Автоматизация и управление процессами проектирования и производства специальных кварцевых оптических волокон

• Автор: Крюков, Игорь Иванович
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 123 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Технологические процессы производства специальных оптических волокон и их математическое моделирование. Автоматизированные системы управления высокотехнологичных производств обзор. Постановка задачи диссертационной работы.

1.1. Специальные кварцевые оптические волокна, особенности конструкции и технологии.

1.2. Математическое моделирование технологического процесса изготовления анизотропных оптических волокон.
1.2.1. Моделирование газофазного осаждения легирующих добавок при производстве кварцевых оптических волокон.
1.2.2. Основные подходы к вопросам математического моделирования процесса вытяжки оптического кварцевого волокна.

1.3. АСУ ТП в высокотехнологичных областях производства.

1.4. Постановка задачи данной работы.

ГЛАВА 2. Структура автоматизированной системы управления проектированием и производством специальных кварцевых оптических волокон и се основные элементы.

2.1 .Общая постановка задачи и пути ее решения.

2.2. Полученные результаты

ГЛАВА 3. Оптимальное управление процессом изготовления заготовок оптического волокна методом газофазного осаждения МСУО. Компьютерное моделирование процесса в инженерном приближении.
3.1. Постановка задачи тепломассопереноса химически реагирующих веществ в ходе процесса МСУО.
3.2. Управление величиной потока тепла.
3.3. Определение оптимальной скорости движения горелки.
3.4. Компьютерное моделирование процесса МСУО и профиля показателя преломления преформы.
ГЛАВА 4. Управление процессом вытяжки кварцевого оптического волокна.
4.1. Общая схема решения задачи.
4.2. Квазиодномерная модель.
4.3. Вытяжка оптоволокна при обдуве инертным газом
4.4. Разностные уравнения и результаты численных исследований.
4.5. Инженерное приближение задачи вытяжки.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ПРИЛОЖЕНИЕ 1.
ВВЕДЕНИЕ


Необходима единая система управления разработкой и производством специальных оптических волокон, включающая в себя весь технологический цикл. Эта система должна быть оперативной, гибкой, в значительной мере автоматизированной и основываться как на математических и компьютерных моделях, так и на обобщенном производственном опыте. Целью настоящей диссертационной работы является разработка автоматизированной системы управления проектированием и производством специальных кварцевых оптических волокон, позволяющей с минимальными затратами осваивать серийный выпуск новых изделий. Эта система должна включать в себя автоматизированные подсистемы проектирования технологических процессов, автоматического и интерактивного управления технологическим оборудованием, экспертного управления процессами анализа получаемых результатов и оптимизации технологических режимов. Успех или неуспех любой вновь разработанной системы проектирования технологического процесса в производстве очень зависит от того, насколько полно она учитывает возможные изменения его параметров. В этом смысле упрощенные универсальные алгоритмы часто оказываются практичней гораздо более точных моделей, разработанных для выбранного конкретного случая. Обоснование допустимости частичной замены точных корректных моделей упрощенными алгоритмами инженерных приближений также является частью данной работы. В настоящей работе выполнена разработка математических моделей основных технологических процессов изготовления оптического волокна с учетом их наиболее существенных особенностей и найдено оптимальное управление этими процессами. Для упрощения практического использования полученных теоретических результатов были разработаны компьютерные инженерные модели. В ходе выполнения работы применялись следующие методы исследования математическое и компьютерное моделирование, численные методы в системах Мар1е и МаЙ1Сас1, экспериментальные исследования температурных полей, тепломеханических и диффузионных процессов, оптические измерения параметров кварцевых волокон. Разработка структуры АСУ ТП производства специальных оптических волокон. Разработка концепции эффективных кривых выхода реакций окисления галогенидов и методика их экспериментального определения. Постановка и решение задачи оптимизации управления технологическим процессом газофазного осаждения при изготовлении заготовок кварцевых оптических волокон соответствующей регулировкой скорости горелки по критерию заданного температурного поля преформы. Инженерная компьютерная методика расчета профиля показателя преломления преформы с учетом всех возможных нестационарностей процесса газофазного осаждения. Методика экспериментальной оценки величины внутренних напряжений и размеров диффузионного слоя при вытяжке оптических волокон. Внедрение результатов работы. Диссертационная работа является частью завершенных научных исследований, выполненных в рамках ОКР новых типов оптических волокон по государственному заказу, в рамках научнотехнической программы 2 Инновационная деятельность высшей школы подпрограмма 2. Инновационные научнотехнические проекты по приоритетным направлениям науки и техники и межотраслевой программы сотрудничества Министерства образования и министерства обороны РФ. Основные результаты работы внедрены в Пермской научнопроизводственной приборостроительной компании при проектировании и производстве анизотропных оптических волокон для волоконно оптических гироскопов. Кроме того, положения диссертационной работы используются в учебном процессе Пермского государственного технического университета в курсе Математические методы оптимального управления. Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийских научнотехнических конференциях Аэрокосмическая техника и высокие технологии в , г. Пермь, VI Международной конференция Прикладная оптика г. СанктПетербург, XV Международной конференции по химической термодинамике в России, г. Москва. Алгоритм корректировки разработанных компьютерных методик по результатам практической реализации технологических процессов.