Введение к работе
Актуальность темы.
В настоящее время быстрыми темпами идет развитие упаковочной отрасли Доля потребления алюминия при производстве упаковочных материалов составляет примерно 20-25 % от всего потребления в мире, поэтому вопрос организации эффективного производства алюминиевой фольги, используемой при производстве современных упаковочных материалов, является важным в сложившихся рыночных условиях
Процесс непрерывного литья листовой заготовки алюминиевой фольги является этапом процесса бесслитковой прокатки фольги, который по сравнению с традиционным получением полосы из слитков обладает значительными преимуществами, однако, применение этой технологии сопровождается некоторыми затруднениями Этап получения листовой заготовки обладает низкой производительностью и неустойчивостью технологического процесса В первую очередь это связано со сложностью организации эффективного управления, так как процесс непрерывного литья листовой заготовки является многофакторным процессом Процесс производства фольги предусматривает обработку заготовки при многократных обжатиях, когда толщина фольги соизмерима с размером образующихся дефектов, поэтому дефекты заготовки чаще всего являются причиной снижения качества фольги. Используемые в настоящее время методы управления качеством листовой заготовки основаны на применении однофакторного подхода, поэтому они обладают невысокой эффективностью, и часто устранение дефектов одного вида сопровождается появлением дефектов других видов
Данная работа посвящена решению проблемы диагностики состояния технологического процесса непрерывного литья листовой заготовки алюминиевой фольги для управления ее качеством
Теоретическим основам математического моделирования
технологических процессов и применению моделирования для решения актуальных практических задач посвящены работы таких ученых как А А Самарский, Б Н Петров, Н П Бусленко, С А Айвазян, А Н Горбань,
4 A H Колмогоров, В В Круглов, В Г Лисиенко, В В Налимов, Б Я Советов, П Эйкхофф и других
Объектом исследования является технологический процесс непрерывного литья листовых заготовок алюминиевой фольги
Предмет исследования — методы и алгоритмы моделирования сложного технологического объекта
Цель исследования состоит в построении системы диагностики состояния процесса непрерывного литья заготовки алюминиевой фольги для управления качеством продукции
В ходе построения системы диагностики были решены следующие задачи
получение экспертных оценок и ранжирование методом парных сравнений позволило сделать вывод, что в отличие от известного метода непосредственного ранжирования метод парных сравнений обеспечивает большую согласованность мнений экспертов и повышает объективность результатов экспертизы,
предложен метод сбора данных - многомерный ситуационный экспертный опрос — совмещающий элементы теории планирования эксперимента и теории экспертных оценок,
разработано и зарегистрировано программное обеспечение многомерного ситуационного экспертного опроса,
произведен анализ технологического оборудования процесса непрерывного литья заготовок алюминиевой фольги, разработана топология математической модели технологического процесса, определена структура модели,
выделены факторы, оказывающие наиболее существенное влияние на качество продукции, а также характеристики качества, наилучшим образом отражающие качество заготовки,
разработано два варианта алгоритма функционирования системы диагностики, использующих вероятностный и нейросетевой подходы В результате их анализа сравнения получен итоговый алгоритм, являющийся композицией предложенных вариантов,
построена многофакторная нейросетевая модель управления процессом непрерывного литья заготовок алюминиевой фольги,
анализ процесса принятия решений по управлению технологическим процессом в целях получения продукции необходимого качества выявил главный источник низкой эффективности - однофакторный подход Для устранения этого недостатка обоснован алгоритм расчета пошагового изменения параметров технологического процесса, опирающийся на многофакторную модель,
проведена успешная апробация разработанной системы диагностики технологических состояний и управления качеством
Методы исследования
В ходе решения задач исследования использовались методы теории планирования эксперимента, аппарат теории нейронных сетей, статистический анализ, методология проведения экспертных опросов и обработки экспертных данных, объектно-ориентированное программирование
Основные научные результаты и положения, выносимые на защиту:
1 Отличающийся от существующих методов экспертных оценок метод
многомерного ситуационного экспертного опроса - метод получения
экспертных оценок значений выходных характеристик объекта в
технологических ситуациях, определяемых планом активного эксперимента
Отличительными особенностями разработанного метода являются
сравнение влияния на показатели качества не отдельных значений технологических параметров, а их совокупностей, характеризующих технологические ситуации,
использование в основе метода парных сравнений планов полных и дробных факторных экспериментов,
использование цветового кодирования технологических ситуаций для проведения сравнений в режиме, наиболее благоприятном для эксперта
2 Система диагностики состояния технологического процесса
непрерывного литья заготовки алюминиевой полосы, отличающаяся от
существующих
используемой нейросетевой многофакторной математической моделью, учитывающей сложность моделируемого процесса,
методом расчета рекомендуемых изменений параметров технологического процесса с целью управления качеством продукции, путем одновременного варьирования всех факторов и шагового приложения воздействий,
- способом получения обучающей выборки нейронной сети, использующим теорию планирования экспериментов, регрессионный и статистический анализ
Достоверность полученных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается корректным использованием математических методов теории планирования эксперимента, теории нейронных сетей, статистического анализа, теории экспертных оценок и подтверждается результатами промышленных испытаний системы на ОАО «Фольгопрокатный завод» г Санкт-Петербург Научная новизна исследований:
разработана система диагностики состояния технологического процесса непрерывного литья заготовок алюминиевой фольги путем интеграции нейросетевой модели управления процессом, алгоритма генерирования начальной обучающей выборки нейронной сети на основе регрессионной модели технологического процесса, алгоритма расчета изменений технологических параметров для управления качеством продукции,
разработан метод многомерного ситуационного экспертного опроса и его программное обеспечение в качестве альтернативы производственному эксперименту,
предложено применение методов планирования экспериментов и методики bootstrap для получения репрезентативной начальной обучающей выборки нейронной сети
Научная значимость исследований заключается в развитии
1) методов построения диагностических систем и систем управления
качеством,
2) методов теории экспертных оценок
Практическая ценность исследования
разработана и проверена на практике эффективная система управления качеством непрерывно-литой заготовки алюминиевой фольги,
предложенный способ построения системы диагностики состояния технологического процесса непрерывного литья листовой заготовки может быть адаптирован для построения систем управления качеством продукции в металлургии и машиностроении и других отраслях промышленности,
применение метода многомерного ситуационного экспертного опроса аналогично проведению активного эксперимента при исследовании технологического объекта и позволяет получать оценки значений выходных
7 характеристик объекта, которые могут использоваться при построении многофакторных моделей технологических объектов Личный вклад автора
разработка и сравнение двух способов реализации системы диагностики технологических состояний и управления качеством непрерывно-литых заготовок алюминиевой фольги,
применение статистической методики bootstrap для получения начальной обучающей выборки нейросетевой модели технологического процесса непрерывного литья заготовок алюминиевой фольги,
построение диагностической модели технологического процесса непрерывного литья заготовок алюминиевой фольги,
разработка метода многомерного ситуационного экспертного опроса,
разработка программного обеспечения метода многомерного ситуационного экспертного опроса,
участие в промышленных испытаниях разработанной системы на ОАО «Фольгопрокатный завод» г Санкт-Петербург и обработке данных испытаний
Реализация работы Система диагностики прошла промышленные испытания и рекомендована к внедрению на ОАО «Фольгопрокатный завод» г Санкт-Петербург
Апробация работы Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международной научно-практической конференции «СВЯЗЬ-ПРОМЭКСПО 2006» (Екатеринбург, 2006), 4-ой межотраслевой научно-технической конференции (Новоуральск, 2005 г)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ
