность стальной трубы. Кроме того, участок, смягчаемый в результате теплового воздействия во время сварки, локально и интенсивно деформируется, что могло бы значительно уменьшить толщину указанного участка, в результате чего толщина стенки трубы могла бы не соответствовать заданному диапазону допусков. Кроме того, возможен случай, когда предел текучести при сжатии готовой стальной трубы снижается из-за эффекта Баушингера, и необходимо принять во внимание задание верхнего предельного значения коэффициента экспандирования трубы из-за ограничений на материалы, когда стальная труба используется в состоянии воздействия высоких напряжении сжатия в окружном направлении (например, при использовании в глубоководных трубопроводах). 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 проверки

И, наконец, со ссылкой на фиг. 9 будет приведено описание этапа проверки.

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 на 360 и более равных частей. Следует отметить, что при определении овальности стальной трубы овальность может определяться с помощью разницы между формой внутреннего диаметра и внутренним диаметром стальной трубы на основании формы внутреннего диаметра стальной трубы вместо наружного диаметра стальной трубы.

Кроме того, положение в продольном направлении стальной трубы, задаваемое для измерения овальности, может выбираться иным образом. 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, для измерения овальности в каждом положении из продольного направления стальной трубы может быть выбрано множество положений измерения овальности, или может быть получено среднее значение овальности, измеряемое во множестве положений продольного направления. Однако овальность необязательно должна быть представлена разностью 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. Причина состоит в том, что информация в виде изображений может использоваться в качестве выходных данных в машинном обучении, как описано ниже. В качестве средства измерения формы наружного диаметра стальной трубы, к примеру, могут использоваться следующие способы.

(a) Как показано на фиг. 9(a), с помощью устройства, содержащего штангу 60, которая может вращаться на 360 градусов относительно, по существу, центральной оси стальной трубы P, щупы 61a и 61b перемещения, прикрепленные к дальнему концу штанги 60, и датчик 62 угла вращения, который определяет угол вращения поворотного вала штанги 60, измеряется расстояние между центром вращения штанги 60 и точкой измерения на наружной периферии стальной трубы P с помощью щупов 61a и 61b перемещения для каждого угла вращения штанги 60 в минутах, после чего определяется форма наружного диаметра стальной трубы P на основе измеренного значения.

(b) Как показано на фиг. 9(b), с помощью устройства, содержащего поворотную штангу 63, которая вращается относительно центральной оси стальной трубы P, раму (не показана), которая расположена на торцевой стороне поворотной штанги 63 и может перемещаться в радиальном направлении стальной трубы P, пару прижимных роликов 64a и 64b, которые приходят в контакт с наружной поверхностью и внутренней поверхностью конца стальной трубы P и вращаются при вращении поворотной штанги 63, и пару нажимных пневматических цилиндров (не показаны), прикрепленных к раме, которые прижимают прижимные ролики 64a и 64b 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 64a и 64b 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 подтверждать точность прогнозирования овальности. Таким образом, что касается результата прогнозирования с помощью модели прогнозирования овальности, описанной ниже, также можно повысить точность прогнозирования, получаемую с помощью модели прогнозирования овальности, посредством добавления фактической величины погрешности прогнозирования к результату прогнозирования с помощью модели прогнозирования овальности.

Устройство генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы

Далее со ссылкой на фиг. 10 – 17 будет приведено описание устройства генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения.

На фиг. 10 показана схема конфигурации устройства генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения. На фиг. 11 показана схема конфигурации блока 112 расчета овальности трубы из фиг. 10. Как показано на фиг. 10, устройство 100 генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения содержит устройство обработки информации, такое как рабочая станция, и содержит блок 110 сбора исходных данных, базу данных 120 и блок 130 генерирования модели прогнозирования овальности.

Блок 110 сбора исходных данных содержит набор данных 111 для рабочих условий, полученный посредством определения количества факторов, оказывающих влияние на овальность стальной трубы на этапе U-формования, этапе O-формования, этапе сварки и этапе экспандирования трубы; и блок 112 расчета овальности трубы в автономном режиме, который выдает данные об овальности после этапа экспандирования трубы, используя набор данных 111 для рабочих условий в качестве условия на входе.

В настоящем варианте выполнения набор данных 111 для рабочих условий включает в себя, по меньшей мере, рабочие параметры этапа U-формования и этапа O-формования. Это связано с тем, что указанная информация оказывает большое влияние на овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы и оказывает влияние на колебание овальности. Вместе с тем могут быть приняты во внимание атрибутивная информация о стальном листе, используемом в качестве материала, рабочие параметры этапа C-формования, рабочие параметры этапа сварки и рабочие параметры этапа экспандирования трубы. Данные, используемые для набора данных 111 для рабочих условий, будут описаны ниже.

Блок 110 сбора исходных данных выполняет численные операции с помощью блока 112 расчета овальности трубы в автономном режиме, различным образом изменяя параметры, включенные в набор данных 111 для рабочих условий, тем самым, рассчитывая овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы, соответствующего множеству набору данных 111 для рабочих условий. Диапазон изменения параметра, включенного в набор данных 111 для рабочих условий, определяется на основании диапазона, который может изменяться в качестве нормального рабочего условия согласно размеру стальной трубы, подлежащей изготовлению, техническим условиям на оборудование для каждого этапа и т.п.

Блок 112 расчета овальности трубы в автономном режиме рассчитывает форму стальной трубы после этапа экспандирования трубы с помощью численного анализа для группы этапов изготовления до этапа экспандирования стальной трубы и получает овальность стальной трубы, исходя из формы стальной трубы после этапа экспандирования трубы. В этом случае этапы изготовления включают в себя этап U-формования, этап O-формования и этап экспандирования трубы. Как показано на фиг 11, блок 112 расчета овальности трубы в автономном режиме содержит: блоки 112a – 112c генерирования конечно-элементной модели для соответствующих этапов; и решатель 112d для конечно-элементного анализа. Следует отметить, что блок 112 расчета овальности трубы в автономном режиме может содержать блок генерирования конечно-элементной модели, соответствующий этапу C-формования.

Решатель 112d для конечно-элементного анализа может быть создан в виде целого ряда доступных для приобретения универсальных модулей программного обеспечения для анализа, и, таким образом, существует возможность надлежащего выбора и внедрения некоторых из них для эффективного применения. Это связано с тем, что после генерирования конечно-элементной модели, соответствующей каждому этапу, численный анализ может выполняться с помощью одиночного решателя для конечно-элементного анализа. Как вариант, также допускается использовать режим, в котором решатель 112d для конечно-элементного анализа установлен в компьютере отдельно от блока 112 расчета овальности трубы в автономном режиме, и входные данные, включающие в себя конечно-элементную модель, и выходные данные в качестве результата расчета передаются и принимаются от компьютера, в котором установлен решатель 112d для конечно-элементного анализа. Другими словами, блоки 112a – 112c генерирования конечно-элементной модели блока 112 расчета овальности трубы в автономном режиме могут быть установлены в клиентском компьютере, решатель 112d для конечно-элементного анализа может быть установлен в серверном компьютере, и входные данные, включающие в себя конечно-элементную модель, и результат расчета, относящийся к форме стальной трубы после этапа экспандирования трубы, могут обмениваться друг с другом.

Метод конечных элементов является типом метода приближенного решения разделения непрерывного тела на конечные элементы. Несмотря на то, что метод конечных элементов является приближенным решением, он представляет собой метод получения решения, которое удовлетворяет равновесию сил и непрерывности перемещения в узловых точках элементов, позволяя получать высокоточное решение даже при неравномерной деформации. В методе конечных элементов напряжение, деформация и смещение в элементе определяются независимо для каждого элемента и связаны со смещением (скоростью) узла и определяются как задача решения системы уравнений. В широко используемом способе деформация (приращение) или напряжение оценивается посредством использования приращения (скорости) в узле элемента в качестве неизвестной величины.

Кроме того, метод конечных элементов отличается тем, что расчет выполняется на основании принципа возможных перемещений, выраженного в интегральной форме относительного равновесного состояния напряжения в элементе. Точность результата анализа варьируется в зависимости от условий, таких как разделение на элементы и время, необходимое для расчета. Кроме того, метод конечных элементов отличается способностью к решению проблемы, которую трудно решить другими способами, причем указанное решение удовлетворяет основному уравнению пластической механики в узле или элементе. Таким образом, даже в случае усложненного процесса формования на этапе изготовления стальной трубы существует возможность получения решений в отношении перемещения, поля механических напряжений и поля деформаций обрабатываемого изделия, близких к реальности.

Часть решателя 112d для конечно-элементного анализа может быть заменена различными способами численного анализа или приближенными решениями, такими как теория поля линий скольжения или энергетический метод. Это позволяет сократить общее время расчета. Кроме того, конечно-элементный анализ, используемый в настоящем варианте выполнения, выполняет упруго-пластичный анализ и не включает в себя анализ температурного поля, такой как анализ теплопроводности. Однако, когда скорость обработки является высокой, и температура стального листа сильно повышается из-за генерирования тепла при обработке, допускается выполнять анализ, комбинируя анализ теплопроводности и упруго-пластичный анализ. Кроме того, упруго-пластичный анализ настоящего варианта выполнения является двухмерным поперечным анализом на любом из этапов, к которым относятся этап U-формования, этап O-формования и этап экспандирования трубы, и является достаточным для выполнения численного анализа U-образного сечения, сечения неподвижного участка в продольном направлении, когда стальной лист формуется для получения открытой трубы, и стальной трубы. Для прогнозирования высокой точности формы подвижного участка, такого как передний конец и задний конец стальной трубы, предпочтительным является наличие блока генерирования конечно-элементной модели, который выполняет трехмерный анализ, включая сюда передний и задний концы.

Атрибутивная информация о стальном листе, который является обрабатываемой заготовкой, на этапе U-формования выдается в качестве входных данных. Если в качестве этапа, предшествующего этапу U-формования, предусмотрен этап C-формования, форма стального листа и распределение в нем напряжений/деформаций, полученные в результате выполнения конечно-элементного анализа этапа C-формования, будут исходными условиями для обрабатываемой заготовки на этапе U-формования. Здесь блок 112a генерирования конечно-элементной модели на этапе U-формования выполняет разделение на элементы внутри стального листа на основании размера и формы стального листа перед этапом U-формования. Разделение на элементы выполняется автоматически на основании заданного условия разделения на элементы. Распределение напряжения и деформации внутри заготовки может быть назначено для каждого элемента на основании истории изготовления, относящейся к стальному листу, на предшествующем этапе. Это связано с тем, что на этапе U-формования, главным образом включающем в себя обработку давлением, исходные остаточные напряжения также могут оказывать влияние на форму U-образной формуемой заготовки из обрабатываемого стального листа.

Совместно с конечно-элементной моделью этапа O-формования, генерируемой указанным образом, условие расчета на этапе O-формования передается в качестве входных данных в решатель 112d для конечно-элементного анализа. Предусматривается, что условия расчета на этапе U-формования включают в себя рабочие параметры U-формования и всю информацию, необходимую для выполнения конечно-элементного анализа, точно определяющего все граничные условия, такие как величины физических свойств стального листа, инструмента и т.п., геометрические граничные условия и механические граничные условия.

Решатель 112d для конечно-элементного анализа выполняет численный анализ согласно условиям расчета, как указано выше, для получения формы U-образной формованной заготовки и распределения напряжения и деформации, оставшихся внутри заготовки после этапа U-формования. Результат, полученный посредством такого расчета, используется в качестве входных данных для следующего этапа O-формования в блоке 112 расчета овальности трубы в автономном режиме. На основании рассчитанной формы после этапа U-формования блок 112b генерирования конечно-элементной модели этапа O-формования выполняет разделение на элементы в U-образной формованной заготовке. Разделение на элементы выполняется автоматически на основании заданного условия разделения на элементы. Предпочтительно следует задать распределение напряжения и деформации, рассчитанное для предыдущего этапа на каждом элементе.

Совместно с конечно-элементной моделью этапа O-формования, генерируемой указанным образом, условия расчета на этапе O-формования передаются в качестве входных данных в решатель 112d для конечно-элементного анализа. Предусматривается, что условия расчета на этапе O-формования включают в себя рабочие параметры этапа O-формования и всю информацию, необходимую для выполнения конечно-элементного анализа, точно определяющего все граничные условия, такие как величины физических свойств стального листа, инструмента и т.п., геометрические граничные условия и механические граничные условия.

Решатель 112d для конечно-элементного анализа выполняет численный анализ согласно условиям расчета, как указано выше, для получения формы открытой трубы и распределения остаточных напряжений и деформации внутри заготовки после этапа O-формования. Результат, полученный посредством такого расчета, используется для входных данных в блоке 112c генерирования конечно-элементной модели следующего этапа, а именно, этапа экспандирования трубы. На этапе сварки на участке зазора под сварку открытой трубы остаточные напряжение и деформация, генерируемые в стальной трубе после сварки, могут быть получены с помощью численного анализа процесса сварки.

Однако во многих случаях выполнение точного численного анализа на этапе сварки вызывает затруднение по таким причинам, как характер изменения теплопроводности из-за расплавления стального листа во время сварки, и влияние на механические свойства зоны термического влияния. Кроме того, подводимое количество тепла уменьшается для сдерживания изменений в материале во время сварки, и зона термического влияния свариваемого участка ограничивается до влияния на локальный участок относительно формы всей стальной трубы, и, таким образом, влияние наличия такого участка на овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы не принимается в расчет.

На этапе сварки выполняется сварка с удерживанием открытой трубы с наружной стороны для уменьшения зазора в открытой трубе. Таким образом, используя решатель 112d для конечно-элементного анализа, можно выполнять численный анализ применительно к характеристикам удерживания зазора под сварку открытой трубы с наружной стороны для задания зазора под сварку открытой трубы, равного нулю, с помощью метода конечных элементов, и результат может соответствовать напряженно-деформированному состоянию после этапа сварки.

Вместе с тем, когда этап уменьшения зазора под сварку на таком этапе сварки соответствует упругой деформации, распределение напряжений/деформаций после этапа сварки может быть получено посредством совмещения аналитического решения в отношении напряжений и деформации с балкой с криволинейной осью согласно теории балок при распределении напряжений и деформаций в открытой трубе, подсчитанном с помощью конечно-элементного анализа. Это позволяет сократить время расчета.

На основании формы стальной трубы после этапа сварки, полученной, как описано выше, блок 112c генерирования конечно-элементной модели на этапе экспандирования трубы выполняет разделение на элементы внутри стальной трубы. Разделение на элементы выполняется автоматически на основании заданного условия разделения на элементы. Предпочтительно следует задать распределение напряжения и деформации, рассчитанное, как описано выше, для каждого элемента. Генерируемая конечно-элементная модель этапа экспандирования трубы передается в решатель 112d для конечно-элементного анализа вместе с условиями расчета на этапе экспандирования трубы. Предусматривается, что условия расчета на этапе экспандирования трубы включают в себя рабочие параметры этапа экспандирования трубы по настоящему варианту выполнения и также включают в себя всю информацию, необходимую для выполнения конечно-элементного анализа, точно определяющего все граничные условия, такие как величины физических свойств стального листа, инструмента и т.п., геометрические граничные условия и механические граничные условия.

Решатель 112d для конечно-элементного анализа выполняет численный анализ согласно условиям расчета, как указано выше, для получения формы стальной трубы и распределения внутренних напряжений и деформаций после этапа экспандирования трубы. Рассчитанная форма стальной трубы имеет неравномерное распределение кривизны в окружном направлении, и овальность стальной трубы получают согласно определению овальности на этапе измерения овальности. Численный анализ с помощью блока 112 расчета овальности трубы в автономном режиме, используя метод конечных элементов, иногда требует времени вычисления приблизительно 1 – 10 часов для одного набора данных рабочих условий (отдельный случай). Однако, поскольку обработка выполнятся в автономном режиме, ограничение времени вычисления не предусмотрено. Для сокращения времени вычисления для большого числа набора данных рабочих условий численные операции, соответствующие множеству наборов данных рабочих условий, могут выполняться параллельно с помощью множества компьютеров. Это позволяет формировать базу данных для генерирования модели прогнозирования овальности в течение короткого периода времени. Кроме того, в последние годы время вычисления для отдельного случая с помощью графических процессоров общего назначения (GPGPU) составляет приблизительно от 1/2 до 1/10 от обычного времени вычисления, и такие вычислительные средства могут быть использованы.

Со ссылкой на фиг. 10 в базе 120 данных хранится набор 111 данных рабочих условий и соответствующие данные, относящиеся к овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы. Данные, хранящиеся в базе 120 данных, могут быть получены в автономном режиме. В отличие от базы данных, накапливаемой в качестве фактической величины фактической операции, набор данных рабочих условий может быть гибким набором данных, делая базу данных пригодной для машинного обучения с меньшей вероятностью возникновения статистического смещения в рабочем условии набора, задаваемом набором 111 данных рабочих условий. Кроме того, поскольку результаты расчета, полученные с помощью точного численного анализа, накапливаются без накапливания обучающих данных, колеблющихся во времени, большему числу накапливаемых данных соответствует бóльшая база данных, которая может быть получена. Кроме того, база данных 120, генерируемая с помощью расчета в автономном режиме, может получать овальность при условии, которое отличается от фактических технических условий на изготовление, что также позволяет прогнозировать овальность в диапазоне без рабочих параметров изготовления.

Блок 130 генерирования модели прогнозирования овальности генерирует модель M прогнозирования овальности, обучаемую с помощью машинного обучения, для получения информации об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы для набора 111 входных данных рабочих условий на основании взаимосвязи между множеством пар данных из наборов 111 данных рабочих условий и информации об овальности стальной трубы, хранящихся в базе 120 данных. В частности, взаимосвязь между рабочими условиями на каждом этапе и информацией об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы может иметь тенденцию к сложной нелинейности. Таким образом, моделирование с использованием влияющего коэффициента, исходя из предположения линейности, имело бы результатом прогнозирование с низкой точностью, и метод машинного обучения, использующий функцию, имеющую нелинейность, например, нейронная сеть, может выполнять прогнозирование с высокой точностью. Здесь моделирование означает замену соотношения входных и выходных данных при числовой операции эквивалентной функциональной формой.

Желательно, чтобы количество блоков данных, необходимых для генерирования модели M прогнозирования овальности, равнялось 200 или большему количеству блоков данных, хотя оно варьируется в зависимости от условий, таких как размер стальной трубы, подлежащей изготовлению. Предпочтительно, должны использоваться 500 или больше блоков данных и более предпочтительно 2000 или больше блоков данных. Способ машинного обучения может быть известным способом обучения. Машинное обучение внедряется посредством использования, например, известного способа машинного обучения, такого как нейронная сеть, включая сюда глубокое обучение, сверточная нейронная сеть (CNN) и реккурентная нейронная сеть (RNN). Примеры других способов включают в себя дерево решений, случайный лес, регрессию на основе гауссовских процессов, регрессию опорных векторов и метод k-ближайших соседей. Кроме того, может использоваться единая модель, комбинирующая множество моделей. Несмотря на то, что модель M прогнозирования овальности генерируется в автономном режиме, блок 130 генерирования модели прогнозирования овальности может быть внедрен в систему регулирования в реальном режиме, и модель прогнозирования овальности может периодически обновляться, используя при необходимости базу данных, рассчитываемую и накапливаемую в автономном режиме.

Модель M прогнозирования овальности для стальной трубы после этапа экспандирования трубы, генерируемая, как описано выше, имеет следующие характеристики. На этапе U-формования инструмент для U-формования приходит в контакт с местом вблизи центрального участка стального листа в направлении ширины, и стальной лист S обрабатывается таким образом, чтобы он обертывался вокруг дальнего конца инструмента для U-формования. В этом случае изгибающий момент, прикладываемый к стальному листу, варьируется в зависимости от места контакта с инструментом для U-формования, что ведет к возникновению деформации гибки, имеющей распределение кривизны. Кроме того, форма дальнего конца инструмента для U-формования иногда может быть формой, в которой кривые, имеющие множество искривлений, соединяются, и в этом случае кривизна стального листа варьируется вдоль поверхности инструмента для U-формования. В контексте настоящего документа информация для установления формы дальнего конца инструмента для U-формования относится к информации о форме инструмента для U-формования.

С другой стороны, когда к U-образной формованной заготовке на этапе O-формования прикладывается комбинированная деформация, включающая в себя сжатие и изгиб, момент изгиба, прикладываемый на этапе O-формования, распределяется в соответствии с локальным распределением кривизны в стальном листе на этапе U-формования сходным образом со случаем, где момент изгиба, действующий на деформируемый объект, именуемый «балкой с криволинейной осью», варьируется в зависимости от кривизны балки. Кроме того, на этапе O-формования деформация, именуемая «пластическим шарниром», при которой локально концентрируется деформация изгиба, может происходить на участке, имеющим большой момент изгиба. Кроме того, сжимающее усилие и момент изгиба, прикладываемые к U-образной формованной заготовке на этапе O-формования, различаются в зависимости от величины просвета на конце U-образной формованной заготовки в направлении ширины. При таких условиях деформированное состояние U-образной формованной заготовки на этапе O-формования является неодинаковым, и распределение кривизны в окружном направлении в открытой трубе, подвергнутой обработке, также является неодинаковым, что оказывает влияние на овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы.

Другими словами, поскольку состояние деформации стального листа на этапе O-формования варьируется в соответствии с распределением кривизны U-образной формованной заготовки, которая варьируется в зависимости от рабочих условий этапа U-формования, существует влияние на распределение кривизны в окружном направлении стальной трубы после этапа экспандирования трубы. Причина, по которой оба рабочих параметра этапа U-формования и этапа O-формования используются в качестве входных параметров модели M прогнозирования овальности, состоит в том, что рабочие условия этапа U-формования и рабочие условия этапа O-формования оказывают комбинированное влияние на овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы.

Известно, что нагрузка на этапе экспандирования трубы пропорциональна толщине стенки трубы × предел текучести стальной трубы, и нагрузка (усилие экспандирования трубы) на этапе экспандирования трубы увеличивается в стальной трубе, имеющей большую толщину стенки трубы, или в стальном листе, имеющем высокий предел текучести. С другой стороны, прочность оснастки для экспандирования трубы имеет тенденцию к снижению в обратной пропорциональной зависимости от наружного диаметра инструмента для экспандирования трубы. Следовательно, когда наружный диаметр стальной трубы уменьшается, наружный диаметр инструмента для экспандирвания трубы, вставляемого в стальную трубу, также уменьшается, что ведет к снижению прочности оснастки. Кроме того, способность к уменьшению овальности стальной трубы на этапе экспандирования трубы имеет тенденцию к снижению, когда нагрузка на этапе экспандирования трубы приближается к прочности оснастки. Таким образом, достижение достаточного уменьшения овальности стальной трубы только с помощью этапа экспандирования трубы может представлять сложность. Следовательно, для уменьшения овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы предпочтительным является оптимизация рабочих параметров, как этапа U-формования, так и этапа O-формования. С этой точки зрения необходимо включить в модель M прогнозирования овальности рабочие параметры обоих этапов в качестве входных данных.

В контексте настоящего документа способность к уменьшению овальности стальной трубы на этапе экспандирования трубы (именуемая способностью к экспандированию трубы) оценивается с помощью отношения прочности оснастки для экспандирования трубы к усилию экспандирования трубы (нагрузке при экспандировании трубы). Это отношение является показателем, отображающим запас прочности оснастки по отношению усилию, необходимому для экспандирования трубы, и чем больше указанная величина, тем выше способность к экспандированию трубы. Прочность оснастки для экспандирования трубы приблизительно обратно пропорциональна наружному диаметру стальной трубы, и нагрузка при экспандировании трубы пропорциональна толщине стенки трубы × предел текучести стальной трубы. Таким образом, способность к экспандированию трубы уменьшается в случае изготовления стальной трубы, имеющей небольшой диаметр, большую толщину стенки и высокую прочность. В качестве конкретного примера способности к экспандированию трубы на фиг. 12 и 13 показана взаимосвязь наружного диаметра, толщины стенки трубы и предела текучести применительно к оснастке, используемой для экспандирования стальной трубы, имеющей толщину стенки 50,8 мм, наружный диаметр 914,4 мм и верхнее предельное значение предела текучести 300 МПа. На фиг. 12 показан взаимосвязь толщины стенки трубы и способности к экспандированию трубы для каждого предела текучести стальной трубы, имеющей наружный диаметр 914,4 мм. Способность к экспандированию трубы уменьшается с увеличением толщины стенки трубы и уменьшается с увеличением предела текучести, когда толщина стенки трубы одинаковая. С этой точки зрения в настоящем варианте выполнения предел текучести стальной трубы предпочтительно составляет 400 – 800 МПа, и толщина стенки трубы предпочтительно составляет 19 – 55 мм. Более предпочтительно, предел текучести составляет 500 – 89 МПа, и толщина стенки трубы составляет 25 – 55 мм. На фиг. 13 показан график, на котором представлена взаимосвязь толщины стенки трубы и способности к экспандированию трубы для каждого наружного диаметра стальной трубы, имеющей предел текучести 300 МПа. Способность к экспандированию трубы уменьшается с увеличением толщины стенки трубы и уменьшается с уменьшением наружного диаметра при одинаковой толщине стенки трубы. С этой точки зрения в настоящем варианте выполнения наружный диаметр стальной трубы предпочтительно составляет 16 – 48 дюймов, и толщина стенки трубы составляет 12 – 55 мм. Более предпочтительно, наружный диаметр стальной трубы составляет 16 – 36 дюймов, и толщина стенки трубы составляет 19 – 55 мм.

Кроме того, модель M прогнозирования овальности предпочтительно включает в себя один или несколько параметров, выбранных из атрибутивной информации о стальном листе. В качестве атрибутивной информации о стальном листе, например, предел текучести и толщина имеют отклонение до определенной степени при изготовлении стального листа, используемого в качестве материала, и эти параметры влияют на кривизну при формовании стального листа и кривизну после снятия нагрузки при обработке посредством изгиба во время перемещения инструмента для U-формования. Другими словами, за счет использования параметра, который влияет на состояние деформации стального листа во время обработки посредством гибки, в качестве атрибутивной информации о стальном листе можно по отдельности учитывать влияние предела текучести и толщины на овальность для каждого материала. Кроме того, этап O-формования также является этапом прикладывания изгибающего усилия и сжимающего усилия с помощью матрицы и изменяет кривизну стального листа после снятия нагрузки в зависимости от предела текучести и толщины. Таким образом, предпочтительным является использование атрибутивной информации о стальном листе в качестве входного параметра модели M прогнозирования овальности.

С другой стороны, предпочтительным является включение одного или нескольких рабочих параметров, выбранных из рабочих параметров этапа экспандирования трубы, в качестве входных данных в состав модели M прогнозирования овальности. Более предпочтительно, коэффициент экспандирования трубы должен использоваться в качестве рабочего параметра этапа экспандирования трубы. Причина также состоит в том, что на этапе изготовления UOE-стальной трубы с использованием в качестве материала листа из высокопрочной стали, коэффициент экспандирования трубы на этапе экспандирования трубы оказывает большое влияние на окончательную овальность изделия. Однако, в случае, когда коэффициент экспандирования трубы может быть задан только в узком диапазоне, что связано со способностью к экспандированию трубы оснастки для экспандирования трубы, диапазон, который может изменяться в качестве рабочего параметра, является узким, и, таким образом, коэффициент экспандирования трубы не должен быть обязательно включен во входные данные модели M прогнозирования овальности.

Кроме того, предпочтительным является включение одного или нескольких рабочих параметров, выбранных из рабочих параметров этапа C-формования, в качестве входных данных в состав модели M прогнозирования овальности. Причина состоит в том, что диапазон, в котором обработка посредством гибки применяется к стальному листу на этапе C-формования, ограничивается до места вблизи конца стального листа в направлении ширины, которое необязательно соответствует участку, на котором деформация гибки имеет место на этапе U-формования и этапе O-формования. Таким образом, точность прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы повышается за счет использования рабочих параметров на множестве этапов обработки формованием.

На фиг. 14 – 16 показаны примеры влияния рабочих условий этапа U-формования и этапа O-формования на овальность стального листа после этапа экспандирования трубы. Заданная стальная труба является стальной трубой Product Standard X 65 и имеет следующие размеры: наружный диаметр 911,8 мм × толщина стенки трубы 28,9 мм. На фиг. 14 показана схема результата измерения формы сечения стальной трубы перед этапом экспандирования трубы. Поскольку участок валика сварного шва является утолщенным, результат измерения исключен из чертежа. В качестве рабочих условий этап U-формования инструмент для U-формования, имеющий r боковой стороны пуансона, равный 178 мм (радиус кривизны участка боковой поверхности инструмента 22 для U-формования, показанный на фиг. 17), был выбран для выполнения обработки посредством формования. В этом случае, поскольку радиус кривизны участка боковой поверхности инструмента для U-формования меньше внутреннего радиуса стальной трубы, которая является изделием, сечение стальной трубы имеет форму с выступом в местах A1 и A2 стального листа при контакте с участком боковой поверхности инструмента для U-формования (рядом с направлением «четыре часа» и направлением «восемь часов» в сечении на фиг. 14). Кроме того, когда этап O-формования выполняется на стальном листе, имеющем такое состояние на этапе U-формования, локальная деформация изгиба концентрируется на части стального листа, что ведет к возникновению формы с локальным выступом из-за пластического шарнира в направлении «двух часов» (положение B) сечения стальной трубы, показанного на фиг. 14.

Такой выступ, образованный на части стального листа в окружном направлении, может являться причиной увеличения овальности, именуемого пиковой величиной, после этапа экспандирования трубы. Как показано на фиг. 16, пиковая величина является показателем, определяемым расстоянием в сечении стальной трубы после этапа экспандирования трубы, между точкой выступания и точкой дуги P1, которая расположена в центре хорды, являющейся секцией, имеющей заданный размер (в данном случае 150 мм), и которая соответствует наружному диаметру стальной трубы, проходящему через наружную периферийную поверхность стальной трубы P и оба конца хорды. Здесь пиковая величина определяется как положительная, когда точка пиковой величины расположена на выступающей стороне дуги, соответствующей наружному диаметру стальной трубы, и как отрицательная, когда точка достижения максимума расположена на углубленной стороне дуги. Другими словами, когда пиковая величина равно 0, это означает, что точка расположена на дуге, соответствующей наружному диаметру стальной трубы, и, соответственно, чем меньше абсолютная пиковая величина на всей поверхности по наружной окружности стальной трубы, тем меньше овальность.

На фиг. 15 показан результат изучения пиковой величины после экспандирования стальной трубы, сфокусированный на трех выступах A1, A2 и B, показанных на фиг. 14. На фиг. 15 по горизонтальной оси откладываются величины коэффициента экспандирования трубы, который является рабочим параметром этапа экспандирования трубы, и по вертикальной си откладываются пиковая величина (Body PK). Как показано на фиг. 15, выступы A1 и A2, образующиеся на этапе U-формования, имеют незначительную тенденцию к уменьшению, когда коэффициент экспандирования трубы увеличивается, но уменьшение является небольшим. В отличие от этого, в выступе B, образующемся на этапе O-формования, пиковая величина имеет тенденцию к уменьшению с увеличением коэффициента расширения трубы. Как описано выше, форма сечения, образованная на этапе U-формования, и форма сечения, образованная на этапе O-формования, имеют отличающиеся характеристики уменьшения пиковой величины относительно коэффициента экспандирования трубы на этапе экспандирования трубы. Следовательно, для уменьшения овальности необходимо должным образом задавать отдельные рабочие условия на каждом этапе обработки формованием.

Модель прогнозирования овальности настоящего варианта выполнения может принимать во внимание влияние таких рабочих параметров множества этапов изготовления на овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы, что позволяет прогнозировать овальность с высокой точностью. Кроме того, поскольку генерируется модель прогнозирования овальности, обучаемая посредством машинного обучения, можно сразу же рассчитывать овальность на выходе, даже при изменении переменной, которая должна быть условием входа, что позволяет незамедлительно задавать и корректировать рабочие условия даже в случае использования в режиме реального времени. Ниже приведено описание каждого параметра, используемого для ввода данных для модели прогнозирования овальности.

Атрибутивная информация о стальном листе

Пригодная атрибутивная информация о стальном листе, которая должна использоваться в качестве входных данных в модели M прогнозирования овальности, может быть любым параметром, оказывающим влияние на овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы; этот параметр может быть пределом текучести стального листа, пределом прочности при растяжении, модулем упругости при растяжении, толщиной, распределением толщины в плоскости листа, распределением предела текучести в направлении толщины стального листа, степенью эффекта Баушингера и шероховатостью поверхности. В частности, желательно использовать в качестве показателя фактор, оказывающий влияние на состояние деформации и пружинение при обработке посредством гибки на этапе U-формования, и фактор, оказывающий влияние на состояние деформации и пружинение стального листа при обработке посредством сжатия/гибки на этапе O-формования.

Предел текучести стального листа, распределение предела текучести в направлении толщины стального листа и толщина листа оказывают прямое влияние на состояние напряжений и деформации при обработке посредством гибки. 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 изменяет распределение кривизны изгиба на этапе U-формования, и шероховатость поверхности оказывает влияние на состояние трения между матрицей и стальным листом на этапе O-формования, 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 соответствуют информации, измеряемой на этапе контроля качества прокатки толстого листа, который является этапом изготовления стального листа, используемого в качестве материала, и оказывают влияние на характеристики деформации на этапе U-формования и этапе O-формования, а также оказывают влияние на овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы. Кроме того, это связано с тем, что указанная информация является атрибутивной информацией, отображающей отклонение для каждого стального листа, используемого в качестве материала.

Предел текучести соответствует информации, которая может быть получена из испытания на растяжение небольшого образца для обеспечения качества, взятого от толстого стального листа, используемого в качестве материала, и может быть 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 стального листа или средней величиной толщины листа в продольном направлении. Кроме того, средняя величина толщины листа по всей плоскости стального листа может использоваться в качестве репрезентативной толщины листа. Информация о распределении толщины относится к информации, представляющей распределение толщины в плоскости стального листа. Типичным примером является утолщение, встречающееся в стальном листе, которое представляет собой распределение толщины в направлении ширины стального листа. 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 до этого не ограничивается, и коэффициент приближенного выражения, полученный с помощью приближенного вычисления распределения толщины листа в направлении ширины с квадратичной или более высокой функцией, может использоваться в качестве информации о распределении толщины. Кроме того, распределение толщины в продольном направлении может использоваться вместо распределения толщины в направлении ширины стального листа. Такая репрезентативная толщина листа и информация о распределении толщины листа соответствуют данным, измеряемым с помощью толщиномера для измерения толщины листа во время этапа прокатки толстого листа, или данным, измеряемым на этапе проверки толстого стального листа.

Репрезентативная ширина листа является репрезентативной величиной, относящейся к ширине стального листа, используемого в качестве материала. Отклонение ширины толстого стального листа, используемого в качестве материала, оказывает влияние на отклонение точности наружного диаметра стальной трубы в виде изделия. Величина репрезентативной ширины может быть шириной в любом месте в продольном направлении стального листа или может быть средней величиной применительно к величинам ширины в продольном направлении.

С другой стороны, на этапе O-формования, поскольку деформация гибки и выпрямления передается стальному листу, предпочтительным является использование информации, отображающей эффект Баушингера стального листа. Информация, которая может использоваться в качестве атрибутивной информации, отображающей эффект Баушингера, включает в себя уравнение состояния, выражающее взаимосвязь напряжения и деформации в стальном листе, отображающую эффект Баушингера, и величину параметра, определяющую уравнение состояния. Это связано с тем, что обеспечивается возможность определения механических свойств стального листа, таких как кинематическое упрочнение и изотропное упрочнение, и возможность отображения анизотропии предела текучести и т.п. в конечно-элементном анализе.

Рабочий параметр этапа C-формования

Когда рабочие параметры этапа C-формования используются для ввода данных модели M прогнозирования овальности, параметр для определения формы, образуемой формующей поверхностью 13a верхней полуматрицы 13, и формы, образуемой формующей поверхностью 14a нижней полуматрицы 14, который используется в устройстве 30 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) с помощью гидравлического цилиндра 16 и усилия захватывания зажимным механизмом на этапе C-формования. Это связано с тем, что указанные параметры являются факторами, оказывающими влияние на деформацию концов стального листа в направлении ширины на этапе C-формования.

Следует принять во внимание случаи, когда форма, образованная формующей поверхностью 13a верхней полуматрицы 13, 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 C-формования.

С другой стороны, в случае, когда предусматривается множество матриц для получения формы, образуемой формующей поверхностью 13a верхней полуматрицы 13, и матрицы соответствующим образом заменяются и используются согласно условиям, таким как наружный диаметр, толщина стенки и тип стальной трубы, подлежащей изготовлению, номер матрицы для определения матрицы, используемой на этапе C-формования, может использоваться в качестве рабочего параметра этапа C-формования.

Рабочие параметры этапа U-формования

В настоящем варианте выполнения рабочий параметр для этапа U-формования используется для ввода данных модели M прогнозирования овальности. Рабочие параметры этапа U-формования могут включать в себя информацию о форме инструмента для U-формования (информацию для определения формы дальнего конца инструмента для U-формования), величину вдавливания при U-формовании, исходное расстояние между опорами при U-формовании и окончательное расстояние между опорами при U-формовании. Причина состоит в том, что указанные рабочие параметры оказывают большое влияние на характеристики деформации стального листа на этапе U-формования.

Как указано выше, величина вдавливания при U-формовании, исходное расстояние между опорами при U-формовании и окончательное расстояние между опорами при U-формовании являются рабочими параметрами, которые могут определяться в качестве представления формы деформации, прикладываемой к стальному листу, как в устройстве Kaiser для придания заготовке U-образной формы, так и в устройстве Verson для придания заготовке U-образной формы. Однако для каждого устройства допускается использование параметров, которые оказывают косвенное влияние на указанные параметры. Например, могут использоваться угол открывания связующего звена 29 и информация о положении блока 27 скольжения в устройстве Kaiser для придания заготовке U-образной формы. Причина состоит в том, что эти параметры являются рабочими параметрами, которые могут быть косвенно связаны с одним из параметров, к которым относятся величина вдавливания при U-формовании, исходное расстояние между опорами при U-формовании и окончательное расстояние между опорами при U-формовании.

Используемый инструмент для U-формования может быть инструментом, имеющим форму, показанную, например, на фиг. 17. Форма инструмента 22 для U-формования, показанная на фиг. 17, является формой, полученной посредством придания указанному инструменту формы дуги, имеющей радиус R в диапазоне угла φ от заданной центральной точки на участке, приходящим в контакт с инструментом 22 для U-формования во время вдавливания в стальной лист, и посредством придания формы участку боковой поверхности, имеющей радиус r и плавно соединенной с формой дуги с радиусом R дальнего конца на участке, на котором стальной лист приходит в контакт с ограничительным валком. В этом случае форма инструмента 22 для U-формования определяется тремя параметрами, а именно, углом φ, радиусом R дальнего конца (нижний R) и боковым радиусом (боковой r). Таким образом, параметр для определения формы дальнего конца инструмента для U-формования относится к информации о форме инструмента для U-формования. Однако в случае, когда предусмотрено множество инструментов для U-формования, имеющих отличающиеся формы дальнего конца согласно таким параметрам, как наружный диаметр, толщина и тип стали, из которой изготавливается стальная труба, в качестве рабочего параметра этапа U-формования для определения используемого инструмента для U-формования может использоваться номер инструмента для U-формования.

Рабочие параметры этапа O-формования

В настоящем варианте выполнения рабочий параметр этапа O-формования используется для ввода данных в модель M прогнозирования овальности. Используемые рабочие параметры этапа O-формования включают в себя величину вдавливания при O-формовании, место вдавливания при O-формовании и R матрицы при O-формовании. В частности, 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 верхней полуматрицы, и местом, где стальная труба удерживается нижней полуматрицей, главным образом, вблизи участков «трех часов» и «девяти часов» стальной трубы, не ограничивалась бы до области, где концентрировались бы деформации изгиба и сжатия. Эта область будет иметь увеличенную кривизну, что оказывает влияние на окончательную овальность. В данном случае величина вдавливания при O-формовании, место вдавливания при O-формовании и R матрицы при O-формовании являются информацией, необходимой для управления устройством для придания заготовке O-образной формы, и соответствуют заданным величинам, которые задаются главным компьютером.

Рабочие параметры этапа экспандирования трубы

Когда рабочие параметры этапа экспандирования трубы используются для ввода данных в модель M прогнозирования овальности, коэффициент экспандирования трубы может использоваться в качестве рабочего параметра этапа экспандирования трубы. Чем больше коэффициент экспандирования трубы, тем в большей степени уменьшается овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы, но используется величина, равная или меньше заданной верхней предельной величины. Поскольку коэффициент экспандирования трубы является информацией, необходимой для регулирования устройства экспандирования трубы, коэффициент экспандирования трубы соответствует установленному значению, задаваемому главным компьютером. 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 стальной трубы

Ниже приведено описание способа прогнозирования овальности стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения.

Способ прогнозирования овальности стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения является способом прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, используя модель M прогнозирования овальности, генерируемую, как описано выше, при обработке в режиме реального времени в процессе изготовления стальной трубы. Перед прогнозированием овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы набор данных рабочего условия, которые должны быть заданы в качестве рабочего условия процесса изготовления стальной трубы, собирается в режиме реального времени (этап получения рабочих параметров). Это этап получения необходимых данных от главного компьютера, который выполняет общее управление процессом изготовления стальной трубы, или от отдельного управляющего компьютера на этапе обработки формованием в качестве набора данных рабочего условия, который соответствует входным данным для модели прогнозирования овальности, генерируемой, как описано выше. Здесь термин «в режиме реального времени» означает продолжительность группы этапов изготовления от момента времени перед началом этапа изготовления стальной трубы до завершения этапа экспандирования трубы. Таким образом, обработка необязательно должна заключаться в выполнении любого из этапов обработки формованием. В настоящем варианте выполнения период ожидания во время транспортирования стального листа на следующий этап между каждыми двумя этапами обработки формованием также относится к «режиму реального времени». Кроме того, период перед началом этапа изготовления стальной трубы и после завершения этапа прокатки толстого листа при изготовлении стального листа, используемого в качестве материала, также может быть отнесен к «режиму реального времени». Это связано с тем, что по завершении этапа прокатки толстого листа при изготовлении стального листа, используемого в качестве материала, может быть получен набор данных рабочего условия, которые должны быть введены в модель прогнозирования овальности настоящего изобретения.

Как описано выше, используя модель прогнозирования овальности, генерируемую на этапе генерирования модели прогнозирования овальности, используя набор данных рабочего условия, получаемый на этапе получения рабочих параметров в качестве входных данных, можно прогнозировать овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы, соответствующую набору входных данных рабочих условий (этап прогнозирования овальности). С помощью указанного способа можно подтвердить, являются ли условия изготовления соответствующими на отдельных этапах изготовления стальной трубы, которые включают в себя: этап U-формования при выполнении обработки посредством формования стальной трубы для получения U-образной формованной заготовки посредством формования с помощью инструмента для U-формования; этап O-формования для уменьшения участка зазора под сварку U-образной формованной заготовки, и выполнение обработки посредством формования стальной трубы для получения открытой трубы; и последующий этап экспандирования трубы, состоящий из предварительного соединения концов открытой трубы друг с другом и затем экспандирования стальной трубы, в которой концы соединены друг с другом. Рабочие условия этапа U-формования и этапа O-формования оказывают комбинированное влияние на овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы, и существует возможность количественной оценки влияния этих факторов на овальность изделия. Кроме того, в соответствии с моделью M прогнозирования овальности, использующей атрибутивную информацию о стальном листе, используемом в качестве материала, даже когда имеет место отклонение в атрибутивной информации о стальном листе на предыдущем этапе, существует возможность количественной оценки влияния этих факторов на овальность изделия. Это позволяет прогнозировать отклонения овальности стальной трубы в качестве изделия на основании фактических отклонений в атрибутивной информации о стальном листе, используемом в качестве материала, что ведет к обеспечению изменения рабочих условий на этапе U-формования и этапе O-формования, принимая во внимание такие отклонения в материале.

Способ регулирования овальности стальной трубы

Ниже со ссылкой на фиг. 18 приведено описание способа регулирования овальности стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения.

В настоящем варианте выполнения овальность стальной трубы регулируется следующим образом, используя способ прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, используя модель M прогнозирования овальности стальной трубы. 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 стальной трубы после этапа экспандирования трубы.

Здесь множество этапов для обработки посредством формования, составляющих процесс изготовления стальной трубы, относятся к этапу C-формования, этапу U-формования, этапу O-формования 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, реальные данные для рабочих параметров могут использоваться для ввода данных в модель M прогнозирования овальности. В отличие от этого реальные 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. 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 стального листа после этапа экспандирования трубы может быть эффективно изменена, когда существует большое различие между прогнозируемой овальностью и овальностью готового изделия.

В табл. 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 C-формования выбран в качестве намеченного для внесения изменений этапа в процессе изготовления стальной трубы, включающего в себя этап C-формования. Перед началом этапа C-формования овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы прогнозируется с помощью заданных величин рабочих параметров на этапе обработки посредством формования, включающем в себя этап U-формования и этап O-формования. Когда прогнозируемая овальность большая, существует возможность изменения произвольного рабочего параметра на каждом этапе обработки посредством формования, а именно, этапе C-формования, этапе U-формования, этапе O-формования и этапе экспандирования трубы. Рабочие параметры, подлежащие изменению, не ограничиваются до рабочих параметров этапа C-формования 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, реальные данные, включающие в себя измеренную величину и т.п., относящиеся к атрибутивной информации о стальном листе, могут использоваться для входных данных перед началом этапа C-формования, 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, реальные рабочие данные на этапе U-формования и этапе O-формования могут использоваться для ввода данных в модель M прогнозирования овальности. Кроме того, также допускается использовать реальные данные из атрибутивной информации о стальном листе или реальные рабочие данные на этапе C-формования. 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

Пример Намеченный для внесения изменений этап Этап C-формования Этап U-формования Этап O-формования Этап экспандирования трубы 1 Этап C-формования 2 Этап U-формования - 3 Этап O-формования - - 4 Этап экспандирования трубы - - -

- этап обработки посредством формования, для которого рабочий параметр может быть изменен.

Ниже со ссылкой на фиг. 18 приведено описание способа регулирования овальности стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения. Пример, показанный на фиг. 18, является случаем, где этап O-формования был выбран в качестве намеченного для внесения изменений этапа, этап U-формования был завершен, и формованная заготовка U-образной формы была передана на этап O-формования. Реальные рабочие данные на этапе U-формования передаются в блок 140 изменения рабочих условий. Реальные рабочие данные могут передаваться по сети от управляющего компьютера, предусмотренного на каждом устройстве для обработки посредством формования (устройстве, которое выполняет этап обработки посредством формования). Однако данные могут сразу же передаваться от управляющего компьютера каждого устройства для обработки посредством формования на главный компьютер 150, который выполняет общее управление процессом изготовления стальной трубы, после чего данные передаются от главного компьютера 150 в блок 140 изменения рабочих условий. Кроме того, данные, подлежащие передаче в блок 140 изменения рабочих условий, являются реальными данными, относящимися к атрибутивной информации о стальном листе, передаваемой при необходимости от главного компьютера 150. В случае, когда стальной лист подвергается этапу предварительной обработки, часть атрибутивной информации о стальном листе корректируется с помощью реальных рабочих данных на этапе предварительной обработки и затем откорректированная информация передается в блок 140 изменения рабочих условий. Например, в случае, когда ширина стального листа, используемого в качестве материала, изменяется на этапе предварительной обработки, ширина из атрибутивной информации о стальном листе корректируется согласно ширине после этапа предварительной обработки. Кроме того, реальные рабочие данные на этапе C-формования также могут передаваться при необходимости. Заданные величины рабочих параметров этапа O-формования и этапа экспандирования трубы, которые являются этапами обработки посредством формования на стороне выхода с намеченного для внесения изменений этапа, и намеченного для внесения изменений этапа, передаются от управляющего компьютера каждого устройства для обработки посредством формования в блок 140 изменения рабочих условий. Однако, когда заданные величины рабочих параметров на этапе O-формования и этапе экспандирования трубы хранятся в главном компьютере 150, заданные величины могут передаваться от главного компьютера 150 в блок 140 изменения рабочих условий. Следует отметить, что заданная величина овальности, определяемая согласно техническим условиям на готовую стальную трубу, передается от главного компьютера 150 в блок 140 изменения рабочих условий.

Блок 140 изменения рабочих условий прогнозирует овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы на основании 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 140 изменения рабочих условий определяет рабочие условия оставшихся этапов обработки посредством формования без изменения заданных величин рабочих условий этапа U-формования, этапа O-формования и этапа экспандирования трубы и обеспечивает изготовление стальной трубы. И, наоборот, когда прогнозируемая величина овальности больше заданной величины овальности, блок 140 изменения рабочих условий изменяет, по меньшей мере, рабочее условие этапа O-формования или рабочее условие этапа экспандирования трубы. В частности, может быть изменена величина вдавливания при O-формовании и т.п. на этапе O-формования. 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 140 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 O-формования и этапа экспандирования трубы. Измененные рабочие условия этапа O-формования и этапа экспандирования трубы передаются в отдельные управляющие компьютеры, после чего определяются рабочие условия этапа O-формования и этапа экспандирования трубы. Посредством многократного повторного выполнения определения овальности в блоке 140 изменения рабочих условий соответствующие рабочие условия этапа O-формования 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 этапы, на которых регулирование овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, включающее в себя этап O-формования, 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, которая была подвергнута обработке посредством формования и сваривается после получения открытой трубы. Это связано с тем, что точность прогнозирования овальности стальной трубы дополнительно повышается благодаря тому, что были получены реальные рабочие данные этапа O-формования.

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 U-формования и этапа O-формования, 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. 19 приведено описание устройства для прогнозирования овальности стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения.

На фиг. 19 показана схема конфигурации устройства для прогнозирования овальности стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения. Как показано на фиг. 19, 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, например, из устройства 100 генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы. Например, блок 161 сбора рабочих параметров предпочтительно содержит интерфейс связи для сбора данных модели M прогнозирования овальности из устройства 100 генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы. В этом случае блок 161 сбора рабочих параметров может принимать модель M прогнозирования овальности из устройства 100 генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы, 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 устройства 100 генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы 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 устройства 100 генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы 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 устройства 100 генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы.

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 этапа 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 части рабочих параметров этапа 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 этапа 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 этапа для обработки формованием был изменен, и могут в оперативном порядке изменять рабочее состояние на соответствующее рабочее состояние.

Примеры

Пример 1

В настоящем примере набор данных рабочего условия, включающий в себя следующие рабочие параметры, был задан в блоке 110 сбора исходных данных, показанном на фиг. 10. Заданная стальная труба, представляющая собой изделие после этапа экспандирования трубы, была стальной трубой API, марка X56, толщина стенки 31,8 мм × наружный диаметр 914,4 мм. Сначала атрибутивная информация о стальном листе была задана для толщины листа 31,8 мм и ширины листа 2751 мм, и предел текучести был включен в набор данных рабочего условия в качестве атрибутивной информации о стальном листе с целью соответствия стальному листу, имеющему предел прочности при растяжении 480 – 600 МПа. Ширина листа была задана равной ширине листа, полученной после этапа предварительной обработки. В качестве рабочих параметров этапа C-формования условие расчета выполнения гибки концов в диапазоне 180 мм от конца в направлении ширины в качестве ширины обработки посредством гибки концов было задано с радиусом кривизны поверхности формования верхней полуматрицы R310 мм, но это условие не было включено во входные данные модели прогнозирования овальности.

Рабочие параметры этапа U-формования были заданы на основании этапа U-формования, выполняемого с помощью устройства Kaiser для придания заготовке U-образной формы, и была сгенерирована конечно-элементная модель этапа U-формования. В отношении информации о форме инструмента для U-формования условие с нижним R равным 362 мм и углом φ нижнего R, равным 120 градусам, и боковым r двух уровней условий 178 мм и 191 мм было использовано для выполнения расчета, и это условие было включено в набор данных рабочего условия. Кроме того, в отношении рабочих параметров на этапе U-формования окончательное расстояние между опорами при U-формовании варьировалось в диапазоне 564 ± 30 мм, и величина вдавливания при U-формовании варьировалась в диапазоне 782,6 ± 12,7 мм, и эти условия также были включены в набор данных рабочего условия этапа U-формования.

С другой стороны, в отношении рабочих параметров этапа O-формования, было задано, что верхняя и нижняя полуматрицы при O-формовании имеют радиус R равный 451 мм, причем было задано, что дуга верхней полуматрицы имеет глубину 451 мм, и было задано, что дуга нижней полуматрицы имеет глубину 438 мм. Кроме того, условие расчета было изменено, так что расстояние (величина вдавливания при O-формовании) между самой верхней точкой верхней полуматрицы и самой нижней точкой нижней полуматрицы составляло 903 ± 3 мм, и это условие было включено в набор данных рабочего условия на этапе O-формования. Пример конечно-элементной модели этапа O-формования показан на фиг. 20. Кроме того, в настоящем примере в качестве рабочего параметра этапа экспандирования трубы, при условии, что экспандер имеет форму с радиусом 390 мм сегмента для экспандирования трубы и разделен на 12 частей в окружном направлении в виде сегментов для экспандирования трубы, коэффициент экспандирования трубы варьировался в диапазоне 0,4 – 1,6%, и это условие было включено в набор данных рабочего условия этапа экспандирования трубы.

В отношении этапа сварки был выполнен численный анализ применительно к характеристикам удерживания зазора под сварку открытой трубы с наружной стороны для задания зазора под сварку открытой трубы, равного нулю, с помощью метода конечных элементов, и результат соответствовал напряженно-деформированному состоянию после этапа сварки. В частности, конечно-элементный анализ был выполнен по характеристикам размещения девяти формующих валков на участке зазора под сварку и в положениях 24, 65, 105 и 148 градусов от участка зазора под сварку относительно открытой трубы после этапа O-формования и продвижения формующих валков до тех пор, пока формующие валки не стали вписываться в окружной, имеющую диаметр 905,5 мм. Однако не рассматривались никакие факторы теплового влияния во время сварки, и напряженно-деформированное состояние открытой трубы в состоянии, где зазор под сварку равнялся нулю после перемещения формующего валка, было задано в качестве напряженно-деформированного состояния стальной трубы после этапа сварки, и данные были переданы в блок генерирования конечно-элементной модели следующего этапа экспандирования трубы. В качестве овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, которая относится к выходным данным модели прогнозирования овальности, наружный диаметр стальной трубы после этапа экспандирования трубы, полученный с помощью блока 112 расчета овальности трубы в автономном режиме, был разделен на 1080 точек в окружном направлении, и была использована разница между максимальным диаметром Dmax и минимальным диаметром Dmin.

Как описано выше, модель прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы по настоящему примеру включает в себя окончательное расстояние между опорами при U-формовании и величину вдавливания при U-формовании в качестве рабочих параметров этапа U-формования и включает в себя величину вдавливания при O-формовании в качестве рабочих параметров этапа O-формования. Кроме того, предел текучести был включен в набор данных рабочего условия в качестве атрибутивной информации о стальном листе, и коэффициент экспандирования трубы был включен в набор данных рабочего условия в качестве рабочего параметра этапа экспандирования трубы. Данные, необходимые для конечно-элементного анализа этапа обработки посредством формования, включающие в себя такой набор данных рабочего условия, были направлены в блок 112 расчета овальности трубы в автономном режиме для расчета овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы. Набор данных обучения, полученный посредством расчета, был накоплен в базе данных 120, и модель M прогнозирования овальности была сгенерирована блоком 130 генерирования модели прогнозирования овальности.

Блок 112 расчета овальности трубы в автономном режиме задал двухмерные элементы плоского деформированного состояния, полученные посредством деления стального листа, используемого в качестве материала, перед этапом C- формования на 720 частей в направлении ширины и 18 частей в направлении толщины и выполнил конечно-элементный анализ в следующем порядке: этап C-формования, этап U-формования, этап O-формования, этап сварки и этап экспандирования трубы. Для конечно-элементного анализа в настоящем примере использовался решатель Abaqus 2019, и время расчета в каждом случае составляло приблизительно три часа. Количество наборов данных, накопленных в базе данных 120, равнялось 300, и в качестве модели машинного обучения использовалась регрессия на основе гауссовских процессов, использующая в качестве базисной функции радиальную базисную функцию. Модель M прогнозирования овальности, сгенерированная указанным образом, была введена в систему, показанную на фиг. 18, в качестве модели в режиме реального времени, и при заданной величине овальности, равной 8 мм, была получена фактическая величина предела текучести стального листа из результата проверки материала на этапе прокатки толстого листа в качестве предварительного этапа в виде фактических данных атрибутивной информации о стальном листе, используемом в качестве материала, от главного компьютера.

В качестве первого примера этап U-формования был задан в виде намеченного для внесения изменений этапа, и после завершения этапа C-формования и перед переходом к этапу U-формования фактическая величина предела текучести, которая является атрибутивной информацией о стальном листе, была использована в качестве входных данных для модели M прогнозирования овальности, и были изменены рабочие параметры этапа U-формования и этапа O-формования. Однако заданная величина рабочего условия этапа экспандирования трубы была установлена равной 1,0% и не была включена в рабочие параметры, подлежащие изменению. С другой стороны, измененный рабочий параметр этапа U-формования был окончательным расстоянием между опорами при U-формовании, и измененный рабочий параметр этапа O-формования был величиной вдавливания при O-формовании. В любом случае рабочие параметры после изменения изменялись с ограничением, так чтобы они находились в пределах диапазона рабочих параметров, заданных блоком 112 расчета овальности трубы в автономном режиме. С помощью первого примера, в котором выполнялось такое регулирование овальности, были изготовлены 100 стальных труб. В результате, когда модель M прогнозирования овальности не использовалась, средняя величина овальности составляла 7,9 мм с показателем приемки 40%, в то время как в первом примере средняя величина овальности была уменьшена до 6,2 мм, и показатель приемки был увеличен до 75%.

В качестве второго примера, сходного с первым примером, этап U-формования был задан в виде намеченного для внесения изменений этапа, и после завершения этапа C-формования и перед переходом к этапу U-формования фактическая величина предела текучести, которая является атрибутивной информацией о стальном листе, была использована в качестве входных данных для модели M прогнозирования овальности, и были изменены рабочие параметры этапа U-формования, этапа O-формования и этапа экспандирования трубы. Рабочий параметр этапа экспандирования трубы, подлежащий изменению, был коэффициентом экспандирования трубы, и изменение было выполнено в диапазоне 0,6 – 1,3%. Другие рабочие параметры, подлежащие изменению, были сходными с рабочими параметрами первого примера. С помощью второго примера, в котором выполнялось такое регулирование овальности, были изготовлены 100 стальных труб. В результате средняя величина овальности составляла 5,1 мм с показателем приемки 90%, т.е. указанные показатели были улучшены.

Пример 2

В настоящем примере набор данных рабочего условия, включающий в себя следующие рабочие параметры, был задан в блоке 110 сбора исходных данных, показанном на фиг. 10. Заданная стальная труба, представляющая собой изделие после этапа экспандирования трубы, была стальной трубой API, марка X80, толщина стенки 25,4 мм × наружный диаметр 558,8 мм. Сначала атрибутивная информация о стальном листе была задана для толщины листа 25,0 – 27,0 мм и ширины листа 1662 мм, и толщина листа и предел текучести стального листа были включены в набор данных рабочего условия в качестве атрибутивной информации о стальном листе с целью соответствия стальному листу, имеющему предел прочности при растяжении 600 – 780 МПа. Ширина листа была задана равной ширине листа, полученной после этапа предварительной обработки. В качестве рабочих параметров этапа C-формования условие расчета выполнения гибки концов в диапазоне 135 мм от конца в направлении ширины в качестве ширины обработки посредством гибки концов было задано с радиусом кривизны поверхности формования верхней полуматрицы R170 мм, но это условие не было включено во входные данные модели прогнозирования овальности.

Рабочие параметры этапа U-формования были заданы на основании этапа U-формования, выполняемого с помощью устройства Kaiser для придания заготовке U-образной формы, и была сгенерирована соответствующая конечно-элементная модель этапа U-формования. В отношении информации о форме инструмента для U-формования условие с нижним R равным 225 мм и углом φ нижнего R, равным 120 градусам, и боковым r 110 мм было использовано для выполнения расчета, и это условие было включено в набор данных рабочего условия. Кроме того, в отношении рабочих параметров на этапе U-формования окончательное расстояние между опорами при U-формовании варьировалось в диапазоне 314 ± 30 мм, и величина вдавливания при U-формовании варьировалась в диапазоне 706,4 ± 25,4 мм, и эти условия также были включены в набор данных рабочего условия этапа U-формования.

С другой стороны, в отношении рабочих параметров этапа O-формования, было задано, что верхняя и нижняя полуматрицы имеют радиус при O-формовании 276 мм, причем было задано, что дуга верхней полуматрицы имеет глубину 276 мм, и было задано, что дуга нижней полуматрицы имеет глубину 264 мм. Кроме того, условие расчета было изменено, так что расстояние (величина вдавливания при O-формовании) между самой верхней точкой верхней полуматрицы и самой нижней точкой нижней полуматрицы составляло 578 ± 3 мм, и это условие было включено в набор данных рабочего условия на этапе O-формования. Кроме того, в настоящем примере в качестве рабочего параметра этапа экспандирования трубы, при условии, что экспандер имеет форму с радиусом 240 мм сегмента для экспандирования трубы и разделен на 10 частей в окружном направлении в виде сегментов для экспандирования трубы, коэффициент экспандирования трубы варьировался в диапазоне 0,4 – 1,6%, и это условие было включено в набор данных рабочего условия этапа экспандирования трубы.

В отношении этапа сварки был выполнен численный анализ применительно к характеристикам удерживания зазора под сварку открытой трубы с наружной стороны для задания зазора под сварку открытой трубы, равного нулю, с помощью метода конечных элементов, и результат соответствовал напряженно-деформированному состоянию после этапа сварки. В частности, конечно-элементный анализ был выполнен по характеристикам размещения семи формующих валков на участке зазора под сварку и в положениях 38, 84 и 130 градусов от участка зазора под сварку относительно открытой трубы после этапа O-формования и продвижения формующих валков до тех пор, пока формующие валки не стали вписываться в окружность, имеющую диаметр 553,3 мм. Однако не рассматривались никакие факторы теплового влияния во время сварки, и напряженно-деформированное состояние открытой трубы в состоянии, где зазор под сварку равнялся нулю после перемещения формующего валка, было задано в качестве напряженно-деформированного состояния стальной трубы после этапа сварки, и данные были переданы в блок генерирования конечно-элементной модели следующего этапа экспандирования трубы. В качестве овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, которая относится к выходным данным модели прогнозирования овальности, наружный диаметр стальной трубы после этапа экспандирования трубы, полученный с помощью блока 112 расчета овальности трубы в автономном режиме, был разделен на 1080 точек в окружном направлении, и была использована разница между максимальным диаметром Dmax и минимальным диаметром Dmin.

Как описано выше, модель прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы по настоящему примеру включает в себя окончательное расстояние между опорами при U-формовании и величину вдавливания при U-формовании в качестве рабочих параметров этапа U-формования и включает в себя величину вдавливания при O-формовании в качестве рабочих параметров этапа O-формования. Кроме того, толщина листа и предел текучести были включены в набор данных рабочего условия в качестве атрибутивной информации о стальном листе, и коэффициент экспандирования трубы был включен в набор данных рабочего условия в качестве рабочего параметра этапа экспандирования трубы. Данные, необходимые для конечно-элементного анализа этапа обработки посредством формования, включающие в себя такой набор данных рабочего условия, были направлены в блок 112 расчета овальности трубы в автономном режиме для расчета овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы. Набор данных обучения, полученный посредством расчета, был накоплен в базе данных 120, и модель M прогнозирования овальности была сгенерирована блоком 130 генерирования модели прогнозирования овальности.

Блок 112 расчета овальности трубы в автономном режиме задал двухмерные элементы плоского деформированного состояния, полученные посредством деления стального листа, используемого в качестве материала, перед этапом C-формования на 720 частей в направлении ширины и 18 частей в направлении толщины и выполнил конечно-элементный анализ в следующем порядке: этап C-формования, этап U-формования, этап O-формования, этап сварки и этап экспандирования трубы. Для конечно-элементного анализа в настоящем примере использовался решатель Abaqus 2019, и время расчета в каждом случае составляло приблизительно три часа. Количество наборов данных, накопленных в базе данных 120, равнялось 500, и в качестве модели машинного обучения была использована единая модель, полученная посредством комбинирования нейронной сети и дерева решений. В нейронной сети промежуточный слой был одним слоем, и количество узлов равнялось пяти для каждого из них. Используемая функция активации была функцией ReLU. Иерархия дерева решений имело максимальную глубину 3, и максимальное количество листьев в генерируемом дереве решений равнялось 160. Модель M прогнозирования овальности, сгенерированная указанным образом, была введена в систему, показанную на фиг. 18, в качестве модели в режиме реального времени, и при заданной величине овальности, равной 5 мм, была получена фактическая величина предела текучести стального листа из результата проверки материала на этапе прокатки толстого листа в качестве предварительного этапа в виде фактических данных атрибутивной информации о стальном листе, используемом в качестве материала, от главного компьютера.

В качестве третьего примера этап U-формования был задан в виде намеченного для внесения изменений этапа, и после завершения этапа C-формования и перед переходом к этапу U-формования фактическая величина толщины стального листа и предела текучести, которые являются атрибутивной информацией о стальном листе, были использованы в качестве входных данных для модели M прогнозирования овальности, и были изменены рабочие параметры этапа U-формования и этапа O-формования. Однако заданная величина рабочего условия этапа экспандирования трубы была установлена равной 1,0% и не была включена в рабочие параметры, подлежащие изменению. С другой стороны, измененный рабочий параметр этапа U-формования был окончательным расстоянием между опорами при U-формовании, и измененный рабочий параметр этапа O-формования был величиной вдавливания при O-формовании. В любом случае рабочие параметры после изменения изменялись с ограничением, так чтобы они находились в пределах диапазона рабочих параметров, заданных блоком 112 расчета овальности трубы в автономном режиме. С помощью третьего примера, в котором выполнялось такое регулирование овальности, были изготовлены 100 стальных труб. В результате, когда модель M прогнозирования овальности не использовалась, средняя величина овальности составляла 5,0 мм с показателем приемки 60%, в то время как в третьем примере средняя величина овальности была уменьшена до 4,1 мм, и показатель приемки был увеличен до 81%.

В качестве четвертого примера, сходного с третьим примером, этап U-формования был задан в виде намеченного для внесения изменений этапа, и после завершения этапа C-формования и перед переходом к этапу U-формования фактические величины толщины листа и предела текучести, которые являются атрибутивной информацией о стальном листе, были использованы в качестве входных данных для модели M прогнозирования овальности, и были изменены рабочие параметры этапа U-формования, этапа O-формования и этапа экспандирования трубы. Рабочий параметр этапа экспандирования трубы, подлежащий изменению, был коэффициентом экспандирования трубы, и изменение было выполнено в диапазоне 0,6 – 1,3%. Другие рабочие параметры, подлежащие изменению, были сходными с рабочими параметрами третьего примера. С помощью четвертого примера, в котором выполнялось такое регулирование овальности, были изготовлены 100 стальных труб. В результате средняя величина овальности составляла 2,6 мм с показателем приемки 95%, т.е. указанные показатели были улучшены.

Пример 3

В настоящем примере набор данных рабочего условия, включающий в себя следующие рабочие параметры, был задан в блоке 110 сбора исходных данных, показанном на фиг. 10. Заданная стальная труба, представляющая собой изделие после этапа экспандирования трубы, была стальной трубой API, марка X100, толщина стенки 12,7 мм × наружный диаметр 1219,2 мм. Сначала атрибутивная информация о стальном листе была задана для толщины листа 12,7 – 14,3 мм и ширины листа 3760 мм, и толщина листа и предел текучести стального листа были включены в набор данных рабочего условия в качестве атрибутивной информации о стальном листе с целью соответствия стальному листу, имеющему предел прочности при растяжении 720 – 900 МПа. Ширина листа была задана равной ширине листа, полученной после этапа предварительной обработки. В качестве рабочих параметров этапа C-формования условие расчета выполнения гибки концов в диапазоне 180 мм от конца в направлении ширины в качестве ширины обработки посредством гибки концов было задано с радиусом кривизны поверхности формования верхней полуматрицы R310 мм, но это условие не было включено во входные данные модели прогнозирования овальности.

Рабочие параметры этапа U-формования были заданы на основании этапа U-формования, выполняемого с помощью устройства Kaiser для придания заготовке U-образной формы, и была сгенерирована соответствующая конечно-элементная модель этапа U-формования. В отношении информации о форме инструмента для U-формования условие с нижним R равным 1300 мм и углом φ нижнего R, равным 27 градусам, и боковым r 12 мм было использовано для выполнения расчета, и это условие было включено в набор данных рабочего условия. Кроме того, в отношении рабочих параметров на этапе U-формования окончательное расстояние между опорами при U-формовании варьировалось в диапазоне 394 ± 40 мм, и величина вдавливания при U-формовании варьировалась в диапазоне 858,8 ± 25,4 мм, и эти условия также были включены в набор данных рабочего условия этапа U-формования.

С другой стороны, в отношении рабочих параметров этапа O-формования, было задано, что верхняя и нижняя полуматрицы имеют радиус при O-формовании 602 мм, причем было задано, что дуга верхней полуматрицы имеет глубину 602 мм, и было задано, что дуга нижней полуматрицы имеет глубину 590 мм. Кроме того, условие расчета было изменено, так что расстояние (величина вдавливания при O-формовании) между самой верхней точкой верхней полуматрицы и самой нижней точкой нижней полуматрицы составляло 1200 ± 5 мм, и это условие было включено в набор данных рабочего условия на этапе O-формования. Кроме того, в настоящем примере в качестве рабочего параметра этапа экспандирования трубы, при условии, что экспандер имеет форму с радиусом 545 мм сегмента для экспандирования трубы и разделен на 12 частей в окружном направлении в виде сегментов для экспандирования трубы, коэффициент экспандирования трубы варьировался в диапазоне 0,5 – 1,6%, и это условие было включено в набор данных рабочего условия этапа экспандирования трубы.

В отношении этапа сварки был выполнен численный анализ применительно к характеристикам удерживания зазора под сварку открытой трубы с наружной стороны для задания зазора под сварку открытой трубы, равного нулю, с помощью метода конечных элементов, и результат соответствовал напряженно-деформированному состоянию после этапа сварки. В частности, конечно-элементный анализ был выполнен по характеристикам размещения девяти формующих валков на участке зазора под сварку и в положениях 22, 70, 105 и 150 градусов от участка зазора под сварку относительно открытой трубы после этапа O-формования и продвижения формующих валков до тех пор, пока формующие валки не стали вписываться в окружность, имеющую диаметр 1270,1 мм. Однако не рассматривались никакие факторы теплового влияния во время сварки, и напряженно-деформированное состояние открытой трубы в состоянии, где зазор под сварку равнялся нулю после перемещения формующего валка, было задано в качестве напряженно-деформированного состояния стальной трубы после этапа сварки, и данные были переданы в блок генерирования конечно-элементной модели следующего этапа экспандирования трубы. В качестве овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, которая относится к выходным данным модели прогнозирования овальности, наружный диаметр стальной трубы после этапа экспандирования трубы, полученный с помощью блока 112 расчета овальности трубы в автономном режиме, был разделен на 1080 точек в окружном направлении, и была использована разница между максимальным диаметром Dmax и минимальным диаметром Dmin.

Как описано выше, модель прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы по настоящему примеру включает в себя окончательное расстояние между опорами при U-формовании и величину вдавливания при U-формовании в качестве рабочих параметров этапа U-формования и включает в себя величину вдавливания при O-формовании в качестве рабочих параметров этапа O-формования. Кроме того, толщина листа и предел текучести были включены в набор данных рабочего условия в качестве атрибутивной информации о стальном листе, и коэффициент экспандирования трубы был включен в набор данных рабочего условия в качестве рабочего параметра этапа экспандирования трубы. Данные, необходимые для конечно-элементного анализа этапа обработки посредством формования, включающие в себя такой набор данных рабочего условия, были направлены в блок 112 расчета овальности трубы в автономном режиме для расчета овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы. Набор данных обучения, полученный посредством расчета, был накоплен в базе данных 120, и модель M прогнозирования овальности была сгенерирована блоком 130 генерирования модели прогнозирования овальности.

Блок 112 расчета овальности трубы в автономном режиме задал двухмерные элементы плоского деформированного состояния, полученные посредством деления стального листа, используемого в качестве материала, перед этапом C- формования на 720 частей в направлении ширины и 18 частей в направлении толщины и выполнил конечно-элементный анализ в следующем порядке: этап C-формования, этап U-формования, этап O-формования, этап сварки и этап экспандирования трубы. Для конечно-элементного анализа в настоящем примере использовался решатель Abaqus 2019, и время расчета в каждом случае составляло приблизительно три часа. Количество наборов данных, накопленных в базе данных 120, равнялось 400, и способ, используемый в качестве модели машинного обучения, был градиентным бустингом, который является типом ансамблевого обучения, использующим дерево решений. Количество деревьев решений, составляющих дерево решений градиентного бустинга, было задано равным 10, максимальная глубина иерархии была равна 5, и максимальное количество листьев в генерируемом дереве решений равнялось 180. Модель M прогнозирования овальности, сгенерированная указанным образом, была введена в систему, показанную на фиг. 18, в качестве модели в режиме реального времени, и при заданной величине овальности, равной 10 мм, была получена фактическая величина предела текучести стального листа из результата проверки материала на этапе прокатки толстого листа в качестве предварительного этапа в виде фактических данных атрибутивной информации о стальном листе, используемом в качестве материала, от главного компьютера.

В качестве пятого примера этап U-формования был задан в виде намеченного для внесения изменений этапа, и после завершения этапа C-формования и перед переходом к этапу U-формования фактическая величина толщины стального листа и предела текучести, которые являются атрибутивной информацией о стальном листе, были использованы в качестве входных данных для модели M прогнозирования овальности, и были изменены рабочие параметры этапа U-формования и этапа O-формования. Однако заданная величина рабочего условия этапа экспандирования трубы была установлена равной 1,2% и не была включена в рабочие параметры, подлежащие изменению. С другой стороны, измененный рабочий параметр этапа U-формования был окончательным расстоянием между опорами при U-формовании, и измененный рабочий параметр этапа O-формования был величиной вдавливания при O-формовании. В любом случае рабочие параметры после изменения изменялись с ограничением, так чтобы они находились в пределах диапазона рабочих параметров, заданных блоком 112 расчета овальности трубы в автономном режиме. С помощью пятого примера, в котором выполнялось такое регулирование овальности, были изготовлены 100 стальных труб. В результате, когда модель M прогнозирования овальности не использовалась, средняя величина овальности составляла 10,5 мм с показателем приемки 20%, в то время как в пятом примере средняя величина овальности была уменьшена до 6,3 мм, и показатель приемки был увеличен до 69%.

В качестве шестого примера, сходного с пятым примером, этап U-формования был задан в виде намеченного для внесения изменений этапа, и после завершения этапа C-формования и перед переходом к этапу U-формования фактические величины толщины листа и предела текучести, которые являются атрибутивной информацией о стальном листе, были использованы в качестве входных данных для модели M прогнозирования овальности, и были изменены рабочие параметры этапа U-формования, этапа O-формования и этапа экспандирования трубы. Рабочий параметр этапа экспандирования трубы, подлежащий изменению, был коэффициентом экспандирования трубы, и изменение было выполнено в диапазоне 0,9 – 1,5%. Другие рабочие параметры, подлежащие изменению, были сходными с рабочими параметрами пятого примера. С помощью шестого примера, в котором выполнялось такое регулирование овальности, были изготовлены 100 стальных труб. В результате средняя величина овальности составляла 5,1 мм с показателем приемки 92%, т.е. указанные показатели были улучшены.

Пример 4

В настоящем примере набор данных рабочего условия, включающий в себя следующие рабочие параметры, был задан в блоке 110 сбора исходных данных, показанном на фиг. 10. Заданная стальная труба, представляющая собой изделие после этапа экспандирования трубы, была стальной трубой API, марка X42, толщина стенки 44,5 мм × наружный диаметр 1422,4 мм. Сначала атрибутивная информация о стальном листе была задана для толщины листа 45,6 мм и ширины листа 4295 мм, и предел текучести был включен в набор данных рабочего условия в качестве атрибутивной информации о стальном листе с целью соответствия стальному листу, имеющему предел прочности при растяжении 500 МПа. Ширина листа была задана равной ширине листа, полученной после этапа предварительной обработки. В качестве рабочих параметров этапа C-формования условие расчета выполнения гибки концов в диапазоне 300 мм от конца в направлении ширины в качестве ширины обработки посредством гибки концов было задано с радиусом кривизны поверхности формования верхней полуматрицы R420 мм, но это условие не было включено во входные данные модели прогнозирования овальности.

Рабочие параметры этапа U-формования были заданы на основании этапа U-формования, выполняемого с помощью устройства Kaiser для придания заготовке U-образной формы, и была сгенерирована соответствующая конечно-элементная модель этапа U-формования. В отношении информации о форме инструмента для U-формования был выполнен расчет, соответствующий множеству блоков информации, используя диапазон нижнего R от 501 мм до 552 мм, угол φ нижнего R, равный 120 градусам, и боковой r от 200 мм до 300 мм, и этот расчет был включен в набор данных рабочего условия. Кроме того, в отношении рабочих параметров на этапе U-формования окончательное расстояние между опорами при U-формовании варьировалось в диапазоне 914 ± 80 мм, и величина вдавливания при U-формовании варьировалась в диапазоне 858,8 ± 25,4 мм, и эти условия также были включены в набор данных рабочего условия этапа U-формования.

С другой стороны, в отношении рабочих параметров этапа O-формования, было задано, что верхняя и нижняя полуматрицы имеют радиус при O-формовании 702 мм, причем было задано, что дуга верхней полуматрицы имеет глубину 702 мм, и было задано, что дуга нижней полуматрицы имеет глубину 683 мм. Кроме того, условие расчета было изменено, так что расстояние (величина вдавливания при O-формовании) между самой верхней точкой верхней полуматрицы и самой нижней точкой нижней полуматрицы составляло 1415 ± 5 мм, и это условие было включено в набор данных рабочего условия на этапе O-формования. В настоящем примере, относящемуся к этапу экспандирования трубы, при условии, что экспандер имеет форму с радиусом 620 мм сегмента для экспандирования трубы и разделен на 12 частей в окружном направлении в виде сегментов для экспандирования трубы, коэффициент экспандирования трубы в качестве условия был задан равным 0,9%.

В отношении этапа сварки был выполнен численный анализ применительно к характеристикам удерживания зазора под сварку открытой трубы с наружной стороны для задания зазора под сварку открытой трубы, равного нулю, с помощью метода конечных элементов, и результат соответствовал напряженно-деформированному состоянию после этапа сварки. В частности, конечно-элементный анализ был выполнен по характеристикам размещения девяти формующих валков на участке зазора под сварку и в положениях 19, 70, 105 и 154 градуса от участка зазора под сварку относительно открытой трубы после этапа O-формования и продвижения формующих валков до тех пор, пока формующие валки не стали вписываться в окружность, имеющую диаметр 1408,3 мм. Однако не рассматривались никакие факторы теплового влияния во время сварки, и напряженно-деформированное состояние открытой трубы в состоянии, где зазор под сварку равнялся нулю после перемещения формующего валка, было задано в качестве напряженно-деформированного состояния стальной трубы после этапа сварки, и данные были переданы в блок генерирования конечно-элементной модели следующего этапа экспандирования трубы. В качестве овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, которая относится к выходным данным модели прогнозирования овальности, форма наружного диаметра стальной трубы после этапа экспандирования трубы, полученная с помощью блока 112 расчета овальности трубы в автономном режиме, была разделена на 1080 точек в окружном направлении, и была использована разница между максимальным диаметром Dmax и минимальным диаметром Dmin.

Как описано выше, модель прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы по настоящему примеру включает в себя информацию о форме инструмента для U-формования, окончательное расстояние между опорами при U-формовании и величину вдавливания при U-формовании в качестве рабочих параметров этапа U-формования и включает в себя величину вдавливания при O-формовании в качестве рабочих параметров этапа O-формования. Данные, необходимые для конечно-элементного анализа этапа обработки посредством формования, включающие в себя такой набор данных рабочего условия, были направлены в блок 112 расчета овальности трубы в автономном режиме для расчета овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы. Набор данных обучения, полученный посредством расчета, был накоплен в базе данных 120, и модель M прогнозирования овальности была сгенерирована блоком 130 генерирования модели прогнозирования овальности.

Блок 112 расчета овальности трубы в автономном режиме задал двухмерные элементы плоского деформированного состояния, полученные посредством деления стального листа, используемого в качестве материала, перед этапом C- формования на 720 частей в направлении ширины и 18 частей в направлении толщины и выполнил конечно-элементный анализ в следующем порядке: этап C-формования, этап U-формования, этап O-формования, этап сварки и этап экспандирования трубы. Для конечно-элементного анализа в настоящем примере использовался решатель Abaqus 2019, и время расчета в каждом случае составляло приблизительно три часа. Когда в базе данных 120 были накоплены 300 блоков данных, была сгенерирована модель M прогнозирования овальности. Модель M прогнозирования овальности является моделью машинного обучения, содержащей входные данные этапа U-формования и рабочий параметр этап O-формования. Используемая модель машинного обучения была регрессией на основе гауссовских процессов, и используемая керн-функция включала в себя керн с использованием радиальной базисной функции (RBF-керн) для оценки сходства параметров и WhiteKernel для оценки влияния уровня шума оптимизируемого параметра.

Модель M прогнозирования овальности, сгенерированная как описано выше, была использована для обработки в режиме реального времени на этапе изготовления стальной трубы для прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования стальной трубы по окончании этапа O-формования. Прогнозирование овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы было предназначено для стальной трубы, удовлетворяющей вышеуказанным условиям изготовления, и информация, получаемая в качестве фактических рабочих данных этапа изготовления стальной трубы, была информацией о форме инструмента для U-формования, окончательном расстоянии между опорами при U-формовании, величине вдавливания при U-формовании и величине вдавливания при O-формовании, для генерирования набора данных рабочего условия в качестве входных данных для модели M прогнозирования овальности. Далее прогнозируемая величина овальности стальной трубы после этапа экспандирования стальной трубы была рассчитана в качестве выходных данных модели M прогнозирования овальности, и указанную величину сравнили с фактической величиной овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы (фактическая величина овальности). В результате разница между прогнозируемой величиной овальности, выданной моделью M прогнозирования овальности, и фактической величиной овальности соответствовала средней величине погрешности 0,3%, и стандартное отклонение погрешности составило 4,3%, что подтверждает возможность прогнозирования овальности после этапа экспандирования трубы с высокой точностью с помощью модели M прогнозирования овальности.

Пример 5

В настоящем примере набор данных рабочего условия, включающий в себя следующие рабочие параметры, был задан в блоке 110 сбора исходных данных, показанном на фиг. 10. Заданная стальная труба, представляющая собой изделие после этапа экспандирования трубы, была стальной трубой API, марка X52, толщина стенки 6,4 мм × наружный диаметр 508,0 мм. Сначала атрибутивная информация о стальном листе была задана для толщины листа 6,4 – 7,4 мм и ширины листа 1564 мм, и толщина листа и предел текучести стального листа были включены в набор данных рабочего условия в качестве атрибутивной информации о стальном листе с целью соответствия стальному листу, имеющему предел прочности при растяжении 440 – 640 МПа. Ширина листа была задана равной ширине листа, полученной после этапа предварительной обработки. Настоящий пример был предназначен для этапа изготовления стальной трубы посредством выполнения этапа U-формования, этапа O-формования, этапа сварки и этапа экспандирования трубы с использованием стального листа в качестве материала. Другими словами, стальная труба была изготовлена без выполнения обработки посредством гибки концов на этапе C-формования.

Рабочие параметры этапа U-формования были заданы на основании этапа U-формования, выполняемого с помощью устройства Kaiser для придания заготовке U-образной формы, и была сгенерирована соответствующая конечно-элементная модель этапа U-формования. В отношении информации о форме инструмента для U-формования условие с нижним R равным 210 мм и углом φ нижнего R, равным 120 градусам, и боковым r 131 мм было использовано для выполнения расчета. Кроме того, в отношении рабочих параметров на этапе U-формования окончательное расстояние между опорами при U-формовании варьировалось в диапазоне 154 ± 30 мм, и величина вдавливания при U-формовании варьировалась в диапазоне 656,6 ± 25,4 мм, и эти условия также были включены в набор данных рабочего условия этапа U-формования.

С другой стороны, в отношении рабочих параметров этапа O-формования, было задано, что верхняя и нижняя полуматрицы имеют радиус при O-формовании 251 мм, причем было задано, что дуга верхней полуматрицы имеет глубину 251 мм, и было задано, что дуга нижней полуматрицы имеет глубину 239 мм. Кроме того, условие расчета было изменено, так что расстояние (величина вдавливания при O-формовании) между самой верхней точкой верхней полуматрицы и самой нижней точкой нижней полуматрицы составляло 501 ± 3 мм, и это условие было включено в набор данных рабочего условия на этапе O-формования. В настоящем примере в качестве рабочего параметра этапа экспандирования трубы было задано условие, что коэффициент экспандирования трубы составляет 1,1%, принимая во внимание, что экспандер имеет форму с радиусом 226 мм сегмента для экспандирования трубы и разделен на 10 частей в окружном направлении в виде сегментов для экспандирования трубы.

В отношении этапа сварки был выполнен численный анализ применительно к характеристикам удерживания зазора под сварку открытой трубы с наружной стороны для задания зазора под сварку открытой трубы, равного нулю, с помощью метода конечных элементов, и результат соответствовал напряженно-деформированному состоянию после этапа сварки. В частности, конечно-элементный анализ был выполнен по характеристикам размещения семи формующих валков на участке зазора под сварку и в положениях 42, 84 и 126 градусов от участка зазора под сварку относительно открытой трубы после этапа O-формования и продвижения формующих валков до тех пор, пока формующие валки не стали вписываться в окружность, имеющую диаметр 503,0 мм. Однако не рассматривались никакие факторы теплового влияния во время сварки, и напряженно-деформированное состояние открытой трубы в состоянии, где зазор под сварку равнялся нулю после перемещения формующего валка, было задано в качестве напряженно-деформированного состояния стальной трубы после этапа сварки, и данные были переданы в блок генерирования конечно-элементной модели следующего этапа экспандирования трубы. В качестве овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, которая относится к выходным данным модели прогнозирования овальности, форма наружного диаметра стальной трубы после этапа экспандирования трубы, полученная с помощью блока 112 расчета овальности трубы в автономном режиме, была разделена на 1080 точек в окружном направлении, и была использована разница между максимальным диаметром Dmax и минимальным диаметром Dmin.

Как описано выше, модель прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы по настоящему примеру включает в себя окончательное расстояние между опорами при U-формовании и величину вдавливания при U-формовании в качестве рабочих параметров этапа U-формования и включает в себя величину вдавливания при O-формовании в качестве рабочих параметров этапа O-формования. Кроме того, толщина листа и предел текучести были включены в набор данных рабочего условия в качестве атрибутивной информации о стальном листе, Данные, необходимые для конечно-элементного анализа этапа обработки посредством формования, включающие в себя такой набор данных рабочего условия, были направлены в блок 112 расчета овальности трубы в автономном режиме для расчета овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы. Набор данных, полученный посредством расчета, был накоплен в базе данных 120, и модель M прогнозирования овальности была сгенерирована блоком 130 генерирования модели прогнозирования овальности.

Блок 112 расчета овальности трубы в автономном режиме задал двухмерные элементы плоского деформированного состояния, полученные посредством деления стального листа, используемого в качестве материала, на 720 частей в направлении ширины и 18 частей в направлении толщины и выполнил конечно-элементный анализ в следующем порядке: этап U-формования, этап O-формования, этап сварки и этап экспандирования трубы. Для конечно-элементного анализа в настоящем примере использовался решатель Abaqus 2019, и время расчета в каждом случае составляло приблизительно три часа. Когда в базе данных 120 были накоплены 250 блоков данных, была сгенерирована модель M прогнозирования овальности. Модель M прогнозирования овальности является моделью машинного обучения, содержащей входные данные, включающие в себя атрибутивную информацию о стальном листе, рабочий параметр этапа U-формования и рабочий параметр этапа O-формования. Для модели машинного обучения была использована регрессия опорного вектора, и для керн-функции был использован сигмоидальный керн.

Модель M прогнозирования овальности, сгенерированная как описано выше, была использована для обработки в режиме реального времени на этапе изготовления стальной трубы для прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования стальной трубы по окончании этапа O-формования. Прогнозирование овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы было предназначено для стальной трубы, удовлетворяющей вышеуказанным условиям изготовления, и информация, получаемая в качестве фактических рабочих данных этапа изготовления стальной трубы, была информацией о толщине стального листа, пределе текучести, окончательном расстоянии между опорами при U-формовании, величине вдавливания при U-формовании и величине вдавливания при O-формовании, для генерирования набора данных рабочих условий в качестве входных данных для модели M прогнозирования овальности. Далее прогнозируемая величина овальности стальной трубы после этапа экспандирования стальной трубы была рассчитана в качестве выходных данных модели M прогнозирования овальности, и указанную величину сравнили с фактической величиной овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы (фактическая величина овальности). В результате разница между прогнозируемой величиной овальности, выданной моделью M прогнозирования овальности, и фактической величиной овальности соответствовала средней величине погрешности 0,2%, и стандартное отклонение погрешности составило 4,6%, что подтверждает возможность прогнозирования овальности после этапа экспандирования трубы с высокой точностью с помощью модели M прогнозирования овальности.

Пример 6

В настоящем примере набор данных рабочего условия, включающий в себя следующие рабочие параметры, был задан в блоке 110 сбора исходных данных, показанном на фиг. 10. Заданная стальная труба, представляющая собой изделие после этапа экспандирования трубы, была стальной трубой API, марка X65, толщина стенки 44,5 мм × наружный диаметр 914,4 мм. Сначала атрибутивная информация о стальном листе была задана для толщины листа 44,5 мм и ширины листа 2711 мм, и предел текучести был включен в набор данных рабочего условия в качестве атрибутивной информации о стальном листе с целью соответствия стальному листу, имеющему предел прочности при растяжении 520 – 690 МПа. Ширина листа была задана равной ширине листа, полученной после этапа предварительной обработки. В качестве рабочих параметров этапа C-формования условие расчета выполнения гибки концов в диапазоне 195 мм от конца в направлении ширины в качестве ширины обработки посредством гибки концов было задано с радиусом кривизны поверхности формования верхней полуматрицы R310 мм, но это условие не было включено во входные данные модели прогнозирования овальности.

Рабочие параметры этапа U-формования были заданы на основании этапа U-формования, выполняемого с помощью устройства Kaiser для придания заготовке U-образной формы, и была сгенерирована соответствующая конечно-элементная модель этапа U-формования. В отношении информации о форме инструмента для U-формования был выполнен расчет при условии, что нижний R равен 310 мм, угол φ нижнего R равен 120 градусам, и боковой r составляет 178 мм. Кроме того, в отношении рабочих параметров на этапе U-формования окончательное расстояние между опорами при U-формовании варьировалось в диапазоне 634 ± 40 мм, и величина вдавливания при U-формовании варьировалась в диапазоне 782,6 ± 25,4 мм, и эти условия также были включены в набор данных рабочего условия этапа U-формования.

С другой стороны, в отношении рабочих параметров этапа O-формования, было задано, что верхняя и нижняя полуматрицы имеют радиус при O-формовании 451 мм, причем было задано, что дуга верхней полуматрицы имеет глубину 451 мм, и было задано, что дуга нижней полуматрицы имеет глубину 438 мм. Кроме того, условие расчета было изменено, так что расстояние (величина вдавливания при O-формовании) между самой верхней точкой верхней полуматрицы и самой нижней точкой нижней полуматрицы составляло 903 ± 4 мм, и это условие было включено в набор данных рабочего условия на этапе O-формования. Кроме того, в настоящем примере в качестве рабочих параметров этапа экспандирования трубы, при условии, что два типа экспандеров имеют форму с радиусом 390 мм и 410 мм сегмента для экспандирования трубы и разделены на 12 частей в окружном направлении в виде сегментов для экспандирования трубы, коэффициент экспандирования трубы варьировался в диапазоне 0,5 – 1,1%, и это условие было включено в набор данных рабочего условия этапа экспандирования трубы.

В отношении этапа сварки был выполнен численный анализ применительно к характеристикам удерживания зазора под сварку открытой трубы с наружной стороны для задания зазора под сварку открытой трубы, равного нулю, с помощью метода конечных элементов, и результат соответствовал напряженно-деформированному состоянию после этапа сварки. В частности, конечно-элементный анализ был выполнен по характеристикам размещения девяти формующих валков на участке зазора под сварку и в положениях 24, 65, 105 и 148 градусов от участка зазора под сварку относительно открытой трубы после этапа O-формования и продвижения формующих валков до тех пор, пока формующие валки не стали вписываться в окружность, имеющую диаметр 905,3 мм. Однако не рассматривались никакие факторы теплового влияния во время сварки, и напряженно-деформированное состояние открытой трубы в состоянии, где зазор под сварку равнялся нулю после перемещения формующего валка, было задано в качестве напряженно-деформированного состояния стальной трубы после этапа сварки, и данные были переданы в блок генерирования конечно-элементной модели следующего этапа экспандирования трубы. В качестве овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, которая относится к выходным данным модели прогнозирования овальности, форма наружного диаметра стальной трубы после этапа экспандирования трубы, полученная с помощью блока 112 расчета овальности трубы в автономном режиме, была разделена на 1080 точек в окружном направлении, и была использована разница между максимальным диаметром Dmax и минимальным диаметром Dmin.

Как описано выше, модель прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы по настоящему примеру включает в себя окончательное расстояние между опорами при U-формовании и величину вдавливания при U-формовании в качестве рабочих параметров этапа U-формования и включает в себя величину вдавливания при O-формовании в качестве рабочих параметров этапа O-формования. Кроме того, предел текучести был включен в набор данных рабочего условия в качестве атрибутивной информации о стальном листе, и радиус сегмента экспандирования трубы и коэффициент экспандирования трубы были включены в набор данных рабочего условия в качестве рабочих параметров этапа экспандирования трубы. Данные, необходимые для конечно-элементного анализа этапа обработки посредством формования, включающие в себя такой набор данных рабочего условия, были направлены в блок 112 расчета овальности трубы в автономном режиме для расчета овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы. Набор данных обучения, полученный посредством расчета, был накоплен в базе данных 120, и модель M прогнозирования овальности была сгенерирована блоком 130 генерирования модели прогнозирования овальности.

Блок 112 расчета овальности трубы в автономном режиме задал двухмерные элементы плоского деформированного состояния, полученные посредством деления стального листа, используемого в качестве материала, перед этапом C-формования на 720 частей в направлении ширины и 18 частей в направлении толщины и выполнил конечно-элементный анализ в следующем порядке: этап C-формования, этап U-формования, этап O-формования, этап сварки и этап экспандирования трубы. Для конечно-элементного анализа в настоящем примере использовался решатель Abaqus 2019, и время расчета в каждом случае составляло приблизительно три часа. Когда в базе данных 120 были накоплены 300 блоков данных, была сгенерирована модель M прогнозирования овальности. Модель M прогнозирования овальности является моделью машинного обучения, содержащей входные данные, включающие в себя атрибутивную информацию о стальном листе, рабочий параметр этапа U-формования, рабочий параметр этапа O-формования и рабочий параметр этапа экспандирования трубы. Используемая модель машинного обучения была случайным лесом, максимальная глубина иерархии была равна 3, и максимальное количество листьев в генерируемом дереве решений равнялось 220.

Модель M прогнозирования овальности, сгенерированная как описано выше, была использована для обработки в режиме реального времени на этапе изготовления стальной трубы для прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования стальной трубы по окончании этапа O-формования. Прогнозирование овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы было предназначено для стальной трубы, удовлетворяющей вышеуказанным условиям изготовления, и информация, получаемая в качестве фактических рабочих данных этапа изготовления стальной трубы, была информацией о пределе текучести стального листа, окончательном расстоянии между опорами при U-формовании, величине вдавливания при U-формовании и величине вдавливания при O-формовании. Кроме того, заданные величины радиуса сегмента экспандирования трубы и коэффициента экспандирования трубы, которые являются рабочими параметрами этапа экспандирования трубы, были получены от управляющего компьютера для генерирования набора данных рабочего условия в качестве входных данных для модели M прогнозирования овальности. Далее прогнозируемая величина овальности стальной трубы после этапа экспандирования стальной трубы была рассчитана в качестве выходных данных модели M прогнозирования овальности, и указанную величину сравнили с фактической величиной овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы (фактическая величина овальности). В результате разница между прогнозируемой величиной овальности, выданной моделью M прогнозирования овальности, и фактической величиной овальности соответствовала средней величине погрешности 0,4%, и стандартное отклонение погрешности составило 4,0%, что подтверждает возможность прогнозирования овальности после этапа экспандирования трубы с высокой точностью с помощью модели M прогнозирования овальности.

Пример 7

В настоящем примере набор данных рабочего условия, включающий в себя следующие рабочие параметры, был задан в блоке 110 сбора исходных данных, показанном на фиг. 10. Заданная стальная труба, представляющая собой изделие после этапа экспандирования трубы, была стальной трубой API, марка X42, толщина стенки 44,5 мм × наружный диаметр 609,6 мм. Сначала атрибутивная информация о стальном листе была задана для толщины листа 44,5 мм и ширины листа 1761 мм, и предел текучести был включен в набор данных рабочего условия в качестве атрибутивной информации о стальном листе с целью соответствия стальному листу, имеющему предел прочности при растяжении 400 – 600 МПа. Ширина листа была задана равной ширине листа, полученной после этапа предварительной обработки. В качестве рабочих параметров этапа C-формования условие расчета выполнения гибки концов в диапазоне 120 – 140 мм от конца в направлении ширины в качестве ширины обработки посредством гибки концов было задано с радиусом кривизны поверхности формования верхней полуматрицы R190 мм, но это условие не было включено в набор данных рабочего условия.

Рабочие параметры этапа U-формования были заданы на основании этапа U-формования, выполняемого с помощью устройства Kaiser для придания заготовке U-образной формы, и была сгенерирована соответствующая конечно-элементная модель этапа U-формования. В отношении информации о форме инструмента для U-формования был выполнен расчет при условии, что нижний R равен 246 мм, угол φ нижнего R равен 120 градусам, и боковой r составляет 160 мм. Кроме того, в отношении рабочих параметров на этапе U-формования окончательное расстояние между опорами при U-формовании варьировалось в диапазоне 474 ± 30 мм, и величина вдавливания при U-формовании варьировалась в диапазоне 757,2 ± 12,7 мм, и эти условия также были включены в набор данных рабочего условия этапа U-формования.

С другой стороны, в отношении рабочих параметров этапа O-формования, было задано, что верхняя и нижняя полуматрицы имеют радиус при O-формовании 301 мм, причем было задано, что дуга верхней полуматрицы имеет глубину 301 мм, и было задано, что дуга нижней полуматрицы имеет глубину 289 мм. Кроме того, условие расчета было изменено, так что расстояние (величина вдавливания при O-формовании) между самой верхней точкой верхней полуматрицы и самой нижней точкой нижней полуматрицы составляло 602 ± 4 мм, и это условие было включено в набор данных рабочего условия на этапе O-формования. Кроме того, в настоящем примере в качестве рабочего параметра этапа экспандирования трубы, при условии, что экспандер имеет форму с радиусом 254 мм сегмента для экспандирования трубы и разделен на 10 частей в окружном направлении в виде сегментов для экспандирования трубы, коэффициент экспандирования трубы варьировался в диапазоне 0,6 – 1,4%, и это условие было включено в набор данных рабочего условия этапа экспандирования трубы.

В отношении этапа сварки был выполнен численный анализ применительно к характеристикам удерживания зазора под сварку открытой трубы с наружной стороны для задания зазора под сварку открытой трубы, равного нулю, с помощью метода конечных элементов, и результат соответствовал напряженно-деформированному состоянию после этапа сварки. В частности, конечно-элементный анализ был выполнен по характеристикам размещения семи формующих валков на участке зазора под сварку и в положениях 36, 84 и 132 градуса от участка зазора под сварку относительно открытой трубы после этапа O-формования и продвижения формующих валков до тех пор, пока формующие валки не стали вписываться в окружность, имеющую диаметр 905,3 мм. Однако не рассматривались никакие факторы теплового влияния во время сварки, и напряженно-деформированное состояние открытой трубы в состоянии, где зазор под сварку равнялся нулю после перемещения формующего валка, было задано в качестве напряженно-деформированного состояния стальной трубы после этапа сварки, и данные были переданы в блок генерирования конечно-элементной модели следующего этапа экспандирования трубы. В качестве овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, которая относится к выходным данным модели прогнозирования овальности, форма наружного диаметра стальной трубы после этапа экспандирования трубы, полученная с помощью блока 112 расчета овальности трубы в автономном режиме, была разделена на 1080 точек в окружном направлении, и была использована разница между максимальным диаметром Dmax и минимальным диаметром Dmin.

Как описано выше, модель прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы по настоящему примеру включает в себя окончательное расстояние между опорами при U-формовании и величину вдавливания при U-формовании в качестве рабочих параметров этапа U-формования и включает в себя величину вдавливания при O-формовании в качестве рабочих параметров этапа O-формования. Кроме того, предел текучести был включен в набор данных рабочего условия в качестве атрибутивной информации о стальном листе, и ширина при обработке посредством гибки концов была включена в качестве рабочего параметра этапа C-формования. Кроме того, коэффициент экспандирования трубы был включен в набор данных рабочего условия в качестве рабочего параметра этапа экспандирования трубы. Данные, необходимые для конечно-элементного анализа этапа обработки посредством формования, включающие в себя такой набор данных рабочего условия, были направлены в блок 112 расчета овальности трубы в автономном режиме для расчета овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы. Набор данных обучения, полученный посредством расчета, был накоплен в базе данных 120, и модель M прогнозирования овальности была сгенерирована блоком 130 генерирования модели прогнозирования овальности.

Блок 112 расчета овальности трубы в автономном режиме задал двухмерные элементы плоского деформированного состояния, полученные посредством деления стального листа, используемого в качестве материала, перед этапом C-формования на 720 частей в направлении ширины и 18 частей в направлении толщины и выполнил конечно-элементный анализ в следующем порядке: этап C-формования, этап U-формования, этап O-формования, этап сварки и этап экспандирования трубы. Для конечно-элементного анализа в настоящем примере использовался решатель Abaqus 2019, и время расчета в каждом случае составляло приблизительно три часа. Когда в базе данных 120 были накоплены 500 блоков данных, была сгенерирована модель M прогнозирования овальности. Модель M прогнозирования овальности является моделью машинного обучения, содержащей входные данные, включающие в себя атрибутивную информацию о стальном листе, рабочий параметр C-формования, рабочий параметр этапа U-формования, рабочий параметр этапа O-формования и рабочий параметр этапа экспандирования трубы. В качестве модели машинного обучения использовалась регрессия на основе гауссовских процессов, использующая в качестве базисной функции радиальную базисную функцию.

Модель M прогнозирования овальности, сгенерированная как описано выше, была использована для обработки в режиме реального времени на этапе изготовления стальной трубы для прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования стальной трубы по окончании этапа O-формования. Прогнозирование овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы было предназначено для стальной трубы, удовлетворяющей вышеуказанным условиям изготовления, и информация, получаемая в качестве фактических рабочих данных этапа изготовления стальной трубы, была информацией о пределе текучести стального листа, ширине при обработке посредством гибки концов на этапе C-формования, окончательном расстоянии между опорами при U-формовании, величине вдавливания при U-формовании и величине вдавливания при O-формовании. Кроме того, заданные величины коэффициента экспандирования трубы, который является рабочим параметром этапа экспандирования трубы, были получены от управляющего компьютера для генерирования набора данных рабочего условия в качестве входных данных для модели M прогнозирования овальности. Далее прогнозируемая величина овальности стальной трубы после этапа экспандирования стальной трубы была рассчитана в качестве выходных данных модели M прогнозирования овальности, и указанную величину сравнили с фактической величиной овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы (фактическая величина овальности). В результате разница между прогнозируемой величиной овальности, выданной моделью M прогнозирования овальности, и фактической величиной овальности соответствовала средней величине погрешности 0,2%, и стандартное отклонение погрешности составило 5,0%, что подтверждает возможность прогнозирования овальности после этапа экспандирования трубы с высокой точностью с помощью модели M прогнозирования овальности.

В вышеописанных вариантах выполнения изобретения, представленных авторами, настоящее изобретение не ограничивается описанием и чертежами, составляющими часть раскрытия настоящего изобретения по указанным вариантам выполнения. Таким образом, все другие варианты выполнения, примеры внедрения, способы управления и т.п., разработанные специалистами в рассматриваемой области техники на основе настоящего варианта выполнения, входят в объем настоящего изобретения.

Промышленная применимость

При осуществлении настоящего изобретения возможно обеспечить способ генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы, способный генерировать модель прогнозирования овальности, которая точно прогнозирует овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы в технологическом процессе изготовления UOE-стальной трубы, включающем в себя ряд этапов. При осуществлении настоящего изобретения возможно обеспечить способ прогнозирования овальности стальной трубы и устройство для прогнозирования овальности стальной трубы, способные точно прогнозировать овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы в технологическом процессе изготовления UOE-стальной трубы, включающем в себя ряд этапов. При осуществлении настоящего изобретения также возможно обеспечить способ регулирования овальности стальной трубы и способ изготовления стальной трубы, позволяющие изготавливать UOE-стальную трубу, имеющую приемлемую овальность.

Перечень номеров позиций

10 – устройство для придания заготовке C-образной формы;

11 – транспортирующий механизм;

12A, 12B – формующий механизм;

13 – верхняя полуматрица;

13a – формующая поверхность;

14 – нижняя полуматрица;

14a – формующая поверхность;

15 – держатель инструмента;

16 – гидравлический цилиндр;

17 – зажимной механизм;

20 – рама машины;

21 – подъемный цилиндр;

22, 37 – инструмент для U-формования (U-пуансон);

23 – подвесной элемент;

24 – нижняя поверхность пола рамы;

25 – шток;

26 – цилиндр скольжения;

27 – блок скольжения;

28 – опора (основание);

29 – связующее звено;

30 – ось вращения;

31 – плечо;

32 – ограничительный валок;

33 – участок основания;

34 – участок опоры при U-формовании;

35 – нижняя матрица (локер-матрица);

36 – ось вращения;

38 – подушка;

40 – нижняя полуматрица;

41 – верхняя полуматрица;

51 – сегмент для экспандирования трубы;

52 – коническая наружная периферийная поверхность;

53 – тяговая штанга;

60 – штанга;

61a, 61b – щуп перемещения;

62 – датчик угла вращения;

63 – поворотная штанга;

64a, 64b – прижимной ролик;

100 – устройство генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы;

110 – блок сбора исходных данных;

111 – набор данных для рабочих условий;

112 – блока расчета овальности трубы в автономном режиме;

112a-112c – блок генерирования конечно-элементной модели;

112d – решатель для конечно-элементного анализа;

120 – база данных;

130 – блок генерирования модели прогнозирования овальности;

140 – блок изменения рабочих условий;

150 – главный компьютер;

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;

P – стальная труба;

S – стальной лист.

Изобретение относится к прогнозированию овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, входящего в технологический процесс изготовления стальной трубы, который включает: этап U-формования, этап O-формования, выполняемый посредством обработки формованием заготовки, имеющей U-образное сечение, и этап экспандирования трубы. Осуществляют этап сбора исходных данных, на котором собирают исходные данные посредством выполнения численного расчета, в котором входные данные представляют собой набор данных рабочих условий, который включает в себя один или более рабочих параметров, выбранных из рабочих параметров этапа U-формования, и один или более рабочих параметров, выбранных из рабочих параметров этапа O-формования. Выходные данные представляют собой информацию об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы. Численный расчет выполняют неоднократно с изменением набора данных рабочих условий и генерированием множества пар данных из указанного набора данных рабочих условий и указанной информации об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы. Осуществляют этап генерирования модели, на котором генерируют модель прогнозирования овальности, для которой входными данными является указанный набор данных рабочих условий, а выходными данными является указанная информация об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы. Генерирование модели прогнозирования овальности выполняют с помощью машинного обучения, используя указанное множество пар данных для обучения, сгенерированных на этапе сбора исходных данных. В результате обеспечивается точное прогнозирование овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы и регулирование овальности стальной трубы. 5 н. и 7 з.п. ф-лы, 20 ил., 1 табл., 7 пр.

1. Способ генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы, в котором указанная модель прогнозирования овальности предназначена для прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, входящего в технологический процесс изготовления стальной трубы, который включает в себя: этап U-формования, выполняемый посредством обработки формованием стального листа для получения формованной заготовки, имеющей U-образное сечение, с помощью инструмента для U-формования; этап O-формования, выполняемый посредством обработки формованием формованной заготовки, имеющей U-образное сечение, для получения открытой трубы; и этап экспандирования трубы, выполняемый посредством обработки формованием за счет экспандирования стальной трубы, полученной посредством соединения друг с другом концов открытой трубы в направлении ширины,

включающий:

этап сбора исходных данных, на котором собирают исходные данные посредством выполнения численного расчета, в котором входные данные представляют собой набор данных рабочих условий, который включает в себя один или более рабочих параметров, выбранных из рабочих параметров этапа U-формования, и один или более рабочих параметров, выбранных из рабочих параметров этапа O-формования, а выходные данные представляют собой информацию об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, причем численный расчет выполняют неоднократно с изменением набора данных рабочих условий и генерированием путем выполнения численного расчета в качестве данных для обучения множества пар данных из указанного набора данных рабочих условий и указанной информации об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, соответствующей указанному набору данных рабочих условий; и

этап генерирования модели, на котором генерируют модель прогнозирования овальности, для которой входными данными является указанный набор данных рабочих условий, а выходными данными является указанная информация об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, при этом генерирование модели прогнозирования овальности выполняют с помощью машинного обучения, используя указанное множество пар данных для обучения, сгенерированных на этапе сбора исходных данных.

2. Способ генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы по п. 1, в котором на этапе сбора исходных данных выполняют этап расчета посредством использования метода конечных элементов, информации об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, исходя из указанного набора данных рабочих условий.

3. Способ генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы по п. 1 или 2, в котором модель прогнозирования овальности включает, в качестве указанного набора данных рабочих условий, один или более параметров, выбранных из атрибутивной информации о стальном листе.

4. Способ генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы по любому из пп. 1–3, в котором модель прогнозирования овальности включает, в качестве указанного набора данных рабочий условий, один или более параметров, выбранных из рабочих параметров этапа экспандирования трубы.

5. Способ генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы по любому из пп. 1–4, в котором технологический процесс изготовления стальной трубы включает в себя этап C-формования, выполняемый посредством обработки формованием концов стального листа в направлении ширины с помощью гибки концов перед этапом U-формования, и модель прогнозирования овальности включает, в качестве указанного набора данных рабочих условий, один или более рабочих параметров, выбранных из рабочих параметров этапа C-формования.

6. Способ генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы по любому из пп. 1–5, в котором рабочие параметры этапа U-формования включают в себя один или более рабочих параметров из информации о форме инструмента для U-формования, величине вдавливания при U-формовании, исходном расстоянии между опорами при U-формовании и окончательном расстоянии между опорами при U-формовании.

7. Способ генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы по любому из пп. 1–6, в котором применяемое машинное обучение представляет собой тип машинного обучения, выбранный из нейронной сети, дерева решений, случайного леса, регрессии на основе гауссовских процессов и регрессии опорных векторов.

8. Способ прогнозирования овальности стальной трубы, включающий:

этап сбора рабочих параметров, на котором собирают в режиме реального времени набор данных рабочих условий, которые подлежат заданию как рабочие условия технологического процесса изготовления стальной трубы, в качестве входных данных модели прогнозирования овальности стальной трубы, генерируемой с помощью способа генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы по любому из пп. 1–7; и

этап прогнозирования овальности, на котором прогнозируют информацию об овальности стальной трубы после этапа экспандирования стальной трубы посредством ввода в модель прогнозирования овальности указанного набора данных рабочих условий, полученного на этапе сбора рабочих параметров.

9. Способ регулирования овальности стальной трубы, включающий этап внесения изменений при прогнозировании информации об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, используя способ прогнозирования овальности стальной трубы по п. 8, причем указанное прогнозирование выполняют перед началом этапа, намеченного для внесения изменений, который выбирают из ряда этапов обработки посредством формования, составляющих технологический процесс изготовления стальной трубы, и на основании спрогнозированной информации об овальности стальной трубы изменяют один или более рабочих параметров, выбранных по меньшей мере из рабочих параметров указанного этапа, намеченного для внесения изменений, или один или более рабочих параметров, выбранных из рабочих параметров этапа обработки посредством формования, который выполняется после указанного этапа, намеченного для внесения изменений.

10. Способ изготовления стальной трубы, включающий этап изготовления стальной трубы, используя способ регулирования овальности стальной трубы по п. 9.

11. Устройство для прогнозирования овальности стальной трубы, которое предназначено для прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, входящего в технологический процесс изготовления стальной трубы, который включает в себя: этап U-формования для обработки стального листа с целью получения формованной заготовки, имеющей U-образное сечение, с помощью инструмента для U-формования; этап O-формования для обработки формованной заготовки, имеющей U-образное сечение, с целью получения открытой трубы; и этап экспандирования трубы, выполняемый посредством обработки формованием путем экспандирования стальной трубы, полученной посредством соединения друг с другом концов открытой трубы в направлении ширины,

содержащее:

блок сбора исходных данных, который

выполнен с возможностью выполнения численного расчета, в котором входными данными является набор данных рабочих условий, который включает в себя один или более рабочих параметров, выбранных из рабочих параметров этапа U-формования, и один или более рабочих параметров, выбранных из рабочих параметров этапа O-формования, а выходными данными является информация об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, причем численный расчет выполняется неоднократно, с изменением при этом указанного набора данных рабочих условий, а

также с возможностью генерирования, посредством выполнения численного расчета, в качестве данных для обучения, множества пар данных из указанного набора данных рабочих условий и указанных данных информации об овальности стального листа после этапа экспандирования трубы, соответствующих указанному набору данных рабочих условий;

блок генерирования модели прогнозирования овальности, который выполнен с возможностью генерирования модели прогнозирования овальности, в которой входными данными является указанный набор данных рабочих условий, и выходными данными является указанная информация об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, причем генерирование модели прогнозирования овальности выполняется с помощью машинного обучения, с использованием множества пар данных для обучения, генерируемых блоком сбора исходных данных;

блок сбора рабочих параметров, выполненный с возможностью сбора в режиме реального времени набора данных рабочих условий, который подлежит заданию в качестве рабочего условия технологического процесса изготовления стальной трубы; и

блок прогнозирования овальности, выполненный с возможностью прогнозирования в режиме реального времени информации об овальности стальной трубы после этапа экспандирования стальной трубы, соответствующей набору данных рабочих условий, собранному блоком сбора рабочих параметров, с использованием модели прогнозирования овальности, генерируемой блоком генерирования модели прогнозирования овальности.

12. Устройство для прогнозирования овальности стальной трубы по п. 11, которое содержит терминальное устройство, содержащее:

входной блок для сбора входной информации на основании работы пользователя, и

блок индикации для отображения информации об овальности,

причем блок сбора рабочих параметров выполнен с возможностью обновления части или всего набора данных рабочих условий в технологическом процессе изготовления стальной трубы на основании входной информации, собираемой входным блоком, и

блок индикации выполнен с возможностью отображения информации об овальности стальной трубы, которая прогнозируется блоком прогнозирования овальности с использованием обновленного набора данных рабочих условий.