Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Основные особенности каландрового производства полимерных плёнок. задачи моделирования процессов усадки (растяжения) плёнки. 13
1.1 Характеристика процесса каландрования 13
1.2. Организация производства полимерной ПВХ-плёнки методом каландрования 18
1.3 Математическое описание вносимых деформаций и реакции тела 24
1.3.1 О реологических уравнениях состояния 28
1.4. Упругие тела 32
1.4.1. Идеально упругое тело Гука 32
1.4.2. Уравнение состояния упругого тела в инвариантной форме 35
1.4.3. Большие деформации в упругом теле 37
1.4.4. Упругое тело Рейнера 42
1.4.5. Упругое тело Муни - Ривлина 43
1.5. Вязкие жидкости . 47
1.5.1. Ньютоновская жидкость 48
1.5.2. Вязкая жидкость Ривлина 50
1.6. Линейные вязкоупругие среды 51
1.6.1. Модель тела Кельвина-Фойхта 51
1.7. Продольная вязкость растворов полимеров (молекулярные модели)... 53
1.7.1. Моделирование релаксации напряжения с использованием модели
рептации 55
1.8. Эмпирическая модель усадки термоусадочных пленок 56
1.9. Модель упругого восстановления после каландрования 57
Выводы 58
ГЛАВА 2. Математическое обеспечение программного комплекса для моделирования и исследования процессов усадки (растяжения) каландров анных полимерных пленок 67
2.1. Моделирование продольной и поперечной усадок с помощью эмпирической (линейной регрессионной) модели 67
2.2. Моделирование продольной усадки с помощью тела Муни-Ривлина ... 68
2.3. Математическое описание релаксационных процессов с помощью релаксационного спектра 72
2.4. Математическая модель усадки полимерного листа на базе релаксационного спектра 77
2.5 Математическая модель вытяжки пленки 83
2.6 Геометрическая схема расчётов длин участков деформирования и релаксации материала 85
2.6.1 Расчет переходов слоя полимера от валка к валку 85
2.7 Метод численного интегрирования для модели усадки (растяжения) с использованием релаксационного спектра 87
2.7.1 Численные методы интегрирования 88
2.7.2 Формула Симпсона . 89
2.7.3 Геометрическая интерпретация интегрирования методом Симпсона. 91
2.8. Тепловой баланс для участка каландровой линии 97
2.9. Алгоритм расчёта потенциальной термической усадки 99
Выводы 102
ГЛАВА 3. Программная реализация комплекса для моделирования и исследования процессов усадки (растяжения) каландрованной полимерной пленки 103
3.1. Структура программного комплекса для моделирования усадки (растяжения) полимерной пленки. Работа комплекса 103
3.2 Реализация справочной системы 104
3.3 Пользовательский интерфейс программного комплекса для исследования и моделирования процессов усадки растяжения полимерной пленки 115
3.3.1 Общие принципы разработки интерфейса программного комплекса. 116
3.3.2 Функциональное назначение элементов пользовательского интерфейса программного комплекса 117
3.4 Алгоритм управления релаксационными свойствами каландрованнои полимерной пленки 121
Выводы 122
ГЛАВА 4. Исследование процессов усадки (растяжения) каладрованной полимерной пленки и влияния параметров технологического процесса на их свойства. проверка адекватности разработанных моделей 124
4.1. Проверка адекватности разработанных моделей процесса усадки (растяжения) каландрованнои полимерной пленки 124
4.1.1. Проверка адекватности регрессионной модели 124
4.1.2. Проверка адекватности модели на базе тела Муни-Ривлина 126
4.1.3. Проверка адекватности модели на базе материала с релаксационным спектром . 126
4.2. Исследование влияния параметров технологического процесса на релаксационные свойства каландрованных пленок 129
4.3. Внедрение разработанного программного комплекса в опытно-промышленную эксплуатацию 131
Выводы 133
Выводы 134
Список литературы
- Математическое описание вносимых деформаций и реакции тела
- Моделирование продольной усадки с помощью тела Муни-Ривлина
- Пользовательский интерфейс программного комплекса для исследования и моделирования процессов усадки растяжения полимерной пленки
- Проверка адекватности модели на базе материала с релаксационным спектром
Введение к работе
Каландрование как процесс получения изделий плоской формы, находит широкое применение в отраслях перерабатывающих полимеры. Для этой технологии характерно: высокая производительность, высокое качество получаемой продукции, а также низкая себестоимость. Другое преимущество - это возможность быстрого изменения геометрических размеров выпускаемых листов и плёнок, труднодостижимое с помощью других видов переработок /1/.
Многообразие видов применяемых пленок определяет разнообразие методов их производства. Основной объем изготовляемых в мире полимерных пленок приходится на пленки из расплавов пластических масс, основу которых составляют полимеры, способные при нагреве переходить в вязкотекучее или высокоэластическое состояние, не подвергаясь при этом термической деструкции.
Большинство полимеров при переработке подвергается комплексному воздействию целого ряда факторов. Среди них механические деформации (зачастую в достаточно сложных комбинациях - сдвиг, растяжение/сжатие, изгиб), изменение температур (нагрев, охлаждение, взаимодействие с окружающей средой), изменение агрегатного состояния (плавление, затвердевание расплава, кристаллизация). В результате подобных воздействий пластичный материал уже на промежуточных стадиях приобретает ряд свойств, которые необходимо учитывать при дальнейшей переработке полуфабриката и использовании конечного продукта это изменение формы, линейных размеров изделия (усадка, растяжение) во времени, "память на деформацию" (изменение вязкоупругих свойств изделия с каждым новым испытанием), ряд других 121. Появление таких "побочных эффектов" при переработке полимеров осложняет их применение, так как требуется спрогнозировать поведение изделий исполненных из подобных материалов, рассчитать запас полимера с учётом усадки конечного изделия, а также его точные размеры по окончании периода релаксации материала. Иными словами становится актуальной задача создания модели для прогноза релаксационных свойств полимерного материала.
Также в последнее время бурное развитие получило производство термоусадочных пленок, в связи с возрастающим спросом на упаковочные
8 материалы нового поколения. В настоящее время термоусадочные пленки (ТУ-пленки) находят широкое применение в упаковке всевозможных продуктов питания, банок, бутылок, галантерейных и хозяйственных изделий, газет, журналов, канцелярских товаров.
К достоинствам этого вида упаковки по сравнению с традиционными пленочными можно отнести:
малый объем упаковки за счет плотного обтягивания товара;
меньшая масса пленки;
дешевизна и привлекательность;
надежная защита товара от воздействия окружающей среды.
Как хорошо известно, при упаковке в термоусадочную пленку самой важной характеристикой является степень ее усадки (коэффициент усадки).
Разработанные за последнее время гидродинамические теории процесса каландрования аномально вязких жидкостей достаточно точно описывают поведение материала в области деформации с точки зрения распределения скоростей движения материала, сил трения и удельного давления. Однако недостаточно изучен вопрос об изменении толщины листа материала после выхода его из зазора между валками каландра. Практически отсутствуют данные о влиянии технологических параметров процесса на восстановление каландрованного листа. Во многих теориях этот вопрос вообще не рассмотрен. Возрастает интерес к научно обоснованным методам расчёта основных характеристик перерабатываемого полимера. В настоящее время исследуется проблема прогнозирования и анализ термической усадки листов и плёнок. Контроль и управление этим процессом осуществляется с большим трудом, но это необходимо для контроля качества выпускаемой продукции. Прогнозирование термической усадки полимерных плёнок - это очень важная и сложная задача, которая требует для своего решения большого объема теоретических и экспериментальных исследовательских работ /3/.
В условиях многоассортиментного производства задача управления каландровой линией осложняется большим количеством факторов, влияющих на усадочные свойства конечной продукции, - это свойства многокомпонентной гетерогенной полимерной сырьевой композиции, конструктивные особенности оборудования, параметры технологического режима. Поэтому актуальна разработка для оператора системы поддержки
9 принятия решений на базе математических моделей для прогноза величин усадки растяжения и для выработки рекомендаций по управлению линией /4, 51. Разработка математических моделей процессов усадки (растяжения) полимерной пленки и их реализация в виде программного комплекса, предоставляющего возможность расчета величин потенциальной усадки (растяжения) и выработку рекомендаций по управлению линией с целью обеспечения заданной усадки позволяет повысить эффективность каландрового производства. Работоспособность программного комплекса в условиях гибкого многоассортиментного производства обеспечивается адаптацией математических моделей релаксационных процессов к различным типам пленок и конфигурациям линий, поэтому задача разработки библиотеки настраиваемых математических моделей для прогноза параметров усадки (растяжения) материала и для управления процессом производства пленок является актуальной.
Разработка математических моделей, позволит существенно снизить объем физического эксперимента, поскольку прибегать к нему придется на самой последней стадии - не в процессе поиска основных закономерностей, а для проверки и уточнения выданных рекомендаций. Разумеется, для того чтобы исследуемые теоретические модели описывали эти процессы с достаточно хорошим приближением, они непременно должны учитывать основные особенности моделируемых явлений. В каждом конкретном случае этапу физического эксперимента всегда предшествует этап теоретического эксперимента, так как любой эксперимент превращается в дорогостоящую и продолжительную работу.
Целью данной работы является разработка математических моделей и программного комплекса для управления усадкой (растяжением) каландров анных полимерных пленок в условиях гибкого многоассортиментного производства.
Таким образом, цель работы - разработка библиотеки математических моделей процессов усадки (растяжения) полимерной пленки, гибкой по отношению к конфигурации линии и типу пленок и реализация этих моделей в виде программного комплекса для моделирования и последующего исследования релаксационного поведения каландрованных пленочных материалов из полимерных композиций. Создаваемый комплекс должен соответствовать современным требованиям отрасли - предоставлять
10 пользователю возможность осуществлять прогнозирование усадочных характеристик продукции в условиях гибкого многоассортиментного производства.
Для достижения изложенной цели были поставлены и решены следующие задачи 131:
исследовано производство полимерных материалов на каландровых линиях, что позволило составить формализованное описание процесса каландрования для дальнейшего моделирования усадки (растяжения) полимерной пленки;
произведен анализ существующих математических моделей, усадки (растяжения) полимерных материалов, а также алгоритмов расчета с их использованием, позволивший разработать структуру и алгоритм расчета моделей усадки (растяжения) каландрованных полимерных пленок; разработана библиотека эмпирических моделей релаксационных процессов в полимерных пленках;
произведен анализ степени влияния управляющих воздействий на параметры качества каландрованного материала и выбраны наиболее эффективные каналы управления релаксационными свойствами полимерных пленок;
разработана библиотека эмпирических моделей усадки (растяжения) полимерной плёнки.
разработан программный комплекс, включающий модули геометрического моделирования каландровой линии, математического моделирования процессов усадки (растяжения) каландрованной полимерной пленки, базы данных свойств материалов, конфигураций линий, экспериментальных данных об усадке (растяжении) полимерных пленок.
Научная новизна работы заключается в следующем;
на основании анализа основных характеристик производства предложено формализованное описание каландровой линии, ставшее основой для разработки информационного и математического обеспечения программного комплекса для моделирования и исследования процессов усадки (растяжения) полимерной пленки;
разработаны математические модели процессов усадки (растяжения) каландрованных полимерных пленок, позволяющие рассчитывать величины характеристик усадки (растяжения) для различных
типов пленок;
разработан программный комплекс для моделирования и
исследования процессов усадки (растяжения) полимерной пленки,
включающий модуль синтеза эмпирических моделей, информационное
обеспечение, модули расчета математических моделей различных типов и
представления результатов;
* разработан алгоритм управления каландровой линией на базе
программного комплекса и математических моделей, позволяющий
осуществлять расчет значений управляющих параметров для линии заданной
конфигурации, обеспечивающих выполнение требований к качеству
полимерной пленки.
Таким образом, разработанный программный комплекс для исследования и моделирования процессов усадки (растяжения) каландрованной полимерной пленки, позволяет прогнозировать параметры механической релаксации полимерной пленки позволяет достичь экономического эффекта за счет снижения финансовых и временных затрат при управлении каландровыми линиями и при перенастройке производства; снижения затрат на "компенсацию усадки".
Результаты работы изложены в четырех главах.
В первой главе дана краткая характеристика процесса каландрования полимерных материалов, исследованы и обобщены основные способы моделирования усадки (растяжения) полимерных материалов. Рассмотрены релаксационные процессы, протекающие в каландрованных полимерных плёнках с позиций теории управления. Рассмотрены особенности каландровых линий с точки зрения управления производством, задач обеспечения качества продукта, требований предъявляемых к нему. В данной главе формулируются задачи синтеза и анализа усадочных свойств каландрованных полимерных пленок.
Вторая глава посвящена разработке математических моделей процесса усадки (растяжения) каландрованной полимерной пленки, математического и алгоритмического видов обеспечения программного комплекса для моделирования релаксационных процессов в каландрованных полимерных пленках. В этой главе описываются разработанные математические модели
12 различных типов для моделирования усадочных свойств полимерных пленок различных видов..
В третьей главе описан разработанный программный комплекс для моделирования и исследования процессов усадки (растяжения) полимерной пленки. Разработанный комплекс «Shrinkage Expert» обобщает все разработанные виды обеспечения. Кроме того, в данной главе приведен алгоритм управления релаксационными свойствами каландрованных полимерных пленок на базе программно реализованных математических моделей.
Четвертая глава описывает результаты проверки адекватности разработанных математических моделей с помощью разработанного программного комплекса. Кроме того, в данной главе приводятся результаты исследования влияния параметров технологического процесса на усадочные свойства каландрованных пленок, выбираются и исследуются каналы управления параметрами усадки (растяжения).
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях - 16», Санкт-Петербург, 2003; на международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях - 17», Кострома, 2004; на факультете машиностроения Рурского университета в рамках доклада по программе «Леонард Эйлер» немецкой службы академических обменов (ДААД), г. Бохум, Германия. 2004;ученым советом Конкурсного центра фундаментального естествознания в рамках конкурса грантов Федерального агентства по образованию для аспирантов и молодых ученых, а также при приемке-сдаче выполненных научно-исследовательских работ по гранту, Санкт-Петербург, 2004.на международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях - 18», Казань 2005.
Работоспособность разработанной математической модели и программного обеспечения подтверждена фирмой KLOCKNER PENTAPLAST Gmbh (Монтебауэр, Германия) и фирмой KLOCKNER PENTAPLAST RUS (Санкт-Петербург, Россия). Указанные фирмы используют каландровые линии для производства жестких полимерных пленок.
Математическое описание вносимых деформаций и реакции тела
Действие внешних сил на твердое тело приводит к возникновению в точках его объема напряжений и деформаций. При этом напряженное состояние в точке, связь между напряжениями на различных площадках, проходящих через эту точку, определяются уравнениями статики и не зависят от физических свойств материала. Деформированное состояние, связь между перемещениями и деформациями устанавливаются с привлечением геометрических или кинематических соображений и также не зависят от свойств материала. Для того чтобы установить связь между напряжениями и деформациями, необходимо учитывать реальные свойства материала и условия нагружения. Математические модели, описывающие соотношения между напряжениями и деформациями, разрабатываются на основе экспериментальных данных. Эти модели должны с достаточной степенью точности отражать реальные свойства материалов и условия нагружения.
Наиболее распространенными для конструкционных материалов являются модели упругости и пластичности. Упругость-это свойство тела изменять форму и размеры под действием внешних нагрузок и восстанавливать исходную конфигурацию при снятии нагрузок. Математически свойство упругости выражается в установлении взаимно однозначной функциональной зависимости между компонентами тензора напряжений и тензора деформаций. Свойство упругости отражает не только свойства материалов, но и условия нагружения. Для большинства конструкционных материалов свойство упругости проявляется при умеренных значениях внешних сил, приводящих к малым деформациям, и при малых скоростях нагружения, когда потери энергии за счет температурных эффектов пренебрежимо малы. Материал называется линейно-упругим, если компоненты тензора напряжений и тензора деформаций связаны линейными соотношениями.
При высоких уровнях нагружения, когда в теле возникают значительные деформации, материал частично теряет упругие свойства: при разгрузке его первоначальные размеры и форма полностью не восстанавливаются, а при полном снятии внешних нагрузок фиксируются остаточные деформации. В этом случае зависимость между напряжениями и деформациями перестает быть однозначной. Это свойство материала называется пластичностью. Накапливаемые в процессе пластического деформирования остаточные деформации называются пластическими.
Высокий уровень нагружения может вызвать разрушение, то есть разделение тела на части. Твердые тела, выполненные из различных материалов, разрушаются при разной величине деформации. Разрушение носит хрупкий характер при малых деформациях и происходит, как правило, без заметных пластических деформаций. Такое разрушение характерно для чугуна, легированных сталей, бетона, стекла, керамики и некоторых других комструкниошшх материалов. Для малоуглеродистых сталей, ШЇСТЇШХ металлов, пластмасс харакк рен пластический тип разрушения при наличии значительных остаточных деформаїшй. Однако подразделение материалов по характеру разрушения на хрупкие и пластичные весьма условно, оно обычно Относится к некоторым стандартным условиям эксплуатации. Один я тот же материал может вести себя взависимости от условий (температура, характер нагружены я, технология изготовления и др,) как хрупкий тж как пластичный. Например, пластичные яри нормальной температуре материалы разрушаются как хрупкие при низких температурах. Поэтому правильнее говорить не о хрупких и пластичных материалах, а о хрупком или пластическом СОСТОЯНИЙ материала.
Пусть материал является линейно-упругим и изотропным. Рассмотрим элементарный ооъем, находящийся Б условиях одноосного напряженного состояния {см. рис. 1.6) так что тензор напряжении имеет вид Ш--29/
Это соотношение является математической записью закона Гука, устанавливающего пропорциональную зависимость между напряжением и соответствующей линейной деформацией при одноосном напряженном состоянии. Коэффициент пропорциональности Е называется модулем продольной упругости или модулем Юнга. Он имеет размерность напряжений.
Наряду с увеличением размеров в направлении действия напряжения происходит уменьшение размеров в двух ортогональных направлениях (рисунок 1.6). Соответствующие деформации обозначим через еу(стх) и ez(cx), причем эти деформации отрицательны при положительных а и пропорциональны є;: foj=-/« fo,) При одновременном действии напряжений по трем ортогональным осям (см. рис. 1.7), когда отсутствуют касательные напряжения, для линейно-упругого материала справедлив принцип суперпозиции (наложения решений):
Моделирование продольной усадки с помощью тела Муни-Ривлина
В результате исследования промышленного производства пленки каландровым способом были накоплены экспериментальные данные, достаточные (общее количество проанализированных замеров составило порядка трехсот) для установления эмпирической зависимости между параметрами технологического режима, величинами управляющих воздействий и величинами продольной и поперечной усадки полимерных ПВХ пленок.
Модель разработана для линии, конфигурация которой представлена на рисунке 2.1. С помощью модели определяются величины продольной и поперечной усадок технических упаковочных пленок.
Данная модель рассматривает усадку как процесс полной релаксации деформационных напряжений, приложенных на линии, причем считается, что приобретенные на линии деформации сохраняются до момента реализации усадки, то есть. N-l N-1 St=JlSii=Yiri (70) ы м
Модель позволяет рассчитывать продольную усадку и использует математический аппарат, разработанный для случая одноосного растяжения. Модель разработана для класса строительных ПВХ пленок (для этого класса с помощью экспериментальных данных были определены значения эмпирических коэффициентов). Для таких пленок действуют требования к усадочным характеристикам, которые для поперечной усадки обычно выполняются без дополнительных управляющих воздействий. Поэтому для управления качеством строительных ПВХ-пленок каландровым методом пригодна модель, позволяющая рассчитывать только продольную усадку. При разработке модели был приняты следующий ряд допущений: Явление усадки (растяжения) - следствие приобретенных деформаций. Численное значение усадки (растяжения) не превышает величины приобретенной на участках вытяжки деформаций.
На каждом шаге алгоритма определяется максимальный по модулю корень с помощью "правила кольца11 /92/. Алгоритм повторяется итерационно для каждого участка линии, то есть N-1 раз. При этом потенциальная усадка рассчитывается по формуле (70).
Моделирование вязкоупругого поведения полимеров, учитывающее всю предысторию деформирования материала, основано на использовании интегральных уравнений линейной теории вязкоупругосги. При этом методы описания переходных режимов деформирования не проводят различий между сдвигом и растяжением, что обеспечивает единообразность конечных расчетных уравнений.
Важнейшим понятием в теории вязкоупругих сред является представление о линейности. Линейная теория вязкоупругосги основана на принципе суперпозиции Бопьцмана: все воздействия на среду независимы и аддитивны, причем ее реакция на эти воздействия линейна.
Переходный процесс изменения напряжения во времени описывается соотношением /20,21/:
Изменение переходного процесса может происходить непрерывно. В этом случае изменение напряжения оказывается непрерывной функцией времени, а сумма должна быть задана интегралом по всем предшествующим моментам времени:
Полный релаксационный спектр рассчитывается по результатам вискозиметрических испытании. Если на кривой течения удается определить только область течения с максимальной ньютоновской вязкостью, то величина минимального времени релаксации и, следовательно, верхняя граница спектра остаются неопределенными. В этом случае используются итерационио-экстрагюляииониые методы.
Релаксационные спекірм. расплавов всех полимеров можно приближенно описать выражениями следующего нила /3/; Щ0) = ЩО,) ори $у О ви (89) Щ&) = ( ) щи в Єм 9 щщ
Такая функциональная форма ршіаксашюнньгх спектров обеспечивает возможность их совмещения в логарифмических координатах (как показано на рис, 2.2,} Максимальное значение спектра {$)= Ч (0О)- 4/(0,) для большинства полимеров составляет около 0,1 - 0,3 МПа. Максимальное время релаксации 9Щ однозначно определяется средней молекулярной массой. Эффект ужшъшетт вязкости от скорости деформация (аномалия вязкости) в логарифмических координатах отобразится как смещение временной границы исходного еяектра (усечение спектра):
Следовательно, соотношение между характерными временами вт и будет сохраняться постоянным. Расчетные формулы для характерных времен релаксации представлены в работах /14,16,43/.
Графики зависимости вязкости от скорости сдвига при различных температурах показывают, что соответствующие кривые сдвигаются вниз при увеличении температуры. Динамические функции полимерных систем, отвечающие различным температурам, подобны друг другу, но сдвинуты вдоль оси частот на величину дг, называемой температурным фактором сдвига. Выбор температуры приведения при этом несущественен. В силу существования соотношений теории линейной вязкоупругости, изменение аргумента (частоты) отвечает такому же изменению шкалы частот для функции релаксации /1/. Это соответствует принципу температурно-частотной суперпозиции, позволяющему строить температурно-инвариантые функции релаксации (рис. 2.3).
Изменение вязкости в диапазонах температур переработки полимерных смесей при каландровании хорошо описывается эмпирическим соотношением /3/:
Пользовательский интерфейс программного комплекса для исследования и моделирования процессов усадки растяжения полимерной пленки
Программный комплекс предназначен для решения задач управления релаксационными свойствами полимерной плёнки. В его состав входят модели поведения плёнки в периоды производства и релаксации во время хранения или дальнейшей переработки различного типа: регрессионная, вероятностная, реологическая Муни-Ривлина, релаксационного спектра. Также в состав комплекса включены база данных (БД), содержащая сведения релаксационных свойствах, выявленных ранее в ходе заводских исследований, БД физических параметров компонентов сырьевой смеси, БД конфигураций линий производства.
Создание пользовательского интерфейса программного комплекса базировалось на следующих основных принципах /95, 99,106/ 1. Естественность (интуитивность)
Работа с системой не должна вызывать у пользователя сложностей в поиске необходимых директив (элементов интерфейса) для управления процессом решения поставленной задачи.
2, Непротиворечивость
Если в процессе работы с системой пользователем были использованы некоторые приемы работы с некоторой частью системы, то в другой части системы приемы работы должны быть идентичны. Также работа с системой через интерфейс должна соответствовать установленным, привычным для пользователя нормам (например, использование функциональных клавиш).
3 .Неизбыточность
Это означает, что пользователь должен вводить только минимальную информацию для работы или управления системой. Например, пользователь не должен вводить незначимые цифры (00010 вместо 10), Аналогично, нельзя требовать от пользователя ввести информацию, которая была предварительно введена или которая может быть автоматически получена из системы. Желательно использовать значения по умолчанию, где только возможно, чтобы минимизировать процесс ввода информации.
4. Непосредственный доступ к системе помощи.
В процессе работы необходимо, чтобы система обеспечивала пользователя необходимыми инструкциями. Система помощи отвечает трем основным аспектам - качество и количество обеспечиваемых команд; характер сообщений об ошибках и подтверждения того, что система делает. Сообщения об ошибках должны быть полезны и понятны пользователю.
5, Гибкость
Насколько хорошо интерфейс системы может обслуживать пользователя с различными уровнями подготовки? Для неопытных пользователей интерфейс может быть организован как иерархическая структура меню, а для опытных пользователей как команды, комбинации нажатий клавиш и параметры.
Интерфейс программного комплекса предоставляет пользователю возможность просмотра базы экспериментальных данных, дополнения этой модели/92,10U ЮЗ/
Разработанный программный комплекс для моделирования и исследования процессов усадки (растяжения) полимерной пленки отвечает требованиям современного каландрового производства. Применение комплекса значительно упрощает процесс выбора технологического режима (значений каналов управления) для обеспечения заданного качества производимых пленок с позиций релаксационных свойств (параметров усадки либо растяжения). Снижаются затраты на перенастройку линии при переходе на новый вид продукта, смене сырья, изменении условий функционирования линии (например, сезонное изменение температурных режимов на предприятии). Применение разработанного программного комплекса позволяет достичь экономического эффекта за счет снижения финансовых и временных затрат при управлении каландровыми линиями; снижения финансовых и временных затрат при перенастройке производства; снижения затрат на "компенсацию усадки" (то есть поставок потребителю материала с запасом, призванным компенсировать будущую возможную усадку пленки).
С помощью созданного комплекса для моделирования и исследования процессов усадки (растяжения) каландрованных полимерных пленок была произведена проверка адекватности разработанных моделей.
Проверка адекватности произведена по данным, собранным в заводских лабораториях каландрового производства компании «Клекнер Пенташтаст» в России и Германии, Кроме того, были использованы данные опубликованным лабораторией компании «ВМТ-Казань» и лабораторией университета Мартина Лютера (Германия) /120/. Относительная погрешность прогноза с помощью разработанных моделей не превысила 5% для заданных типов пленок, что соответствует требованиям, предъявляемым к моделям, функционирующим на современном каландровом производстве.
Проверка адекватности подтверждает работоспособность моделей и возможность их применения для различных режимов работы каландровых линий и различных типов полимерных пленок.
Проверка адекватности проводилась по данным, собранным лабораторией завода «Клекнер Пентапласт Рус» о релаксационных характеристиках упаковочных ПВХ пленок. Проверка (см. Табл. 4Л) показала пригодность регрессионной модели для прогноза релаксационных свойств каландрованных пленок указанного класса в широком диапазоне толщин.
Проверка адекватности модели на базе материала с релаксационным спектром
Разработанный программный комплекс для моделирования и исследования процессов усадки (растяжения) полимерной пленки отвечает требованиям современного каландрового производства. Применение комплекса значительно упрощает процесс выбора технологического режима (значений каналов управления) для обеспечения заданного качества производимых пленок с позиций релаксационных свойств (параметров усадки либо растяжения). Снижаются затраты на перенастройку линии при переходе на новый вид продукта, смене сырья, изменении условий функционирования линии (например, сезонное изменение температурных режимов на предприятии). Применение разработанного программного комплекса позволяет достичь экономического эффекта за счет снижения финансовых и временных затрат при управлении каландровыми линиями; снижения финансовых и временных затрат при перенастройке производства; снижения затрат на "компенсацию усадки" (то есть поставок потребителю материала с запасом, призванным компенсировать будущую возможную усадку пленки).
С помощью созданного комплекса для моделирования и исследования процессов усадки (растяжения) каландрованных полимерных пленок была произведена проверка адекватности разработанных моделей.
Проверка адекватности произведена по данным, собранным в заводских лабораториях каландрового производства компании «Клекнер Пенташтаст» в России и Германии, Кроме того, были использованы данные опубликованным лабораторией компании «ВМТ-Казань» и лабораторией университета Мартина Лютера (Германия) /120/. Относительная погрешность прогноза с помощью разработанных моделей не превысила 5% для заданных типов пленок, что соответствует требованиям, предъявляемым к моделям, функционирующим на современном каландровом производстве.
Проверка адекватности подтверждает работоспособность моделей и возможность их применения для различных режимов работы каландровых линий и различных типов полимерных пленок.
Проверка адекватности проводилась по данным, собранным лабораторией завода «Клекнер Пентапласт Рус» о релаксационных характеристиках упаковочных ПВХ пленок. Проверка (см. Табл. 4Л) показала пригодность регрессионной модели для прогноза релаксационных свойств каландрованных пленок указанного класса в широком диапазоне толщин.
Проверка адекватности проводилась по данным, собранным лабораторией завода «Клекнер Пентапласт Рус», а также на заводах компании «Клекнер Пентапласт» в Германии. Проверка показала (см. Табл. 4.2) пригодность модели к использованию для прогноза значений продольной усадки
Проверка адекватности модели па базе материала с релаксационным спектром.
Проверка адекватности проводилась по данным, собранным лабораторией завода «Клекнер Пентапласт Рус» о релаксационных характеристиках ПВХ пленок, данным, опубликованным лабораторией компании «ВМТ-Казань». Проверка (см. Табл. 4.3) показала пригодность разработанной модели для прогноза релаксационных свойств каландрованных пленок в достаточно широком диапазоне толщин, типов материалов и режимов переработки. Параметры материала для расчета значений выходов модели приняты с учетом результатов исследований рецептурных смесей для производства пленок каландрованием, предпринятых лабораторией университета Мартина Лютера /120/.
Для вычисления абсолютных и относительных погрешностей использовались программные комплексы для обработки экспериментальной информации Origin 6.1 (разработчик кампания Origin Lab Corporation), SPSS 12-0 (разработчик Lead Tech.) и Mini Tab (разработчик кампания Minitab Quality Companion), реализующие методы вычисления среднеквадратичной погрешности и проверки статистических гипотез.
Использование указанных пакетов статистической обработки информации позволило произвести проверку адекватности разработанных моделей с помощью F-критерия Фишера с уровнем доверительной вероятности 0,95 /81, 106, 109/. Проверка показала адекватность разработанных моделей для указанного уровня доверительной вероятности. Также успешно модель прошли проверку адекватности с помощью группы критериев ANOVA (критерий Брауна (А/КС), индекс Стейгера- Линда (RMSEA) индекс Джорескога (GFI))
На действующих производствах в составе комплекса функционирует информационное обеспечение (включающее базы данных о параметрах технологического процесса производства ПВХ-пленок, величинах усадки достигнутых при этом, параметрах каландровой линии, существующих моделях усадки и параметрах этих моделей для различных видов пленок). Программный комплекс предоставляет удобный графический интерфейс для прогнозирования значений усадки в зависимости от заданных параметров производственного процесса каландрования, выбора управляющих воздействий, а также для анализа ранее полученных результатов прогнозирование величины усадки полимерной пленки в зависимости от параметров технологического процесса ее производства; накопление, хранение и анализ информации об усадке; выбор канала управления усадочными свойствами каландрованной полимерной пленки
Кроме того, программный комплекс внедрен в учебный процесс кафедры САПР и У, где используется при подготовке инженеров-технологов и специалистов по проектированию и управлению технологическими процессами. Комплекс используется при изучении дисциплин Разработка САПР, Моделирование ХТС, Информационные технологии в проектировании. Копии актов о внедрении программного комплекса приведены в Приложении 1, а копия свидетельства об официально регистрации - в Приложении 2.
