Введение к работе
Актуальность проблемы. Широкое внедрение индустриальных методов энергетического строительства вызывает необходимость развития высокими темпами отрасли заводского производства различных строительных материалов на основе вяжущих. Главенствующее место среди этих материалов занимает монолитный бетон и сборный железобетон.
Особенно большое развитие получило изготовление сборных железобетонных изделий /ЖБИ/, применение которых обеспечивает высокие темпы возведения зданий и сооружений.В то же время, заводское производство строительных материалов - это трудное и дорогостоящее мероприятие, осуществление которого связано с решением сложных научно-технических проблем.Одним из важнейших резервов повышения его эффективности является интенсификация тепловлажностной обработки /ТВО/ изделий, который, как известно, занимает 75-80?4 времени всего цикла их изготовления.При этом основная трудность решения данной задачи заключается не столько в определении соответствующих составов бетона, использовании быстротвердеющих цементов и эффективных химических добавок, сколько в необходимости снижения себестоимости бетона и получении изделий заданного качества, т.е. в решении комплексной про проблемы оптимизации конструктивных и режимных параметров установок ТВО, создании и внедрении в практику заводской технологии новых экономичных процессов и систем автоматического и автоматизированного управления ими.
Среди многочисленных известных приемов ТВО ЛЕИ особое место занимает индукционный электромагнитный метод.Простота преобразования электрической энергии в тепловую и эксплуатационные
удобства, заключающиеся в сокращении длительности процесса, у: личении оборачиваемости металлоформ, исключении запаренности і хов, уменьшении коррозии металлоформ и цеховых конструкций де. ют его применение исключительно актуальным.Однако, отсутствие достоверных научных результатов для проектирования и зксплуаті ции электромагнитных камер и отсутствие теоретических предпосі лок для их автоматизации долгое, время препятствовали широкому внедрению в практику этого перспективного метода.Поэтому еще семидесятые годы весьма важной являлась разработка теоретичес кой и методологической базы создания автоматизированных компл сов ТВО с учётом физико-химических, технологических, аппарату ных и технико-экономических особенностей электротермической т нологии и обусловленных этими свойствами особенностей техноло ческого контроля.
Решение этой проблемы стало особенно актуальным в конце восьмидесятых - начале девяностых годов в связи с принятием ряда правительственных Постановлений о необходимости усиления разработки режимов гибкого управления процессами тепломассооб мена и их реализации с помощью вычислительных устройств.
Поэтому нами был предпринят комплекс исследований,, предус мотренных государственной целевой комплексной программой 0Ц.2 "Управление технологическими процессами, производствами, стан ками, машинами и оборудованием с применением мини- и микроЭВМ /задание 01.04 "Создать и освоить в производстве систему опти мального управления режимом тепловой обработки железобетонных изделий, учета и расхода энергетических ресурсов"/, программе Главэнергостройпрома бывшего Минэнерго СССР "Исследование про цессов тепловой обработки изделий различных конструкций в эле тромагнитных камерах", а также планами НИР и ОКР НПО "Энерго-техпром", МИСИ и ВЗИСИ.
Результаты, полученные в ходе выполнения этих исследовали
лично автором или под его руководством, обобщены в защищаемой диссертации.
Цель работы. Основной целью исследований являлось:
обобщение и развитие с единых теоретических позиций методов разработки автоматизированных установок электротермообработки ЖБИ с учетом специфики физико-химических, технологических, конструктивных и технико-экономических особенностей процессов индукционного нагрева;
разработка и построение математических моделей конкретных стадий ТВО и решение на общесистемной платформе задач оптимизации, способных повысить эффективность работы электромагнитных камер и позволяющих автоматизировать реальные технологические процессы;
практическая реализация полученных результатов на предприятиях строительной индустрии, в проектных и конструкторских организациях энергетического строительства.
Методика исследований. Методологическую основу всего направления исследований составили системный подход к анализу связи технико-экономических показателей функционирования электромагнитных.камер с показателями качества проектирования и управления отдельными технологическими операциями, а также применение этого подхода для сравнительной оценки эффективности исследуемого процесса с процессом ТВО ЖБИ в пропарочных камерах.Для реализации такого подхода к задачам синтеза автоматизированных электромагнитных камер были использованы приемы и способы исследования операций на аналоговых и цифровых компьютерах, а также методы качественного и количественного исследования нелинейных и линеаризованных математических моделей всех режимов ТВО.Значительная часть исследований выполнена на разных стадиях создания промышленных электромагнитных камер в реальных производственных условиях в процессе итеративного взаимосвязан-
.-6-
ного совершенствования и развития новых установок ТВО ЖБИ и систем управления ими.
Научная новизна. Научной новизной обладают следующие защищаемые в диссертации результаты, явившиеся теоре тической основой нового направления исследований и разработок в области проектной и оперативной оптимизации ТВО строительных изделий в электромагнитных камерах:
метод комплексного решения задач оптимизации аппаратурного оформления, режимов работы и управления электромагнитной обработкой ШБИ по единому или взаимообусловленным критериям оптимальности;
система технологически и экономически обоснованных оценок степени отличия различных вариантов процессов ТВО от идеализированного эталона - "базового" варианта и основанная на сопоставительном анализе указанных оценок методика инженерного син теза автоматизированных электромагнитных камер;
способ классификации технологических и конструктивных пара метров ТВО изделий, основанный на разделении интенсивных и экс тенсивных параметров с учетом их воздействия на качество ЖБИ по показателям, характеризующим технологическую и экономическу упорядоченность электромагнитной камеры;
метод декомпозиции задачи управления ТВО ЖБИ, основанный на разделении режимов работы электромагнитных камер на базе согласования локальных критериев качества стабилизации отдельных стадий с обобщенным показателем эффективности работы всей установки;
способ приближенного математического моделирования процессов ТВО, учитывающий свойства чувствительности уравнений кинетики твердения к малым изменениям параметров и позволяющий оценить на стадии проектирования целесообразность уточнения мате-
матического описания оптимизируемого процесса и допустимость упрощения алгоритмов управления;
математические модели, условия оптимизации и принципы управления конкретными электромагнитными камерами на предприятиях энергостройиндустрии.
Практическая ценность. Разработанные методы исследования процессов ТВО в электромагнитных камерах позволяют существенно расширить круг инженерных задач в строительной индустрии, решаемых с позиций оптимального проектирования и управления.К основным направлениям практического применения результатов теоретических исследований относятся:
анализ технологических рещмов ТВО изделий в электромагнитных камерах и прогнозирование качества их функционирования;
исследование статических и динамических свойств процессов ТВО в электромагнитных камерах с целью формулирования требований к технологическим режимам, контролю и управлению качеством получаемых изделий;
поиск и поддержание оптимальных режимов, позволяющих улуч-шить технологические и технико-экономические показатели ТВО ЖБИ;
разработка способов и устройств для оперативного контроля и управления ТВО, новизна и оригинальность которых защищены II авторскими свидетельствами СССР на изобретения.
Реализация в строй индустрии. На базе практических рекомендаций и разработок на 17 предприятиях строительной индустрии в энергетическом строительстве успешно прошли испытания и внедрены в промышленную эксплуатацию свыше 350 автоматизированных электромагнитных камер с годовым выпуском продукции более 1250 тыс.м3, что составляет около 40% от общего выпуска сборного железобетона ПО "Росэнергостройпром".
Опыт таких предприятий, как Безмеинский РПБ ЖБИ, Волгоградский завод ЖБИ, Волжский КПП, Дзержинский КПП, Дуброский ЖБК,
Кураховский ЖБЙ, Львовский завод изоляторов, Мироновский ЖЕК, Нижнекамский ЖБИ, Новосибирский завод ЖБ опор, Светлогорский ЖБИ и К, Северокавказский КПП, Славянский ЖБИ, Спасс-Дальний ЗКБК, Стрыйский МЖБК, Тольятинский ЖБИ и завод ячеистых бетонов г. Набережные Челны, успешно эксплуатирующих электромагнитные камеры, разработанные и внедренные под руководством и непосредственном участии автора диссертации, подтверждает эффективность их функционирования за счет сокращения времени тепловой обработки изделий на 24-4W, расхода энергии на 32-38 и коренного улучшения социальных условий труда рабочих.
Значимость полученных результатов объясняется также тем, что использование разработанных приемов и методов исследований приводит к значительному сокращению сроков и стоимости НИР и ОКР.Одновременно достигается существенное повышение качества изделий.
Суммарный годовой экономический эффект от внедрения практических разработок и рекомендаций на предприятиях энергострой-индустрии, проектных и конструкторских организациях /без учета социального и экологического эффектов/ в ценах 1991 г. составляет более 130 млн. руб. в год.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на ІХ-ХУ научно-технических конференциях ВЗИСИ /Москва, 1974, 1975, 1976, 1979, 1980, 1982, 1984 г.г./, ХХП и ХНУ научно-технических конференциях МИСИ /Москва, 1968,. 1974 г.г./, научно-технической конференции института Тепломассообмена АН БССР /Минск, 1935 г/, научно-практической конференции "Управление технологией и качеством на предприятиях строительной индустрии" /Брянск, 1988 г./, Всесоюзном совещании по автоматизации тепловых процессов на заводах строительной индустрии /Челябинск, 1989 г./.Результаты отдель-
(с
ных этапов работы обсуждались также на кафедре "Автоматика в строительной индустрии" Московского Государственного Строительного Университета /бывш. МИСИ/, совещаниях и заседаниях научно-технических советов ряда заинтересованных предприятий и организаций бывшего Минэнерго СССР и Министерства топлива и энергетики Российской Федерации.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 43 работы, в том числе: 8 книг и брошюр, 25 научных статей и докладов, 10 авторских свидетельств СССР на изобретения и получено 2 Решения ВНИИГПЭ о выдаче патентов России.Общий объем опубликованных работ составляет более 60 печатных листов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав основного текста, общего заключения и библиографического списка литературы, насчитывающего 142 наименования. Объем работы - 254 стр., основной текст - 194 стр., рисунки - 51 стр., перечень литературы - 9 стр.