Применение математического моделирования, численных методов и комплексов программ для решения задач оптимизации и проектирования гальванических процессов

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Применение математического моделирования, численных методов и комплексов программ для решения задач оптимизации и проектирования гальванических процессов

Специальность 05.13.18 - Математическое моделирование,

численные методы и комплексы программ

Кириченко Георгий Александрович

Тамбов 2011



Работа выполнена на кафедре «Системы автоматизированного проекти-рования» Федерального государственного бюджетного образовательного уч-реждения высшего профессионального образования «Тамбовский государст-венный технический университет» (ФГБОУ ВПО «ТГТУ»)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Литовка Юрий Владимирович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Малыгин Евгений Николаевич

доктор технических наук, профессор Большаков Александр Афанасьевич

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное обра-зовательное учреждение высшего профессио-нального образования «Казанский националь-ный исследовательский технологический уни-верситет», г.Казань

Защита состоится 15 декабря 2011 года в 15 часов на заседании диссер-тационного совета Д 212.260.07 при Тамбовском государственном техниче-ском университете по адресу: г. Тамбов, ул. Ленинградская, д. 1, ауд. 160.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печа-тью, просим направлять по адресу: 392000, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106, ФГБОУ ВПО «ТГТУ», ученому секретарю диссертационного совета Д 212.260.07.

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «ТГТУ». Автореферат диссертации размещен на официальных сайтах ФГБОУ ВПО «ТГТУ» http://www.tstu.ru и ВАК Минобрнауки РФ http://vak.ed.gov.ru.

Автореферат разослан «»ноября2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, доцент С.Я. Егоров



ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Электролитические процессы нанесения металлопокрытий в гальванотехнике широко применяются для защиты изделий от коррозии, защитно-декоративной отделки, повышения поверхностной твёрдости и других целей. Процесс нанесения защитных и декоративных покрытий гальваническим способом является финишной операцией большинства приборо- и машиностроительных производств. Для повышения конкурентоспособности производимых изделий уделяется значительное внимание качеству гальванических покрытий. Для характеристики гальванического покрытия используется большое количество качественных показателей, важнейшими из которых являются неравномерность распределения покрытия по поверхности детали, коррозионная стойкость, микротвёрдость. Улучшение качественных показателей возможно с использованием химических методов (различные добавки в электролиты, включая нанодисперсные); электрохимических методов (применение источников реверсивного, импульсного и асимметричного переменного тока) и геометрических методов (ванн со многими анодами, биполярными электродами, токонепроводящими перфорированными экранами). Поиск оптимальных режимов и геометрических характеристик электролизёра экспериментальными методами требует существенных временных и материальных затрат. Традиционный подход к решению задач моделирования гальванических процессов, заключающийся в создании специализированных математических моделей, приводит к существованию большого количества разнородных численных методов и алгоритмов. Так, используемые в настоящее время математические модели, разработанные отечественными учёными Л.И.Каданером, Н.П.Гнусиным, Р.А.Кайдриковым, В.Т.Ивановым и зарубежными исследователями W.Ruegg, S.Dalby, M.Clarke под конкретные задачи, не обладают свойством универсальности. Более того, для многих задач не предложено ни моделей, ни численных методов, пригодных для их решения. Таким образом, объём необходимых работ для разработки комплекса программ ЭВМ для оптимизации и проектирования гальванических процессов стремительно возрастает при необходимости решения новых классов задач предметной области.

Поэтому разработка универсальной математической модели, учитывающей различные варианты аппаратурного оформления гальванического процесса, численных методов решения уравнений такой модели, и комплекса программ ЭВМ для реализации разработанных алгоритмов является актуальной научной и практической проблемой.

Работа выполнялась в соответствии сФЦПГК №02.523.12.3020 по теме: «Технологии и оборудование для получения многослойных углеродных нанотрубок высокой степени чистоты» и ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 -2013 гг.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются электрохимические процессы в гальванических ваннах.

Предметом исследования являются математическая модель электрохимического процесса, протекающего в гальванической ванне; численные методы решения уравнений этой модели.

Целью работы является применение математического моделирования, численных методов и комплексов программ для решения научных и технических задач оптимизации и проектирования гальванических процессов. Для достижения поставленных целей необходимо решить следующие задачи: гальванический биполярный электрод

* Исследовать класс гальванических процессов как объект моделирования, выявить недостатки традиционного метода моделирования;

* Создать новый подход к моделированию гальванических процессов с учётом применения биполярных электродов, токонепроводящих экранов, многоанодных конфигураций, фигурных анодов, протяжённых электродов и электролитов с немонотонной кривой поляризации;

* Разработать универсальную математическую модель электрохимических процессов, осуществляемых в гальванической ванне при нанесении на изделия металлопокрытий, позволяющую учесть применение биполярных электродов, токонепроводящих перфорированных экранов, многоанодных конфигураций, протяжённых электродов и электролитов с немонотонной кривой поляризации;

* Усовершенствовать численный метод решения уравнений математической модели гальванического процесса;

* Реализовать комплекс программ ЭВМ на основе разработанных алгоритмов для проведения вычислительного эксперимента по исследованию электрохимических процессов, осуществляемых в гальванической ванне, и решения задач оптимизации и проектирования гальванических процессов.

Научная новизна.

1. Разработан новый подход к моделированию гальванических процессов, основанный на двухступенчатой схеме построения модели.

2. Впервые предложена универсальная математическая модель гальванического процесса, построенная на основе уравнений непрерывности тока и обобщённой функции состояния гальванического процесса.

3. Усовершенствован численный метод решения дифференциальных уравнений математической модели посредством учёта кусочно-линейных аппроксимаций поляризационных функций непосредственно в коэффициентах уравнений математической модели.

4. Предложены структура и внутренняя организация комплекса программ ЭВМ, реализующего усовершенствованные численные методы, и подход к созданию и обработке его структур данных.

Практическая ценность. Практическую значимость представляют:

- комплекс алгоритмов и прикладных программ для проведения вычислительного эксперимента по исследованию электрохимических процессов, осуществляемых в гальванической ванне;

- алгоритм расчёта электрохимических процессов, осуществляемых в гальванической ванне при нанесении защитных покрытий на изделие.

Разработанный комплекс программ ЭВМ оптимизации электрохимических процессов по критерию равномерности гальванических покрытий успешно прошёл производственные испытания и принят к использованию на предприятии ООО «Гранит-М».

Согласно паспорту специальности в диссертационной работе разработаны новые математические методы моделирования электрохимических процессов, разработаны эффективные численные методы и алгоритмы в виде комплексов проблемно-ориентированных программ для моделирования процесса нанесения металлопокрытий и проведения вычислительного эксперимента, создана система компьютерного и имитационного моделирования электрохимических процессов, осуществляемых в гальванической ванне.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и об-суждались на следующих конференциях: XXI, XXIII Международных науч-ных конференциях «Математические методы в технике и технологиях» (Сара-тов 2008, Саратов 2010), 7 Международнойконференции "Покрытия и обра-ботка поверхности" (Москва 2010), на VII Всероссийской научной конферен-ции «Защитные и специальные покрытия, обработка поверхности в машино-строении и приборостроении», (Пенза, 2010).

На защиту выносятся:

1. Новый подход к моделированию электрохимических процессов в гальванической ванне с учётом применения биполярных электродов, токонепроводящих перфорированных экранов, фигурных анодов, многоанодных конфигураций, протяжённых электродов и электролитов с немонотонной кривой поляризации;

2. Универсальная математическая модель электрохимических процессов, осуществляемых в гальванической ванне;

3. Усовершенствованный численный метод решения уравнений математической модели гальванического процесса;

4. Комплекс программ ЭВМ реализующий разработанные алгоритмы по исследованию гальванических процессов, осуществляемых в гальванической ванне при нанесении защитных металлопокрытий.

Публикации. По теме диссертационного исследования опубликованы 8 научных работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК.

Личный вклад автора. Содержание диссертации и основные положения, вы-носимые на защиту, отражают персональный вклад автора в опубликованные работы. Подготовка к публикации полученных результатов проводилась со-вместно с соавторами. Все представленные в диссертации результаты получены лично автором.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, 4 глав, заключения, библиографии и приложений. Общий объем диссертации 121 страница.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулирована цель и аргументирована научная новизна исследований, показана практическая значимость полученных результатов, представлены выносимые на защиту научные положения.

В первой главе рассмотрено современное состояние вопросов, связанных с моделированием гальванических процессов. Приводится обзор существующих математических моделей гальванических процессов.

Анализ существующего положения дел в области моделирования гальванических процессов показывает недостаточность существующих математических методов для целей реализации комплекса программ ЭВМ для оптимизации и проектирования гальванических процессов.

Существующие модели и методы решений их уравнений характеризуются ограниченностью класса решаемых задач и неспособностью сохранять адекватность при изменении технологических условий производства. Такая ситуация приводит к появлению большого разнообразия математических моделей гальванических процессов, каждая из которых предназначена для решения конкретной задачи.

Проблема практического применения результатов математического моделирования заключается не только в математических моделях процессов, но и в вычислительных и алгоритмических аспектах их использования. Например, для расчёта характеристик микротвёрдости и равномерности покрытия существуют разные модели и алгоритмы, первый при добавлении в гальваническую ванну биполярного электрода или токонепроводящего экрана оказывается неработоспособным, а второй значительно усложняется, что требует создания новых математических моделей. Таким образом, объём необходимых работ для кодирования программного комплекса будет стремительно возрастать вместе с увеличением количества решаемых задач.

Использование дифференциального уравнения Лапласа и его конечно-разностного представления для определения потенциалов в гальванической ванне представления создаёт дополнительные трудности при составлении и решении соответствующих систем уравнений в программных комплексах. Уравнение Лапласа действительно для сред с одинаковой электрической проводимостью, но зачастую требуется определять не только потенциал в электролите, но и потенциал в электродах, например при использовании биполярного электрода.

Аналогичная ситуация возникает при необходимости определения потенциала на самих электродах. Адаптация уравнения Лапласа и вычислительных методов для использования в таких случаях является нетривиальной задачей, требует переработки процесса расчёта и увеличивает его ресурсоёмкость.

Отметим проблемы моделирования электрохимических процессов гальванических ванн в случае применения электролитов с немонотонными кривыми поляризации, например стандартного электролита хромирования. Существующие методы обработки электролитов с N-образными кривыми поляризации или с небольшим горизонтальным участком требуют применения специальных более ресурсоёмких алгоритмов расчёта, снижают точность расчёта и имеют ограниченный класс решаемых задач.

Большое количество разнородных математических моделей, низкая универсальность существующих алгоритмов и отсутствие методов решения для целого ряда задач делают практически невозможным создание единого комплекса программ ЭВМ для оптимизации и проектирования широкого спектра разновидностей гальванических процессов.

Исходя из анализа текущего положения дел в предметной области, были сформулированы следующие задачи исследования:

Создание нового подхода к построению математических моделей электрохимических процессов;

Разработка универсальной математической модели электрохимических процессов на основе предложенного подхода;

Усовершенствование численного метода расчёта уравнений математической модели;

Разработка комплекса программ ЭВМ для проведения вычислительного эксперимента по исследованию электрохимических процессов, осуществляемых в гальванической ванне.

Вторая глава посвящена разработке нового подхода к моделированию гальванических процессов и созданию универсальной математической модели на основе этого подхода. Из анализа причин возникающих проблем предметной области было принято решение отказаться от классического подхода к построению математической модели, в котором связывались исходные параметры и целевой критерий.

В нашем подходе вводится обобщённая функция состояния гальванического процесса. Исходные параметры связываются системой уравнений с обобщённой функцией посредством уравнений математической модели. Затем, с помощью функции состояния, определяются необходимые характеристики электрохимического процесса, такие как микротвёрдость, равномерность и другие, что является второй ступенью разработанной схемы. Если обозначить за - обобщённую функцию состояния гальванического процесса, зависящую от набора параметров , то в общем виде характеристики электрохимического процесса в гальванической ванне будут определяться таком образом:

k=К(F(P),Pк), (1)

где К(*) - соответствующая искомой характеристике функциональная зависимость, Рк - набор дополнительный параметров для этой зависимости.

В качестве обобщённой функции состояния выбран двумерный вектор функции распределения потенциалов по объёму гальванической ванны и функции электрической проводимости среды в объёме ванны. Подобный выбор позволяет, с одной стороны, тривиально и единообразно определять плотность тока на любом участке и по справочникам получить значение необходимых критериев, а с другой стороны легко связывается уравнениями математической модели.

Одним из главных отличий предложенной математической является отказ от уравнения Лапласа

;; (2)



где Sи - поверхность изолятора, Sj - поверхность j-того электрода, Uj - его потенциал, F()- функция катодной или анодной поляризации электролита, x, y, z -- координаты точки в объёме электролита.

Предлагаемая математическая модель строилась при следующих допущениях:

Проводимость среды в объёме гальванической ванны известна;

Применяемый токовый режим - постоянный ток;

Свойства электролита не меняются во времени проведения процесса;

Формы электродов не меняются с течением времени.

Вместо уравнения Лапласа в новом подходе предложено использовать уравнение непрерывности токов, которое будет соблюдаться во всём объёме гальванической ванны. Согласно уравнению непрерывности токов для любой замкнутой поверхности в объёме гальванической ванны имеем:

, (3)

где S - поверхность; - векторная функция плотности тока; - единичная нормаль к поверхности; Iвнеш - внешний ток, входящий в объём, например от подключённых источников тока.

Выразив плотность тока через градиент функции распределения потенциала и проводимость среды, получим итоговое уравнение:

(4)

Для учёта поляризации в приведённой математической модели необходимо скорректировать градиент потенциала на границе электролит-электрод на величину потенциала поляризации.

Тогда уравнение математической модели может быть переписано в следующем виде:

(5)

где - скорректированное значение градиента потенциала, рассчитываемое из следующего условия:

(6)

где - используемое значение потенциала электрода, - действительный потенциал электрода, - величина поляризации (учитывающая, в том числе, концентрации различных добавок в электролиты, включая нанодисперсные).

Предложенное автором уравнение не нуждается в краевом условии на границе с изолятором, так как в силу условно бесконечного сопротивления изоляторов перенос зарядов через их границу осуществляться не будет, а изменение потенциалов по направлению нормали к границе будет равно нулю. Последнее утверждение говорит о возможности описания токонепроводящих экранов в гальванической ванне посредством определения нулевого значения функции проводимости в их объёме, а также на стенках гальванической ванны.

Задавая значение функции проводимости ч(x,y,z) в объёме электродов, соответствующее реальной проводимости материалов их изготовления, можно произвести расчёт изменения потенциала в их объёме, что решает вопрос использования протяжённых электродов с существенным изменением потенциала на их поверхности. Заметим, что предложенный подход подходит для описания потенциала биполярного электрода в гальванической ванне. При этом не требуются дополнительные вычислительные методы для определения этого потенциала, который получается непосредственно в виде части решения уравнения математической модели. Используя нулевые значения удельного электрического сопротивления, определяется условие равенства потенциала в объёме всего электрода.

Вариант подключения к аноду или катоду источника тока описывается в рамках имеющегося уравнения математической модели с помощью определения Iвнеш для областей подключения источника. В случае подключения к электроду источника напряжения соответствующие области исключаются из рассчитываемого поля потенциалов, для них задается краевое условие вида:

, (7)

где - поданный с источника потенциал.

После определения функции состояния в виде комбинаций функции распределения потенциалов и функции проводимости среды, определим плотность тока на любом участке электрода из соотношения:

. (8)

В третьей главе предложено усовершенствование численного метода решения системы уравнений, полученной во второй главе, приведено обоснование и тестирование разработанного математического аппарата. Получение точного решения системы уравнений математической модели аналитическим методом не представляется возможным в силу нелинейности краевых условий и сложности участвующих в уравнениях функций. По этой причине применение численного расчёта является обоснованным. Алгоритм решения строится на конечно-разностном методе, в котором дифференциал функции потенциала заменяется разностным выражением. Непрерывная функция потенциалов заменяется дискретным сеточным аналогом, определённым в узлах некоторой пространственной сетки. Функция проводимости определяется на рёбрах между смежными узлами сетки, при этом принимается, что на каждом ребре функция проводимости постоянна. Также для конечно-разностного аналога принимается, что перенос заряда будет осуществляться только между соседними узлами по рёбрам сетки. Для формирования системы уравнений необходимо в разработанной математической модели перейти от градиента потенциала к его конечно-разностному аналогу, а интеграл заменить суммой. Для этого опишем вокруг каждой точки параллелепипед с центром в точке и размерами, равными шагу сетки, и ориентированный осями симметрии параллельно рёбрам сетки. Заменяя интеграл суммой, а градиент потенциала его конечно-разностным аналогом, получим следующее выражение:

, (9)

где - потенциал в центре рассматриваемого узла, - потенциал в центре смежного узла, - потенциал поляризации, R - сопротивление между ними.

Таким образом, получаем систему уравнений, связывающих потенциалы в объёме гальванической ванны. Процесс вычисления корней полученной системы осложняется неизвестными нелинейными членами в уравнениях, описывающими влияние поляризационных явлений. Классический подход, применяемый в подобных случаях, выглядит следующим образом: выбирается некоторое начальное приближение поляризации, затем рассчитываются корни системы уравнений без учета изменения поляризации. Определяется новое приближение, и если оно значительно отличается от предыдущего, то расчет повторяется, иначе полученное на текущей итерации решение принимается за решение системы уравнений.

Для сокращения количества необходимых итераций и уменьшения времени работы в работе предложено усовершенствование существующего численного метода. Для этого построим кусочно-линейную интерполяцию для использующейся поляризационной функции. В таком случае потенциал поляризации для некоторой пары точек на границе электролит-электрод может быть записан следующим образом:

, (10)

где , - члены интерполяционного выражения, - границы участка интерполяции.

Обратим внимание, что получение выражение не содержит нелинейных членов. Таким образом, получим систему линейных алгебраических уравнений, которая может быть решена любым подходящим методом. После решения полученной системы необходимо провести уточнение значений поляризации только для тех пар точек, где разница потенциалов вышла за пределы используемого на предыдущей итерации интерполяционного выражения. Если для всех пар значения разности потенциалов остались в прежних пределах, или изменение поля распределения потенциалов незначительно, то итерационных процесс заканчивается.

С учётом предложенного усовершенствования вычислительный алгоритм выглядит следующим образом:

Шаг 1. Произвести расчет поля потенциалов без учета влияния поляризационных явлений , где ц - вектор потенциалов, R- матрица коэффициентов уравнений (9), I- внешний ток, по отношению к узлу (9);

Шаг 2. Построить линейную аппроксимацию функции поляризации для значений разности потенциалов больших нуля и меньших нуля (10);

Шаг 3. Пересчитать значения корней системы уравнений с использованием «глобального» аппроксимационного выражения , где - скорректированная матрица коэффициентов;

Шаг 4. Построить кусочно-линейную интерполяцию поляризационной функции с необходимой степенью точности (10);

Шаг 5. Рассчитать новое приближение корней системы уравнений с учётом полученных интерполяционных выражений (9,10);

Шаг 6. Если новое приближение корней системы уравнений близко к предыдущему , то процесс расчета закончен, иначе возвращаемся к шагу 5.

Для проверки адекватности математической модели проводился численный эксперимент по моделированию толщины гальванического покрытия, результаты которого сравнивались с экспериментально полученными данными. При этом использовалась следующая конфигурация гальванической ванны: Используется электролитическая ячейка размером 150x100x100 мм, заполненная электролитом Уоттса до уровня 90мм. Прямоугольная плоская анодная секцияи деталь-катод в виде плоского уголка погружены в электролит на 30 и 20 мм, соответственно. Расположение электродов показано на рис. 1, а их геометрические формы на рисунках 2 и 3.

Рис. 1. Расположение электродов Рис.2. Форма катода Рис. 3. Форма анода



Катодная и анодная кривые поляризации используемого электролита изображены на рис.4,5 соответственно.

Рис.4. Катодная поляризация Риc.5. Анодная поляризация

Погрешность Ф математической модели вычислялась по формуле:

,

где дР- толщина покрытия по расчетным данным, дЭ - толщина по экспериментальным данным, N - количество точек. Для эксперимента погрешность составила 17.04 %, что доказывает корректность предложенной математической модели и алгоритма расчёта.

Результаты экспериментов и расчётные значения показаны на рис. 6, 7.

Усовершенствованный численный метод тестировался на ПК AMD Athlon II 7750 c 4Gb оперативной памяти в задачах расчёта толщины покрытия при применении стандартного электролита хромирования, электролита Уоттса и биполярного электрода. Использовалась трехмерное разбиение объема гальванической ванны с количеством узлов 50x50x100. Фиксировалось время работы сравниваемых алгоритмов. Процесс расчётов останавливался при достижении шага изменения потенциалов в 0.5%, результаты испытаний отражены в таблице 1.



Рис.6. Экспериментальное распределение покрытия

Рис.7. Рассчитанное по математической модели распределение покрытия

	Электролит хромирования	Биполярный электрод в электролите Уоттса	Сочетание электролита хромирования с биполярным электродом
Усовершенствованный метод	92с	167с	196с
Метод расчёта для электролитов с N-образной кривой поляризации	122с	-	-
Метод расчёта гальванических ванн с биполярным электродом	-	201	-

Из анализа результатов тестирования можно сделать вывод о том, что предложенный численный метод обладает более высокой скоростью расчёта и позволяет решать новые классы задач гальванотехники.

В четвёртой главе разработан комплекс программ ЭВМ для проведения вычислительного эксперимента по моделированию электрохимических процессов, осуществляемых в гальванических ваннах.

Программный комплекс состоит из четырёх основных частей, изображённых на рис. 8.

вычислительный сервер, осуществляющий общее управление процессом расчёта;

набор библиотек, обеспечивающих различные функциональные аспекты работы программного комплекса;

база данных, предназначенная для хранения различных справочников, настроек, полученных на обработку заданий и результатов;

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 8. Организация комплекса программ

клиентского приложения, обеспечивающего графический интерфейс пользователя.

Вычислительный сервис осуществляет общее управление процессом расчёта.

Набор библиотек содержит программные классы, реализующие необходимую функциональность, например описание форм электродов, определение сетки разбиения объёма гальванической ванны, определение поляризационных кривых. Расширение программного комплекса осуществляется с помощью создания и подключения новых библиотек, содержащих требуемые классы.

Центральным объектом при расчёте является экземпляр класса «Контекст расчёта». Контекст расчёта является контейнером для остальных программных объектов, осуществляет их загрузку и использование. В контекст расчёта могут вкладываться следующие функциональные объекты:

«Электрод», предназначен для обработки различных геометрических объектов в гальванической ванне, например анодов, катодов, биполярных электродов и токонепроводящих экранов;

«Электролит», предназначен для отображения свойств электролита при формировании системы уравнений и её расчёте;

«Расчёт» реализующий численный метод для определения корней сформированного уравнения;

«Критерий расчёта», выполняющий расчёт требуемых характеристик по полученной функции состояния гальванической ванны. Осуществляет запись результата в базу данных.

Центральные объекты данных программного комплекса представляются вектором структур типа «Точка», отображающих состояние некоторой точки в объёме ванны, и вектором структур типа «Связь», отражающих состояние электрической связи между точками. В совокупности вектор точек и вектор связей описывают систему уравнений, корни которой определяют функцию состояния гальванической ванны.

Учитывая неизменность формата используемых для решения различных классов задач структур и интерфейсов используемых объектов, добавленные в программный комплекс новые классы оказываются переносимым от задачи к задаче, что существенно облегчает расширение и наращивание функционала программного комплекса.

База данных предназначена для хранения заданий для расчёта и результатов этого расчёта, для хранения справочников и параметров используемых в расчёте программных объектов. База данных может иметь произвольное количество таблиц, набор которых определяется используемыми в системе программными объектами.

Последним компонентом программного комплекса является клиентское графическое приложение. Данное приложение написано с применением кроссплатформенной библиотеки и позволяет искать, просматривать и редактировать задачи для расчета. Клиентское приложение также построено по модульному принципу. Классы из набора библиотек позволяют пользователю вводить различные параметры гальванического процесса и сохраняют их в базе данных в рамках задачи для расчёта.

Полученный программный вычислительный комплекс способен решать широкий класс задач. Комплекс расширяется за счет написания дополнительных модулей.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы работы.



ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Предложенный подход к построению математической модели гальванического процесса позволяет использовать единый численный метод для решения класса задач предметной области: моделирования электрохимических процессов с учётом применения биполярных электродов, токнепроводящих экранов, многоанодных конфигураций, протяжённых электродов и электролитов с немонотонной кривой поляризации;

Универсальная математическая модель позволяет описывать электрохимические процессы, осуществляемые в гальванической ванне с применением биполярных электродов, токонепроводящих экранов, многоанодных конфигураций, фигурных анодов протяжённых электродов и электролитов с немонотонной кривой поляризации;

Усовершенствование численного метода решения уравнений математической модели уменьшает необходимое время расчёта по сравнению с известными методами в среднем от 1.5 до 2.5 раз;

Предложенные структуры данных и организация программного комплекса позволяют не только решать широкий диапазон задач оптимизации и проектирования электрохимических процессов в рамках комплекса программ ЭВМ, но и обеспечивают возможность расширения и доработки программного комплекса;

Проведены численные исследования гальванических процессов по разработанной математической модели, позволившие выявить адекватность модели (погрешность 17%), выявить расширение решаемого класса задач по сравнению с известными;

Предложенные математическая модель, численный метод и комплекс программ позволяют решать задачи оптимизации и проектирования гальванических процессов.



ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ РАБОТЫ

Статьи в рецензируемых журналах по списку ВАК

САПР гальванических процессов, Ю.В. Литовка, Г.А. Кириченко, М.А. Попова, А.С. Попов. Вестник Тамбовского государственного технического университета, Тамбов 2008 г., том 14,№ 4, с. 882 - 891.

Управляющая система хранения данных и формирования программных модулей гибкого функционального назначения, Г.А. Кириченко, Ю.В. Литовка, Успехи современной радиоэлектроники, изд. Радиотехника, Москва 2009 г.,№11, с.47-51.

Архитектура программного комплекса для автоматизированного проектирования гальванических процессов, Г.А. Кириченко, Ю.В. Литовка. Информационные технологии в проектировании и производстве, Изд. ФГУП «ВИМИ», Москва 2010 г.,№1, с.65-68.

Прочие публикации

Разработка комплекса программ САПР "Гальванотехника", Г.А. Кириченко, Тез. докл. 21 Междунар. конф. "Математические методы в технике итехнологиях", изд. СГТУ, Саратов, 2008, т. 6, с. 146.

Декомпозиция программного обеспечения САПР "Гальванотехника", Г.А. Кириченко, Тез. докл. 23 Междунар. конф. "Математические методы в технике итехнологиях", изд. СГТУ, Саратов 2010 г., т. 11, с. 112.

Система автоматизированного проектирования и управления гальваническими процессами, Ю.В. Литовка, Г.А. Кириченко, М.А. Попова, А.С. Попов. Тез. докл. 7 Междунар. конф. "Покрытия и обработка поверхности", М., 2010, с.57-58.

Проблемы разработки комплексов программ моделирования и оптимизации гальванических процессов, Ю.В. Литовка, Г.А. Кириченко, М.А. Попова, А.С. Попов, тез. докл. VII Всероссийской научн. конф. «Защитные и специальные покрытия, обработка поверхности в машиностроении и приборостроении», Пенза, 2010, с. 46-48.

Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2010615906 “Программа расчета и оптимизации параметров гальванических ванн”. Г.А. Кириченко

Размещено на Allbest.ru