Full Text

Введение Процесс производства изделий из автоклавного газобетона (АГБ) следует рассматривать как сложную иерархическую систему, состояние которой зависит от множества факторов. Для управления такими сложными системами необходимо использовать методы математического моделирования, что позволит систематизировать знания о производственных параметрах, а также повысит эффективность решений, принимаемых персоналом на различных постах и стадиях технологического процесса. Известно [1, 2], что основной проблемой при разработке математических моделей производства изделий из автоклавного газобетона является трудоемкость (а в ряде случаев невозможность) выявления различного рода связей между входными координатами, управляющими воздействиями и конечным результатом (качеством готового продукта). Это обусловлено нехваткой и разнородностью информации о текущем состоянии технологического процесса, поскольку отсутствует возможность измерения некоторых параметров полуфабриката на промежуточных стадиях процесса. По мнению многих авторов, моделирование многостадийного процесса, осложненного рядом взаимовлияющих координат, может существенно облегчиться, если рассматривать его как совокупность простых звеньев, каждое из которых характеризует элементарное влияние различных координат на качество готового продукта [3-5]. В таком случае входные координаты на отдельной стадии будут формировать вектор показателей промежуточного качества, который, в свою очередь, будет являться набором входных координат для следующей стадии (рис. 1). При такой интерпретации задачи моделирования основной проблемой является определение наиболее значимых управляющих факторов. Рис. 1. Взаимное влияние параметров на различных стадиях технологического процесса производства автоклавного газобетона 1. Выбор стадии производства автоклавного газобетона для управления качеством готового продукта В результате анализа технологического процесса производства автоклавного газобетона были выделены три основные стадии: дозирование компонентов и их перемешивание, предварительная выдержка массива до набора требуемой пластической прочности, автоклавная обработка полуфабриката для получения готового продукта. На стадии дозирования компонентов и их перемешивания осуществляется приготовление ячеистобетонной смеси требуемой однородности и с заданной температурой (). К входным параметрам данной стадии можно отнести все характеристики качества исходного сырья, параметры перемешивания. Однако с учетом особенностей сырьевой базы Пермского края выделим лишь наиболее важные из них, а именно: активность извести (), температура ее гашения (), время гашения (), содержание активного кремензема в песчаном шламе (), тонкость помола песчаного шлама (), плотность песчаного шлама (). В качестве управляющих воздействий будем рассматривать расходы основных компонентов ячеистобетонной смеси: портландцемента (Ц, ), извести (И, ), кремнеземистого компонента (песка) (П, ), воды (В, ), алюминиевой пудры (Al, ). При этом стоит учитывать, что непосредственно в технологической линии кремнеземистый компонент (кварцевый песок) применяется в виде песчаного шлама (Шл, ) - водной суспензии тонкомолотого кварцевого песка. На данной стадии управляющими воздействиями также будут являться скорость (vгбм) и время (?гбм) перемешивания ячеистобетонной смеси. На стадии предварительной выдержки массива осуществляется изотермический прогрев сырца для стабилизации поровой структуры массива, достижения химического равновесия в условиях медленного охлаждения массива () и набора им (массивом) требуемой пластической прочности (). Вектор входных параметров в данном случае будет складываться из следующих координат: температуры ячеистобетонной смеси (), вязкости свежеприготовленной ячеистобетонной смеси (?гбс). Управляющими воздействиями на стадии предварительной выдержки будут являться время () и температура () тепловой обработки. На стадии автоклавной обработки полуфабрикат-сырец подвергается запариванию при высокой температуре () и избыточном давлении () в течение определенного времени (). В результате автоклавирования полуфабрикат превращается в готовый продукт с комплексом качественных характеристик: прочностью при сжатии (), прочностью на растяжение при изгибе (), средней плотностью (), морозостойкостью (yF), теплопроводностью (y?), паропроницаемостью (y?), усадкой (y?l) [6]. С целью уменьшения размерности и сложности математической модели производственного процесса предлагается выбрать наиболее значимые факторы изменения качества готового продукта. Получению более точных и достоверных сведений о влиянии различных управлений на вектор характеристик готового продукта будет способствовать привлечение экспертной информации, которая позволит сформировать причинно-следственные связи между изменяемыми величинами и выходными координатами [7]. Рассмотрим задачу выбора наилучшего решения из заданного множества альтернатив. При этом решение будет приниматься в рамках небольшой группы экспертов. Под альтернативой в данном случае будем понимать ступень управления технологическим процессом производства (ТПП) автоклавного газобетона. Поскольку процесс производства АГБ является многостадийным, а качество самого изделия складывается из многих критериев, то за основу возьмем модель коллективного выбора на основе комплексного оценивания альтернатив в виде линейной свертки [8]. Примем, что количество допустимых альтернатив равно n, число экспертов - m. Количество частных показателей качества, характеризующих каждую из возможных альтернатив, равно r. При построении модели численное значение k-го частного показателя для i-й альтернативы обозначим , i = 1, …, n; k = 1, …, r, а значимость k-го частного показателя качества альтернативы обозначим как ?k. Численно все значения предпочтений и значимости задаются в диапазоне от 0 до 1, начиная с наихудшего (наименее значимого) и заканчивая наилучшим (наиболее значимым). Будем считать, что наилучшее решение для некоторого k-го частного показателя достигается при его максимальном значении. В нашем случае, когда квалификация эксперта не связана с экономическим смыслом частных показателей качества альтернативы, функция предпочтительности может быть записана следующим образом: (1) В качестве наилучшей альтернативы выбирается та, для которой выполняется условие (2) Другими словами, лучшей считается та альтернатива, для которой значение функции предпочтительности принимает максимальное значение. Для принятия коллективного решения были сформированы опросные листы, содержащие мнение десяти экспертов [9]. В первую очередь экспертам предлагалось дискретно оценить по шкале от 1 до 4 важность отдельных показателей готового продукта (прочность при сжатии, среднюю плотность, морозостойкость, теплопроводность и отпускную влажность), где 1 - не важен, 2 - важен незначительно, 3 - важен значительно, 4 - существенно важен. Необходимо отметить, что приведенная оценка важности (?k) рассчитывается как отношение k-го показателя важности к сумме всех показателей важности: (3) Результаты экспертных оценок важности отдельных показателей качества готового продукта представлены в табл. 1. Кроме того, перед экспертами был поставлен вопрос о том, какое влияние оказывает набор управлений на различных этапах технологического процесса на улучшение отдельных характеристик готового продукта (табл. 2). Таблица 1 Важность отдельных показателей качества готового продукта № п/п Показатель качества Важность, ?k Приведенная оценка важности, 1 Прочность при сжатии, Rсж, МПа 3,0 0,21 2 Средняя плотность, ?ср, кг/м3 3,7 0,25 3 Морозостойкость, F, циклы 3,2 0,22 4 Коэффициент теплопроводности, ?, Вт/(м·оС) 2,0 0,14 5 Отпускная влажность готового изделия, Wm, % 2,7 0,18 Таблица 2 Оценка предпочтительности альтернатив при управлении ТПП АГБ Код Наименование альтернативы Значения оценки, pr(xi) R ? F ? W x1 Дозировка 3,9 3,8 3,7 3,2 3,1 0,42 x2 Тепловая обработка 3,8 3,0 1,3 2,9 2,1 0,31 x3 Автоклавирование 3,7 1,3 1,3 3,0 2,9 0,27 По результатам оценки предпочтительности альтернатив можно сделать вывод, что т.е. наилучшие результаты по повышению качества готового продукта будут достигнуты при управлении процессом дозирования компонентов автоклавного газобетона. 2. Выбор факторов управления на стадии дозирования компонентов автоклавного газобетона Как известно [10], в состав газобетона автоклавного твердения входят известь, портландцемент, кремнеземистый компонент, газообразователь и вода. Соотношение указанных компонентов рассчитывается согласно СН 277-80, где в качестве необходимых и достаточных данных для расчета количества материала выступают соотношения n (доля цемента в известково-цементном вяжущем), Ссв (отношение массы кремнеземистого компонента к известково-цементному вяжущему), В/Т (отношение количества воды к массе сухих компонентов), Аи (активность извести), D (марка газобетона по средней плотности), а также другие справочные характеристики. Результаты ранее выполненных авторами исследований [11] показали, что на качество газобетона автоклавного твердения оказывает влияние также активность кремнеземистого компонента, вызванная его нестабильностью во времени. Это подтверждается сравнением результатов оценки стабильности различных сырьевых материалов по отдельным показателям качества с помощью контрольных карт изменения входных и выходных данных (рис. 2). Рис. 2. Карта статистического контроля качества сырьевых компонентов по показателю: а - активности извести; б - плотности песчаного шлама; в - содержания активного кремнезема в песке График контроля делится на четыре зоны, при этом на график наносятся три линии: линия среднего уровня оцениваемой величины, нижняя (НГС) и верхняя (ВГС) границы стабильности. Уровень стабильности качества представлен линиями вариативности, которые можно выразить следующими уравнениями: YВГС = Yт(1 + Vт), (4) YНГС = Yт(1 - Vт), (5) где YВГС - верхняя граница стабильности; YНГС - нижняя граница стабильности; Yт - среднее значение оцениваемой величины; Vт - значение коэффициента вариации, рассчитываемое по формуле (6) где Sт - среднеквадратичное отклонение оцениваемой величины. Анализируя приведенные данные, можно отметить относительное постоянство характеристики активности извести. Однако по другим характеристикам качества сырья: плотности песчаного шлама и содержанию кремнезема в песке, - такой стабильности не наблюдается. Заключение Таким образом, по результатам оценки предпочтительности альтернатив можно сделать вывод, что наилучшие результаты по повышению качества автоклавного газобетона будут достигнуты при управлении процессом дозирования компонентов автоклавного газобетона. При этом в качестве факторов управления в первую очередь следует рассматривать соотношения n (доля цемента в известково-цементном вяжущем), Ссв (отношение массы кремнеземистого компонента к известково-цементному вяжущему), а также содержание активного кремнезема (SiO2) в песке.

About the authors

V. A. Shamanov

Perm National Research Polytechnic University

V. A. Golubev

Perm National Research Polytechnic University

V. A. Kharitonov

Perm National Research Polytechnic University

S. V. Leont'ev

Perm National Research Polytechnic University

A. D. Kurzanov

Perm National Research Polytechnic University

References

Statistics

Views

Abstract - 36

PDF (Russian) - 32

Refbacks

• There are currently no refbacks.