Адаптивное управление процессом приготовления смесей на примере шинного производства

• Автор: Камакин, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Ярославль
• Количество страниц: 212 с. : ил.

1 Анализ подходов к управлению технологическим процессом приготовления смесей.

1.1 Характеристика технологического процесса.

1.1.1 Компонентный состав смесей.

1.1.2 Схема технологического процесса

1.1.3 Элементарные процессы, происходящие при смешении.

1.2 Анализ процесса приготовления смесей как объекта управления

1.2.1 Целевые показатели объекта управления

1.2.2 Управляющие параметры объекта управления.

1.2.3 Параметры состояния объекта управления.

1.2.4 Возмущающие воздействия, действующие на объект управления

1.3 Анализ существующих систем управления процессом приготовления резиновых смесей.

1.3.1 Этапы эволюции АСУ ТП приготовления смесей.
1.3.2 Системы поддержки принятия решений.
Выводы по первой главе
2 Разработка структуры системы управления процессом приготовления смесей.
2.1 Задача разработки адаптивной системы управления процессом приготовления резиновых смесей.
2.1.1 Задачи управления процессом приготовления смесей.
2.1.2 Формирование критерия оценки достижения цели управления
2.1.3 Формулирование требований к разрабатываемой системе управления
2.2 Подходы к решению задач управления.
2.2.1 Процедура реализации свойств процесса приготовления резиновых смесей.
2.2.2 Действие возмущений на цепочку планированиереализация свойств композиции
2.2.3 Разделение решения задач управления процессом.
2.2.4 Этапы разработки адаптивной системы управления
2.3 Синтез структуры адаптивной системы управления
2.3.1 Блок прогноза компонентных доз
2.3.2 Архив прецедентов управления
2.3.3 Блок синтеза модели и оптимизации целевого критерия.
2.3.4 Синтез адаптивной системы управления
2.4 Особенности структуры математической модели адаптивной системы
управления
Выводы по второй главе
3 Разработка математической модели для прогнозирования свойств резиновых смесей
3.1 Анализ вариантов замен ингредиентов резиновых смесей
3.2 Задача построения математической модели для прогноза свойств смеси
3.3 Обоснование метола прогнозирования свойств полимерной композиции .
3.3.1 Особенности предметной области
3.3.2 Обоснование применение метода нейросетевого прогнозирования
3.4 Синтез структуры нейросетевой модели.
3.4.1 Выбор группы ингредиентов резиновой смеси для получения прогнозирующей модели1 1
3.4.2 Выбор значимых физикохимических параметров мягчителей
3.4.3 Влияние количества скрытых слоев на точность прогноза дозы мягчителей.
3.4.4 Влияние количества примеров для обучения на точность прогноза
3.4.5 Влияние количества физикохимических параметров мягчителей на точность прогноза
3.4.6 Влияние наличия у сети дополнительных параметров для реализации функции переключения на точность прогноза.
3.4.7 Влияние совмещенности выходов сети на точность прогноза.
3.4.8 Экстраполирующие свойства нейронной сети
3.5 Обоснование метода поиска оптимальной дозы ингредиентазаменителя с
помощью нейросетевой модели.
Выводы по третьей главе.
4 Разработка математической модели для адаптации технологического режима
4.1 Задача построения математической модели для адаптации технологического режима смешения.
4.1.1 Использование косвенных показателей процесса для учета особенностей объекта управления
4.1.2 Анализ типов моделей для управления процессом приготовления резиновых смесей
4.1.3 Постановка задачи построения математической модели для управления технологическим режимом.
4.2 Синтез структуры модели технологического режима.
4.2.1 Анализ значимых факторов технологического режима процесса приготовления смесей
4.2.2 Формулирование требований к методу построения модели
4.2.3 Синтез структуры модели технологического режима.
4.3 Минимизация критерия оценки достижения цели управления
4.3.1 Условия проведения эксперимента.
4.3.2 Построение аппроксимирующих зависимостей вида косвенный критерий целевые свойства
4.3.3 Оптимизация технологического режима с помощью модели для управления
4.4 Применение оперативной идентификации математической модели технологического режима как элемента адаптации системы управления
Выводы по четвертой главе.
5 Реализация адаптивной системы автоматического управления процессом приготовления резиновых смесей
5.1 Синтез адаптивного алгоритма управления процессом приготовления резиновых смесей.1
5.1.1 Алгоритм замены компонентов смеси.
5.1.2 Алгоритм корректирования технологического режима приготовления резиновых смесей
5.1.3 Результаты тестирования алгоритма управления адаптивной системы
5.2 Аппаратнопрограммный комплекс для реализации адаптивной СУ на предприятии шинной промышленности.
5.2.1 Структурная схема адаптивной системы управления.
5.2.2 Разработка рекомендаций по выбору средств для реализации адаптивной системы управления
5.3 Оценка экономической эффективности адаптивной системы управления процессом приготовления резиновых смесей
5.3.1 Эффективность стабилизации средних значений свойств смеси
5.3.2 Эффективность сужения стандартного отклонения значений свойств смеси.
5.3.3 Оценка затрат на создание системы управления
Выводы по пятой главе.
Заключение
Список использованных источников


Средняя стоимость заправок смесей, выработанных за технологический цикл, составляет Ю тыс. Пропорции ингредиентов. Рис. Среди групп компонентов резиновых смесей можно выделить основные и вспомогательные ингредиенты. Основные ингредиенты выбираются при разработке смеси исходя из назначения получаемых из них резин и конечных изделий. Они имеют в смеси большую массовую долю и поэтому являющиеся базовыми материалами композиций для резин это каучуки и наполнители. Вспомогательные химикаты активно способствуют приведению значений свойств основных компонентов к требуемому уровню. Групповой состав резиновой смеси для изготовления протекторов покрышек представлен на рис. В результате анализа, проведенного нами по литературным данным , выявлено наличие этого явления примерно у каждого седьмого ингредиента, используемою в шинной промышленности. Рис. У процесса имеются отдельные стадии, они обозначены как цепочка п последовательных операций введения в смесь порций т различных ингредиентов с массами 1 1. П, 1. В частном случае изменение вектора управления не сопровождается вводом компонентов в смесь. Набора у . Рис. В ходе процесса точнее, в заключительной его части, когда сформируется смесь с заданной степенью однородности , появляются значения качественных показателен У размерностью б, недоступных для прямых измерений в ритме технологического процесса. Для оценки свойств смесей Г используются однократные измерения по окончании процесса в лабораторных условиях. Значение запаздывания т при получении результатов
может составлять от 3 минут экспрессанализ до 1 часа расширенные физикомеханические испытания. Измеряемые технологические параметры Х1 размерностью г характеризуют ход процесса смешения. Они, как правило, являются косвенными показателями для оценки качества смесей. По значениям измеряемых технологических параметров контролируется выход процесса за допустимые границы. Смешивание ингредиентов резиновых смесей относится к группе сложных процессов, т. При этом четкой границы между отдельными фазами не существует одна форма связи постепенно уменьшается за счет преобладания или перехода в другую стадию. Ряд приоритетных элементарных процессов рис. Механическое смешивание компонентов простое физическое перемешивание, в результате которого непрерывно изменяются локальные концентрации и распределения компонентов в объеме смеси полимерной матрице, возникает упорядоченность на надмолекулярном уровне. Диспергирование или физическое измельчение ингредиентов, в результате которого происходит увеличение поверхности взаимодействия компонентов . Изменения физического фазового состояния смешиваемых компонентов растворение, кристаллизация, плавление, смачивание частиц углерода каучуком и наполнителей пластификаторами, набухание полимера в пластификаторах, идущие без изменения молекулярного состава. Рис. Схема возможных элементарных процессов при смешении
мягчитслсй
I
. Адсорбция каучуков
Химические реакции при взаимодействии ингредиентов друг с другом между активными центрами наполнителя и каучуков, формирование различных сажекаучуковых структур, частичное сшивание смеси преждевременная вулканизация, реакции, идущие с изменением молекулярного состава перерабатываемых веществ. Мсханохимические процессы, возникающие вследствие сдвиговых механических воздействий при обработке в роторных смесителях механодеструкция цепей полимеров изменение значений молекулярных характеристик, разрушение надмолекулярных структур, цистрансизомеризация и структурирование, возникновение адсорбционных, межмолекулярных связей между активными центрами технического углерода и каучуком с образованием сажекаучукового геля, усиление каучуковой матрицы . Диффузия одного компонента в среде другого, например, взаимное растворение полимеров. Элементарные процессы могут оказывать как положительное действие на свойства резиновых смесей, так и негативное влияние, например, агломерация порошков. Смесительное оборудование периодического действия является не только физическим смесителем, но и химическим реактором, работающем в неизотермическом режиме.