Version 0.4 2009.10.13 1 of 26 iqsim Innovative Simulator Tools for Quality Management Production Process Training in VET Development of Innovation Multilateral Pilot Project 142719-LLP-1-2008-1-NO-LEONARDO-LMP (2008-1924) Teacher Use Cases Oktatói alkalmazási esetek Circulation/Körözés: Public/Nyilvános Partners/Partnerek: HiST, MHtE, CFL, Klapeida, UTH, HCR AuthorsSzerzők: John B. Stav, Erik Engh, Géza Gremsperger,... Doc. Ref. N :Azonosító jelzés:
Version 0.4 2009.10.13 2 of 26 Version: 01- Változat: Stage/Állapot:Draft 2 Tervezet 2 Date/Dátum:
COPYRIGHT Copyright 2009 iqsim consisting of/ copy right birtokosok: Sør-Trøndelag University College (HiST), Trondheim, Norway HiST Contract Research, Trondheim, Norway Centre for Flexible Learning, Municipality of Söderhamn, Sweden (CFL) Hungarian Association of Welding and Material Testing, Budapest, Hungary (MHtE) Klaipeda University, Lithuania (KU) University of Thessaly, Greece (UTH) This document may not be copied, reproduced, or modified in whole or in part for any purpose without written permission from the IQSim Consortium. Ez a dokumentum sem részben sem teljes egészében nem másolható, sokszorosítható semmilyen célból sem az iqsim konzorcium írásos engedélye nélkül. In addition to such written permission to copy, reproduce, or modify this document in whole or part, an acknowledgement of the authors of the document and all applicable portions of the copyright notice must be clearly referenced. Az előzőket kiegészítve, ha van is írásos engedély a másolásra, a reprodukálásra, vagy ennek a dokumentumnak teljes vagy részleges módosítására a dokumentum szerzőinek nevét és a copyrightra vonatkozóan minden részre történő hivatkozást világosan és egyértelműen kell referálni. All rights reserved. Minden jog fenntartva. This document may change without notice, but consortium members will be informed through the project web site. Revision number and - date will be stated in the document heading. Ez a dokumentum minden értesítés nélkülözésével megváltoztatható, de a konzorciumi tagokat erről informálni kell és a dokumentum változatszámát, állapotát, dátumát meg kell adni. Contributors:
Table of Contents COPYRIGHT... 3 COPYRIGHT... 3 TABLE OF CONTENTS... 3 TABLE OF CONTENTS... 3 Table of Contents... 3 1.1 EXECUTIVE SUMMARY... 5 1.2 USE CASES... 6 1.3 USE CASES FOR WELDERS.... 6 1.3.1 Use case 1... 6 1.3.2 Use case 2... 8 1.3.3 Use case 3... 10 1.3.4 Use case 4... 12 1.3.5 Use case 5... 14 1.3.6 Use case 6... 14 1.3.7 Use case 7... 16 1.3.8 Use case 8... 16 1.3.9 Use case 9... 18 1.3.10 Use case 10... 19 1.3.11 Use case 11... 20 1.4 USE CASES FOR A WELDING ENGINEER OR A WELD DESIGNER.... 21 1.4.1 Use case E1... 22 1.4.2 Use case E 2... 25
1.1 Executive Summary ÁTFOGÓ ÖSSZEFOGLALÁS iqsim aims at developing and disseminating a new generation of training methodologies that are applicable to European wide mechanical industry sectors. Az iqsim célja új képzési módszer kifejlesztése és elterjesztése, amely eredményesen alkalmazható az európai gépiparban. They include fabrication industries, vocational education and training schools (VET), and SME s. Az alkalmazási területek közé tartoznak a gépipari üzemek, a szakmai képző intézmények, valamint a kis és közepes vállalkozások. New online simulator services that are interconnected to state-of-the art Computer Algebra Services (CAS) provide easy to use graphical interfaces that optimize cost- and time effective transfer of industrial production process and technology know-how to VET students. Az új on-line szimulátor-szolgáltatás kapcsolatban van a Számítógépes Algebrai Szolgáltatással (Computer Algebra Services CAS) is, amely könnyű hozzáférést és alkalmazást tesz lehetővé azokhoz a grafikus interfészekhez, amelyek a szakiskolai tanulók részére az ipari termelési folyamat és a technológiai know-how költséghatékony és időtakarékos optimált átvitelét biztosítják. This new tool can also be used in other contexts than foreseen in this project, like help welding training in technical universities and colleges as well. Ez az új oktatási eszköz segíti a hegesztési gyakorlatokat az egyetemeken és a főiskolákon is. The combination of new pedagogical methodologies and simulator services, extend existing training methods. Az új pedagógiai módszerek és a szimulátor-szolgáltatás túlmutat a ma használatos képzési/tréning módszereken. The report discusses different use cases which may serve as an example for the teacher in how to create questions and problems where the students can use the simulator and reflect around the problems raised in the use cases. Ez a jelentés elsősorban az oktató részére mutatja be a különböző alkalmazási eseteket és példát ad újabb gyakorló feladatok, kérdések és problémák kidolgozásához, amelyeknek a megoldásához, kezeléséhez a tanulók a szimulátort alkalmazhatják, és közben megbeszélik a gyakorlati esetekhez tartozó szakmai kérdéseket is.
1.2 Use cases Alkalmazási esetek The use cases described in this chapter can either be used stand-alone where the teacher use the cases on a Smartboard and explain what is being done or ask the students what shall be done. Ebben a fejezetben bemutatott alkalmazási esetek akár önállóan is használhatók, amikor az oktató a Smartboard-on mutatja be a problémát és magyarázza el, hogy mit is csinál, vagy megkérdezi a tanulókat, hogy mit kell csinálni. Through an interactive communication with the students they may then together come to an conclusion, Az oktatók a tanulókkal történő interaktív kommunikáción keresztül együttesen közös kompromisszumra juthatnak. Alternatively, the cases can be presented as a group or individual tasks and the students can reflect around the problem and after a given time come back with a possible solution. Alternatíva lehet és az egyes esetek úgy is bemutathatók, tárgyalhatók, mint egyéni feladatok és a tanulók reagálhatnak a felvetett problémára és egy megadott idő után közösen vissza lehet térni a lehetséges megoldásra. The use of the simulator is essential in the understanding of the use case problem. It will be mandatory to let the students themselves reflect around possible causes for a problem and then suggest a possible explanation or solution to the problem. A szimulátor használata lényeges az alkalmazási esetekben levő probléma megértéséhez. Az kötelező, hogy hagyjuk, hogy a tanulók maguk értelmezzék és foglalkozzanak a problémát tartalmazó esettel és ezt követően tegyenek javaslatot a probléma lehetséges magyarázatára, vagy megoldására. 1.3 Use cases for welders. Alkalmazási esetek hegesztők részére The following use cases are developed for the use in education of welders. A következő gyakorlati példákat a hegesztők képzéséhez dolgozták ki. 1.3.1 Use case 1 1. alkalmazási eset/gyakorlati példa The student has got an filled WPS, as specified in figure 1, where the material has been specified with a given CE max value. A tanulók egy kitöltött WPS - t kaptak, amelyen az alapanyagot C e értékkel határozták meg. But when the material has been delivered with a material certificate then the CE value must be verified. However, through the simulation it turns out the CE value is exceeding the max value in the WPS.
Azonban az anyag beszállításakor a vele együtt érkezett megfelelőség igazoláson szereplő C e értéket verifikálni/igazolni kell. A szimulátor segítségével megállapítható, hogy a C e érték túllépi azt az értéket, ami a WPS lapon, mint előírt érték szerepel. Figure 1. The WPS data has been given for a fillet weld. The CE value is important for this job and the given value can not be exceeded.
Discuss: Párbeszéd: What has been the main factor for creating an exceeded CE value? Mi volt a fő oka annak, hogy a C e túl nagy lett.? What does the alteration in the CE value mean for the weldability? Mi jelent a C e érték megváltozása a hegeszthetőség szempontjából? Does the alteration in the CE value have any influence for the hardness? Mi jelent a C e érték megváltozása és milyen hatással van a keménységre? What is the practical consequence of the problem? Mi a probléma gyakorlati következménye? 1.3.2 Use case 2 2. alkalmazási eset/gyakorlati példa The student has got an WPS, see figure 2, where the joint configuration has been specified with a root opening with 0 2.0 mm mm. Material thickness is 20 mm, v-bevel, nose 1-2 mm. A tanuló egy kitöltött WPS - t kapott, amelyen a kötés geometriai alakja meghatározott, és az illesztési rés a gyökoldalon 0 2.0mm az alapanyag vastagsága 20 mm, a varratalak: V - és az orrmagasság (gyökszalag szélesség): 1-2 mm. However when the welding of the assembly shall start then it turn out that the assembly has been tack welded with a root opening of 4mm. Az egymáshoz illesztett és rögzített darabokat, amikor elkezdik hegeszteni kiderül, hogy az illesztés rögzítéséhez (a szereléshez) fűzővarratokat használtak és a gyökoldali illesztési rés 4 mm. Discuss: Párbeszéd: time? költségben? What is the consequences if you are welding this joint? Mi a következménye annak, ha ezt a kötést hegesztik meg? If the weld length is 450 meter, what does this means in costs and welding Ha a hegesztendő varrat hossza 450 méter, mit jelent akkor ez időben és What shall be done cut the tack welds and reassemble? Mit kell csinálni eltávolítani a fűzővarratokat és újra illeszteni?
Figure 2. The WPS has requirements for the geometrical dimensions. However after tack welding it turns out that these dimensions are not met. Evaluate the consequences.
1.3.3 Use case 3 3. alkalmazási eset/gyakorlati példa The student has got a WPS for an V-bevel joint and material thickness 20 mm, see figure 3. A tanuló egy kitöltött WPS - t kapott, amelyen V varratforma van és az alapanyag vastagsága: 20 mm. The student must cut the plates according the drawing specification. A tanulónak lemezből a munkadarabokat rajz szerint el kell készíteni (pl. ki kell vágni). Let the student do that job and then measure the joint configuration and let them report the findings of the teacher. A tanuló végezze el ezt a munkát, majd mérje meg a kötés konfigurációt (a varrat előkészítés geometriai méreteit), és a kitöltött mérőlapot az oktatónak adja át. Then discuss the possible deviation they have on the material compared with the drawings and let them use the simulator to see the production consequences. A párbeszéd célja és alapja a rajz és az elkészült munkadarab összehasonlítása, az eltérések megállapítása és ezek értékelése, de ezt az értékelést már a szimulátorral kell elvégezni, hogy világossá váljék a gyártásra vonatkozó következmény. Discuss : What was the findings in tolerances Párbeszéd: Mekkora mértékű eltérést állapítottak meg? What do these tolerances results in welding time? Ezek az eltérések mit jelentenek a hegesztési idővel kifejezve? What do these tolerances mean in costs? Ezek az eltérések mit jelentenek a hegesztési költséggel kifejezve?
Figure 3. A WPS with a given set of geometrical tolerances which shall be met.
1.3.4 Use case 4 4. alkalmazási eset/gyakorlati példa The student has got a WPS with a fillet weld with a plate thickness of 10 mm and throat thickness 5 mm, see figure 4. Weld length is 800 meters A tanuló egy kitöltött WPS - t kapott, amelyen egy sarokvarrat van és ennek a mérete 5 mm. A varrat hossza: 800 méter. When visual inspection is carried out then it shows that the throat thickness is 7 mm. A szemrevételezéses ellenőrzés során kiderül, hogy a tényleges a méret 7 mm lett. Discuss: Párbeszéd: What is the consequence of use 6 mm throat thickness? Mi a következménye annak, hogy az a méret 5 mm helyett 7 mm lett? What was the result in welding time? Az eltérés mit jelent a hegesztési idővel kifejezve? In welding costs? Az eltérés mit jelent a hegesztési költséggel kifejezve?
Figure 4. A WPS for fillet weld where plate thickness shall be 10 mm and a= 5mm.
1.3.5 Use case 5 5. alkalmazási eset/gyakorlati példa The student has got an WPS where the hardness requirements has been stated not to be more than 285 HV10. This due to the fracture mechanics for the structure. A tanuló egy kitöltött WPS - t kapott, amelyen a keménységi követelmények voltak előírva é s ez nem lehetett nagyobb, mint 285 HV10. Ezt a szerkezet törésmechanikai tulajdonságai indokolják. Discuss: Which welding parameters gives the welder the most freedom for variation? Párbeszéd: Mely hegesztési paraméterek adják a hegesztő részére a legnagyobb a változtatási szabadságot? Which welding parameters will you keep fixed as much as possible? Mely hegesztési paramétereket állítja be és rögzíti a lehető legnagyobb értékre? 1.3.6 Use case 6 6. alkalmazási eset/gyakorlati példa The student receives a WPS, figure 5, where the filler can be varied from 2.5 to 3.25 mm A tanuló egy kitöltött WPS - t kapott, amelyen a sarokvarrat a mérte 2,5 3,25 mm között változtatható. Discuss: Párbeszéd: választjuk? What are the consequences of selecting one or the other filler diameter? Mi a következménye annak, ha az egyik, vagy ha a másik a értéket
Figure 5. The electrode diameter can vary from 2.5 mm to 5 mm. Evaluate the consequences of selecting the different type of electrodes.
1.3.7 Use case 7 7. alkalmazási eset/gyakorlati példa Let the student receive WPS with an X-bevel, 35 mm plate. When the parts arrive then it turn out that the nose is 2 mm shorter than prescribed. A tanuló olyan WPS t kap, amelynél az alapanyag 35 mm vastag és a kötésforma X. Az alkatrészek megérkezése után derül ki, hogy az orrmagasság (gyökszalag szélesség) 2 mm el kisebb, mint az előírt érték. Discuss: What are the consequences of the shorter nose? Párbeszéd: tenni? Mi a következménye a kisebb orrmagasságnak (gyökszalag szélességnek)? In welding time? Mit jelent ez a hegesztési idővel kifejezve? In costs? Mit jelent ez költségekkel kifejezve? If the total weld length is 300 meter what shall then be done? Ha a teljes hegesztési (varrat)hossz 300 méter, mit kell ebben az esetben 1.3.8 Use case 8 8. alkalmazási eset/gyakorlati példa The student gets a WPS, figure 6, with a set of welding parameters. A tanuló olyan WPS t kap, amelyen egy sorozat hegesztési munkaparaméterek van. Let the student play with the welding parameters and then view the consequences for the temperature curves. Engedjük a tanulót játszani a hegesztési paraméterekkel és aztán vonjuk le a következtetéseket egy hőmérsékleteloszlási görbére vonatkoztatva. Discussion: mostly and why? Which welding parameters are influencing the temperature curve Párbeszéd: Mely hegesztési paraméterek befolyásolják leginkább a hőmérsékleteloszlási görbét és miért? Switch the temperature curve for the welded material on and measure the temperature 5 mm deep into the material. What are the consequences for the temperature in the material? Az adott hegesztett alapanyagra kapcsoljuk be a hőmérsékleteloszlási görbét és mérjük a hőmérsékletet 5 mm-re az anyagban. Az adott hőmérsékleten az anyagban milyen következmények észlelhetők?
Discuss the result of the simulation in view of possible heat distortion. What are the possible consequences for the structure? Beszéljük meg a szimuláció eredményét különösen a hő okozta deformációt tartva szem előtt. Melyek a lehetséges anyagszerkezeti (szövetszerkezeti) következmények? Figure 6. A WPS with a given set of welding parameters and preheat requirements.
1.3.9 Use case 9 9. alkalmazási eset/gyakorlati példa For a repair weld the welder may select alternative electrodes for the repair. Repair length is 20 meter. Main welding parameters are as follows: 160 A, 24 V and 120 mm/min welding speed. Az egyik javítóhegesztéshez a hegesztőnek lehetősége van bevont ívhegesztő elektródák között válogatni. A javítandó hossz 20 méter tompavarrat és a főbb munkaparaméterek a következők: I heg =160 A, U heg = 24 V, és v heg =210 mm/min. Discuss: Which electrode do you want to use? Párbeszéd: Milyen elektródát kíván alkalmazni? Why do you select that electrode diameter? Miért választotta azt az elektróda átmérőt? What are the consequences of your selection? Választásának mi a következménye?
1.3.10 Use case 10 Figure 7. Material certificate from SSAB The student has received a material certificate covering the material which shall be welded. Calculate the Ce and PCM values for this certificate Can you use this plate if you are going to use the WPS given in Figure 4?
1.3.11 Use case 11 The student should get the following task: 1. Select a material 2. Select a welding process and choose a set of welding parameters for that welding method, including ambient temperature (material temperature) and preheat. 3. Go to the HAZ calculation and se the HAZ value and cooling time. The following questions could be asked: Which of the welding parameters have the strongest influence on HAZ? What influence do ambient temperature and preheat for the HAZ? When these questions are answered, then move back to the material selection and as the students to alter the carbon content and other chemical components. The following questions can then be asked: What are the most important chemical element for the HAZ calculation? How are the alteration in chemical composition compared with the welding parameters? What are the consequences of this finding for a real life production situation?
1.4 Use cases for a welding engineer or a weld designer. Alkalmazási esetek hegesztőmérnökök, vagy hegesztett szerkezetet tervezők részére These use cases are intended for use in an engineering environment, either as welding engineer or as a weld designer. It is assumed that these personnel categories have adequate mathematical background to calculate the correct answers for the use cases. However the use cases are here used for discussion and reflections around general problems and topics which are regarded as general. Az itt bemutatott alkalmazási eseteket mérnöki környezet számára szánták és olyanok számára, akik hegesztőmérnökök, hegesztési koordinátorok, vagy hegesztett szerkezetet tervezők. Az alkalmazási esetek/példák esetében előfeltétel, hogy az ebbe a kategóriákba tartozó személyeknek meglegyen a szükséges matematikai ismeretük (hátterük) a helyes válasz meghatározásához/kiszámolásához. Az itt bemutatott használati esetek azonban párbeszéd generálása céljával készültek főleg általánosnak ítélt problémák feldolgozásához.
1.4.1 Use case E1 Alkalmazási eset/ gyakorlati példa mérnökök részére In a deck structure the stffernes will be welded by fillet weld. The deck plate is 8mm and the stiffener is 12 mm. Total weld length is 850 meters. The welding engineer has selected two WPS which can be used for this job, E13bas or E1Test. (Figure 7 and 8) Discussion: Which WPS shall be used? other? What is the consequences of using the selected WPS compared with the
Figure E1. The fillet weld WPS which has been given as one alternative.
Figure E2. WPS for fillet weld as alternative WPS for the job.
1.4.2 Use case E 2 Figure E3. Material Certificate S-2522.
The student has recived the material certificate S-2522. The following tasks have to be answered: Calculate the Ce and PCM values for a given plate between pos 16 to 26. Explain the main differences between the Ce calculation and Ce iw calculation When will you select the Ce calculation versus the Ce iw calculation?