ТОВ «ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
«МЕТІНВЕСТ ПОЛІТЕХНІКА»
ДІДЖИТАЛІЗАЦІЯ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО
ВИРОБНИЦТВА:
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
ДО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ
Рекомендовано Науково-методичною радоюТОВ«ТЕХНІЧНИЙУНІВЕРСИТЕТ «МЕТІНВЕСТПОЛІТЕХНІКА»
(протокол №____від «___»___________2022 р.)
Обов’язководорозміщення врепозиторії
Запоріжжя 2023
Діджиталізація сталеплавильного виробництва: методичні вказівки до виконання лабораторних робіт (для студентів спеціальності 136 Металургія усіх форм навчання другого (магістерського) рівня вищої освіти) / Уклад. М. М. Штода. Запоріжжя: ТОВ «ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «МЕТІНВЕСТ ПОЛІТЕХНІКА», 2023. 18 с.
Методичні вказівки включають тематику індивідуальних завдань, методичні пояснення щодо порядку їх виконання, критерії оцінювання виконаного індивідуального завдання, вимоги до його оформлення, включаючи зразок титульної сторінки.
Рекомендовано для студентів спеціальності 136 Менеджмент другого (магістерського) рівня освіти, а також студентів, що вивчають «Діджиталізація сталеплавильного виробництва» як дисципліну вільного вибору.
Самостійнеелектроннетекстовемережевевидання
Затверджено на засіданні кафедри базових галузей промисловості
Протокол № __ від «__» ________ 2023 р.
| Узгоджено: Секретар Редакційної ради Малій Х. В. «» 2022 р. | © ТОВ «ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «МЕТІНВЕСТ ПОЛІТЕХНІКА», 2023 |
Вступ
Діджиталізація сталеплавильного виробництва – це спеціалізована дисципліна для підготовки фахівців до практичної експлуатації систем комп’ютерно-інтегрованого управління технологічними процесами виробництва сталі з одного боку, та опанування знаннями з технічного, організаційного, математичного та програмного забезпечень систем управління на тлі впровадження стандарту Industry 4.0 та цифровізації виробництва.
Дисципліна інтегрує базові знання з вибору вимірювальних датчиків, технічних засобів автоматизації та регулюючої апаратури, використання мікропроцесорних засобів автоматизації, програмного забезпечення, теорії автоматичного управління, а також систем диспетчерського управління та збору даних (SCADA-систем) й спеціалізованого програмного забезпечення. Набуті знання у подальшому будуть корисні при пропонуванні новітніх технічних рішень для керування складними металургійними процесами.
Дані методичні рекомендації складаються із переліку лабораторних робіт виконання яких достатньо та є обов’язковим при вивчені курсу «Діджиталізація сталеплавильного виробництва». Кожна робота виконується студентом окремо або у групі при цьому отримані дані обробляються індивідуально. Метою робіт є закріплення теоретичного матеріалу, що кожен студент отримує на лекційних заняттях, та одержання практичних навиків обґрунтованого обирання вимірювальних датчиків та технічних засобів автоматизації на основі розуміння їхніх властивостей, призначення та технічних характеристик з урахуванням вимог до експлуатаційних умов.
Робота вважається виконаною студентом при умові його присутності на занятті, на якому виконувалися виміри; робота оформлена повинним чином відповідно до вимог та має висновки, що містять аналіз результатів роботи; студент пройшов захист теоретичних знань з теми роботи.
Лабораторне заняття №1.
ВИЗНАЧЕННЯ РІВНЯ ТОЧНОСТІ ВИМІРЮВАНЬ
Загальні теоретичні відомості
Будь-яке вимірювання зводиться до порівняння вимірюваної величини з прийнятою для даної фізичної величини одиницею вимірювання. Таке порівняння виконується відповідними засобами вимірювань. Результатом вимірювання є числове значення вимірюваної величини, яке відображає кратність або долю відносно одиниці вимірювання [1].
Результат вимірювань - значення характеристики, отримане у підсумку виконання регламентованого (стандартного) методу вимірювань.
Точність – ступінь наближення результату вимірювання до прийнятого опорного значення [2]. Для кількісної характеристики точності вимірювань використовують термін «похибка вимірювань», тобто величина відхилення від опорного значення.
У загальному вигляді статистична модель результату вимірювання представляється залежністю
𝑦 = 𝜇 + (𝛿 + 𝐵) + 𝑒.
де 𝜇 – опорне значення (істинне значення, математичне сподівання істинного значення);
𝛿 – систематична похибка методу вимірювань;
𝐵 – лабораторна складова систематичної похибки в умовах повторюваності;
𝑒 – випадкова складова похибки кожного результату вимірювань в умовах повторюваності.
Згідно прийнятої моделі, всі фактори, які визначають величину похибки, за причинами виникнення та способом врахування розділяють на систематичні та випадкові. Але для відображення різного характеру прояву цих факторів для оцінювання точності вводиться поняття «правильність» та «прецизійність».
Це означає, що для характеристики точності потрібно визначити і навести відхилення середньоарифметичного (правильність) та середньоквадратичного (прецизійність).
Правильність (англ. trueness) – ступінь наближення середньоарифметичного значення, одержаного за результатами великої серії вимірювань, до прийнятого опорного значення фізичної величини [2]. Правильність умовно визначається наявністю систематичних похибок, тобто похибок, які виникають через постійно діючі фактори. Систематична похибка (англ. bias) – різниця між математичним сподіванням результату вимірювань та істинним (опорним) значенням [2]. Серед основних причин, що обумовлюють виникнення систематичних похибок, виділяють такі: особливості методу вимірювання; умови проведення вимірювань в певній лабораторії; конструктивні особливості обладнання; кваліфікація оператора.
Прецизійність (англ. precision) – ступінь наближення незалежних результатів вимірювань, отриманих в конкретних регламентованих умовах [2].
Прецизійність відображає вплив випадкових факторів, характеризує експериментальну складову точності і не має відношення до опорного значення. Міру прецизійності визначають як стандартне (середньоквадратичне) відхилення результатів вимірювань, отриманих за однакових умов.
В залежності від регламентованих умов визначення прецизійності розрізняють «умови повторюваності» та «умови відтворюваності» [2].
Повторюваність (англ. repeatability) – умови, коли незалежні результати вимірювань (або випробувань) отриманні одним і тим же методом на ідентичних об’єктах випробувань, в одній і тій же лабораторії, одним і тим же оператором, з використанням одного й того ж обладнання, в межах нетривалого проміжку часу.
Відтворюваність (англ. reproducibility) – умови, коли результати вимірювань (або випробувань) отримують одним і тим же методом, на ідентичних об’єктах випробувань, в різних лабораторіях, різними операторами, з використанням різного обладнання.
Отже, оцінка точності вимірювань можлива лише на основі статистичних характеристик, для визначення яких необхідно проведення багатократних вимірювань.
В умовах виробництва більшість вимірів є однократними. Для таких вимірів неможливе визначення статистичних характеристик. Визначення рівня точності таких вимірів здійснюють за метрологічними характеристиками засобів вимірювань. Основною такою характеристикою є клас точності засобів вимірювань.
Клас точності – узагальнена характеристика засобів вимірювань певного типу, яка встановлює нижню оцінку точності їх показань [3].
Позначення класу точності на відліковому пристрої приладу вказує, що дійсне (опорне) значення вимірюваної величини не відрізняється від значення відліку з шкали приладу більше ніж на вказане число відсотків. Якщо клас точності вказано у колі - відхилення (максимальну можливу похибку) обчислюють відносно відліку (показання приладу). Якщо клас точності позначено лише числами без кола – відхилення обчислюють відносно верхньої межі вимірювань (максимальне значення на шкалі приладу).
Отже, використовуючи клас точності засобів вимірювань, можна визначити рівень точності вимірювань.
Сучасна практика, що впроваджується діючими нормативними документами, з метою попередження отримання некоректних даних, рекомендує проводити два виміри в умовах повторюваності.
Стандартна методика, регламентована [4], передбачає, що виміри виконують в точній відповідності з стандартним методом вимірювань, стандартні відхилення якого sr та sR відомі. Довірчий рівень ймовірності приймають на рівні 95%. Результати двох вимірів порівнюють між собою, перевіряючи їх однорідність за критерієм «межа повторюваності», який визначають зі співвідношення
Для забезпечення 95% довірчого інтервалу вводиться множник f, який у відповідності з нормальним законом розподілення (приймається за замовчуванням) становить 1,96.
Відповідно отримуємо
де 𝑓(𝑛) – коефіцієнт критичного діапазону.
Якщо виконується умова
,обидва результати вимірювань вважаються прийнятними і остаточний результат вимірювань визначають як середнє
.Якщо зазначена умова не виконується, проводять ще два виміри (за високої вартості вимірювань допускається одне додаткове вимірювання), і визначають критичний діапазон (границю повторюваності) для чотирьох вимірів
Якщо виконується умова
,остаточний результат вимірювань визначають як середнє арифметичне
.Якщо умова не виконується то остаточний результат вимірювань визначають як медіану чотирьох значень, тобто середнє двох середніх значень впорядкованої у напрямку зростання послідовності з чотирьох значень
.Наведену методику потрібно використовувати для вимірювань при проведенні експериментальних та лабораторних досліджень.
Методика проведення заняття
Заняття починається з опитування про зміст основних термінів, які використовують для визначення рівня точності вимірювань.
Далі, кожен здобувач освіти отримує певну деталь, характерний розмір якої потрібно визначити. Для заданого розміру деталі визначити можливі межі зміни значень цього розміру без застосування засобів вимірювання - зробити оцінку значення розміру тобто одержати апріорну інформацію про розмір деталі. Далі, за методикою однократного вимірювання виконати виміри та визначити інтервальну оцінку цього розміру послідовно використовуючи такі засоби вимірювань: лінійка; штангенциркуль; мікрометр. Результати вимірів звести до таблиці 1.1
Після цього виконується другий вимір того самого розміру деталі і обчислюється результат вимірювань для 𝜎𝑟, що відповідає класу точності вимірювального інструменту. За потреби, відповідно до методики, можуть бути виконані виміри 3 та 4, та проведено визначення результату вимірювань.
Таблиця 1.1 – Результати однократних вимірів
| Характеристики вимірюваної величини | Апріорна інформація | Вимірювальна інформація одержана при використанні | ||
| лінійки | штанген-циркуля | мікрометру | ||
| Клас точності (ціна позначки), мм | – | 0,5 | 0,05 | 0,01 |
| Значення першого виміру | | | | |
| Значення другого виміру | | | | |
| Максимальна похибка | – | 1 | 0,1 | 0,1 |
| Середня величина виміру, мм | – | 20,5 | 19,85 | 20,00 |
| Межа повторюваності 𝒓 | – | 2,8 | 1,4 | 0,14 |
| Остаточний результат | – | 20,5 | 19,9 | 20,05 |
За результатами роботи слід порівняти інтервальні оцінки та остаточні результати вимірювань заданої величини різними засобами вимірювань.
Питання для контролю знань
1. Поясніть термін правильність та прецизійність.
2. Як визначити похибку вимірювань, використовуючи клас точності для засобу вимірювань?
3. Як оцінюють величину систематичної та випадкової похибок вимірювань?
4. Як впливає кількість вимірювань на їх точність?
5. Які складові містить сучасна статистична модель результату вимірювання?
ДОДАТОК А
ТОВ «ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «МЕТІНВЕСТ ПОЛІТЕХНІКА»
Перевірив:
к.т.н., доцент каф. БГП
Максим ШТОДА
Запоріжжя 2023
ДІДЖИТАЛІЗАЦІЯ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО
ВИРОБНИЦТВА:
ЗВІТ
З ВИКОНАННЯ
ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ №1
Виконав:
студент гр. 136С-22-1м
Петро ПЕТРЕНКО
