Система поддержки принятия решений для управления производственной линией вулканизации изоляции силового кабеля

Аннотация


Предложена структурная модель системы поддержки принятия решения (СППР) для управления линией непрерывной вулканизации изоляции кабеля. СППР базируется на математической модели технологического процесса непрерывной вулканизации изоляции кабеля, базы данных, алгоритма коррекции режима. СППР позволит оперативно разработать новый режим в случае применения новых материалов или конструкций, а также корректировать текущий режим при внеплановых изменениях в ходе процесса производства. Ядром СППР является предложенная математическая модель, которая основана на законах сохранения и представлена в виде системы дифференциальных уравнений, замкнутых граничными условиями. Процесс вулканизации описан с учетом температурно-временной зависимости кинетических параметров, что позволило учесть неравномерность нагрева заготовки как в радиальном направлении, так и по длине. Численная реализация дифференциальной математической модели позволила провести системный анализ характера процессов в вулканизационной трубе и оценить влияние различных технологических, конструктивных и материальных параметров на степень завершенности вулканизации изоляции кабеля. В результате анализа выделены значимые параметры, существенно влияющие на степень завершенности процесса вулканизации. На основе полученных численных результатов построены технологические поверхности зависимости технологических параметров от геометрии изделия и свойств используемых материалов, предложена регрессионная математическая модель, которая позволяет определить значения управляющих параметров процесса, не прибегая к использованию математической модели. На основе результатов анализа предложен алгоритм коррекции технологического режима, учитывающий лишь значимые параметры процесса. Предложенный алгоритм позволяет корректировать величину скорости изолирования в зависимости от внешних воздействий и отклонений от заданных параметров. Результаты исследования могут быть использованы при производстве кабельно-проводниковой продукции с вулканизируемой изоляцией, когда необходимо оперативно выбрать технологический режим с учетом изменения в конструкции кабеля, свойств материала изоляции, а также возможные отклонения давления внутри вулканизационной трубы.

Полный текст

В связи с развитием строительной, машиностроительной и энергетической отраслей промышленности возрастает потребность в кабелях с вулканизированной резиновой изоляцией [1]. Такие изделия применяются для электроснабжения подвижных составов железнодорожного транспорта, горнодобывающих агрегатов, строительной техники, а также для зарядки электротранспорта. Процесс вулканизации является фундаментальным этапом при изготовлении резиновых изделий. Он играет важную роль в достижении точной формы с низким допуском, а также необходимых электротехнических и физико-механических свойств конечного продукта. Качество вулканизации изоляции имеет решающее значение для надежности и безопасности электрических систем и оборудования [2]. Поскольку получение качественного изделия зависит от многих параметров: геометрических, физических, кинетических, технологических, то необходимо провести системный анализ связи каждого из них с величиной степени сшивки и определить значимость параметров.В процессе производства кабелей с резиновой изоляцией все вышеперечисленные параметры могут значительно изменяться и приводить к существенным отклонениям в температурных полях и степени вулканизации [3; 4]. В настоящее время управление осуществляется по проектному решению, не учитывающему возможные изменения (например, изменение состава резины). Очевидно, что необходимо сформировать базу данных, разработать математические модели, описывающие процесс вулканизации и тепломассообмена в вулканизационной трубе и позволяющие определить необходимые управляющие воздействия, на основе которых реализовать системы поддержки принятия решения (СППР) для управления агрегатом непрерывной вулканизации кабельной изоляции.Внедрение СППР для управления установкой непрерывной вулканизации имеет несколько преимуществ. Прежде всего, система позволит значительно повысить точность и согласованность решений по управлению, снизить риск дефектов продукции и сократить количество брака, при этом определить причины технологических отклонений, что позволяет принимать более быстрые и эффективные меры.Благодаря использованию разработанной СППР анализ больших объемов данных и предоставление необходимой информации могут осуществляться в короткие промежутки времени непосредственно в процессе производства, что поможет оптимизировать производственные процессы и сократить количество отходов, тем самым повысит эффективность производства.Так как скорость процесса вулканизации зависит от температуры и времени пребывания материала при данной температуре, то для описания кинетического процесса необходимо рассматривать изменение температуры внутри исследуемой области во времени. В работах [5–13] предложен широкий класс математических моделей тепломассопереноса при исследовании процесса вулканизации для крупногабаритных изделий, в которых рассматриваемые процессы являются дискретными и протекают по иным законам. Вулканизация, или сшивка изоляции проходит внутри вулканизационной трубы, где заготовка перемещается с заданной скоростью, а среда внутри трубы (пар или азот) нагревается до заданных температур [14; 15]. Слои изоляции прогреваются неравномерно, отчего сшивка происходит с разной скоростью. Поэтому степень завершенности вулканизации неравномерна в радиальном и продольном направлении.Непрерывное управление вулканизационной установкой – это сложный процесс, включающий в себя множество переменных и параметров, которые необходимо тщательно отслеживать и контролировать, чтобы обеспечить выпуск высококачественного продукта [16]. Использование СППР может значительно повысить эффективность и точность процесса управления.Главная задача СППР – выработка рекомендаций для оператора линии по изменению технологических параметров, которые должны обеспечивать достижение и поддержание требуемых значений величины степени завершенности вулканизации.

Об авторах

И. Я. Дятлов

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Список литературы

  1. Смеси резиновые. определение вулканизационных характеристик с использованием безроторных реометров / ГОСТ Р 54547-2011. - М.: Стандартинформ, 2018. - 19 с.
  2. Митрохин А.А., Гусев К.Ю., Бурковский В.Л. Модели прогнозирования качества продукции потенциально опасного процесса вулканизации автомобильных шин // Вестник ВГТУ. - 2017. - № 3. - C. 28-33.
  3. Ghoreishy M.H.R. A state-of-the-art review on the mathematical modeling and computer simulation of rubber vulcanization process // Iranian Polymer Journal. - 2016. - Vol. 25. - P. 89-109. doi: 10.1007/s13726-015-0405-5.
  4. Моделирование кинетики неизотермической вулканизации массивных резиновых изделий / В.И. Молчанов, О.В. Карманова, С.Г.Тихомиров, Ю.В. Пятаков, А.В. Касперович // Труды БГТУ. - 2011. - №4. - С.100-104.
  5. Иванов С.Д., Гоппе Г.Г., Киргин Д.С. Математическое моделирование технологического процесса вулканизации // Вестник ИрГТУ. - 2012. - № 9. - С. 219-224.
  6. Корелин А.А., Дятлов И.Я., Труфанова Н.М. Численное исследование процесса сшивки полиэтилена в вулканизационной трубе в среде азота // Научно-Технический Вестник Поволжья. - 2019. - № 7. - С. 111-114.
  7. Rafei M., Ghoreishy M.H.R, Naderi G. Development of an advanced computer simulation technique for the modeling of rubber curing process // Computational Materials Science. - 2009. - Vol. 47. - P. 539-547. doi: 10.1016/j.commatsci.2009.09.022.
  8. Erfanian M.R., Anbarsooz M., Moghiman M. Three dimensional simulation of a rubber curing process considering variable order of reaction // Applied Mathematical Modelling. - 2016. - Vol. 40. - P. 8592-8604. doi: 10.1016/j.apm.2016.05.024.
  9. Труфанова Н.М., Пасынков Д.П. Математическая модель и численный анализ процесса вулканизации резиновой изоляции кабелей // Научно-технический вестник Поволжья. - 2014. - № 5. - C. 304-307.
  10. Mechanistic modeling of reversion phenomenon in sulphur cured natural rubber vulcanization kinetics / G. Milani, F. Leroy, F.D. Milani, R. Deterre // Polymer Testing. - 2013. - Vol. 32. - P. 1052-1063. doi: 10.1016/j.polymertesting.2013.06.002.
  11. Milani G., Milani F. Iterative robust numerical procedure for the determination of kinetic constants in Han’s model for NR cured with sulphur // Journal of Mathematical Chemistry. - 2015. - Vol. 53. - P.1363-1379. doi: 10.1007/s10910-015-0493-7.
  12. Milani G., Milani F. Curing degree prediction for S-TBBS-DPG natural rubber by means of a simple numerical model accounting for reversion and linear interaction // Polymer Testing. - 2016. - Vol. 52. - P. 9-23. doi: 10.1016/j.polymertesting.2016.03.015.
  13. Кузнецов А.С., Корнюшко В.Ф. Математические модели реограмм состояния в программах tablecurve 2d/3d как основа интеллектуальной системы управления процессами структурирования многокомпонентных эластомерных композитов // Программные продукты и системы. - 2017. - № 4(30). - С. 770-777.
  14. Дятлов И.Я., Труфанова Н.М. Исследование процесса вулканизации резиновой смеси при помощи ротационного реометра // Научно-Технический Вестник Поволжья. - 2018. - № 7. - С. 91-94.
  15. Дятлов И.Я., Труфанова Н.М. Описание вулканизационных кривых при помощи трехпараметрического уравнения // Электротехника. - 2020. - № 11. - С. 34-38.
  16. Milani G., Milani F. Genetic algorithm for the optimization of rubber insulated high voltage power cables production lines // Computers and Chemical Engineering. - 2008. - Vol. 32. - P. 3198-3212.
  17. Дятлов И.Я., Труфанова Н.М. Управление производственной линией вулканизации изоляции силового кабеля // Прикладная математика и вопросы управления. - 2021. - № 3. - С. 81-94.

Статистика

Просмотры

Аннотация - 112

PDF (Russian) - 133

Ссылки

  • Ссылки не определены.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах