Введение к работе
Актуальность темы.
Повышение экологических требований и обострение конкурентной борьбы на мировом рынке определяют необходимость повышения эффективности каландровых производств полимерных материалов, которое заключается в снижении матсриало- и энергоемкости, улучшении качества выпускаемой продукции и прежде всего толщины и равнотолщинности формуемого материала.
Современные каландровые производства характеризуются
многостадийностью, возможностью возникновения множества нештатных ситуаций, сложностью принятия решений по их устранению, разнообразием способов управления качеством целевого продукта, каждый из которых влияет на комплекс физико-химических свойств материала, определяющих эффективность производства на рынке. Системы управления такими производствами являются автоматизированными, поэтому качество каландруемых материалов в значительной степени зависит от знаний и производственного опыта операторов.
В этих условиях для повышения эффективности управления качеством полимерных материалов актуальна разработка математических моделей, позволяющих исследовать влияние различных типов управляющих воздействий на профиль толщины материала и выбирать наиболее рациональные управления и значения управляющих воздействий в номинальном режиме, а также построение интеллектуальной подсистемы для распознавания наиболее вероятных причин возникновения брака продукции и формирования советов по его устранению, для запоминания наилучших результатов управления толщиной и равнотолщинностью.
Таким образом, актуальным направлением является разработка автоматизированной системы-советчика по управлению профилем толщины каландрованных полимерных материалов в различных режимах производства (номинальном, при переходе на новое задание, при возникновении брака материала), включающей математические модели и подсистему промышленного интеллекта, аккумулирующую передовой производственный опыт каландровожатых по управлению толщиной материалов и знания экспертов-технологов.
Цель работы.
Целью работы является разрабоїка авшмашзированной системы управления толщиной полимерных каландрованных материалов, формирующей советы по управлению на базе математических моделей промышленных способов управления толщиной и подсистемы промышленного интеллекта в номинальном режиме и при возникновении брака материала по толщине.
Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи:
исследован процесс каландрования тонких материалов различных классов (полимерная пленка, резина, бумага) и системы контроля толщины,
выявлены конструктивные и технологические характеристики процесса, влияющие на профиль толщины, определены параметры используемого оборудования и требования к системе управления;
проанализированы математические модели для управления толщиной тонких каландрованных материалов, на основании которых предложено математическое описание способов компенсации прогиба валков каландра;
составлено формализованное описание каландрования полимерных материалов, необходимое для построения системы управления толщиной;
разработано математическое обеспечение системы управления, включающее математические модели для управления толщиной каландрованных тонких полимерных материалов, критерии оценки качества материала по толщине и методику поиска наилучших значений управляющих воздействий;
разработана подсистема промышленного интеллекта, включающая базу правил управления толщиной при возникновении брака полимерного материала и базу данных значений управляющих воздействий, обеспечивающих заданную толщину и минимальную разнотолщинность материала, для управления при перенастройке производства на новый тип материала или производительность;
разработан программный комплекс системы управления толщиной тонких полимерных материалов, включающий подсистему управления в номинальном режиме, реализованную на базе математических моделей с учетом измеренного профиля толщины материала, и подсистему промышленного интеллекта для поддержки принятия решений по управлению при возникновении брака по толщине и при переходе на новое производственное задание;
проведено тестирование и внедрение системы управления на многоассортиментном каландровом производстве полимерных пленок.
Научная новизна работы заключается в следующем:
разработаны математические модели, описывающие влияние различных типов управляющих воздействий на профиль толщины материала (перекрещивание, контризгиб, нагрузка, время работы электродвигателей);
предложен способ комбинированного управления профилем толщины каландрованных материалов в номинальном режиме, заключающийся в поиске значений перекрещивания и контризгиба по математическим моделям с учетом измеренного на объекте профиля толщины, учитывающего характеристики полимерного материала и воздействие производственных факторов;
разработана подсистема промышленного интеллекта, работающая в режиме управления при возникновении брака материала по толщине и режиме обучения системы, связанном с запоминанием наилучших значений управлений и достигнутых при этом показателей качества материала для управления при перенастройке производства на новый тип материала или производительность;
разработан программный комплекс системы управления профилем толщины тонких материалов, позволяющий формировать советы управленческому персоналу в виде наилучших значений управляющих воздействий и рекомендаций по устранению брака в режиме интеллектуального советчика оператора.
Методы исследования.
При выполнении работы использовались основы теории управления химико-технологическими производствами, методы математического моделирования, теория сопротивления материалов, аналитическая геометрия, методы проектирования баз данных, методы теории искусственного интеллекта, методы и средства объектно-ориентированной разработки сложных программных комплексов.
Практическая ценность результатов.
Разработано информационное, математическое, алгоритмическое и программное обеспечение для управления толщиной каландрованных полимерных материалов. Программный комплекс системы управления используется на действующем многоассортиментном производстве полимерных пленок, позволяет осуществлять более рациональное управление толщиной и равнотолщинностыо, способствует улучшению качества продукции, снижению брака и возвратных отходов. Комплекс может быть использован на аналогичных производствах, выпускающих тонкие материалы каландровым способом.
Реализация результатов.
Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс кафедры систем автоматизированного проектирования и управления СПбГТИ(ТУ) и используются для управления толщиной производимой пленки на заводе ООО «Клекнер Пентапласт Рус», Санкт-Петербург.
Апробация работы.
Результаты работы докладывались и обсуждались на Международной научной конференции ММТТ-17, Кострома, 2004, Международной научной конференции ММТТ-19, Воронеж, 2006 (опубликованы тезисы докладов).
Публикации.
По материалам диссертационной работы опубликовано 6 работ, в том числе получено 2 свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ.
Структура и обьем рабо і ы.
Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, выводов и 5 приложений. Работа изложена на 159 страницах, содержит 50 рисунков и 27 таблиц, библиографический список включает 95 наименований.
