автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация технологических процессов производства асфальтобетонных смесей для дорожного строительства с использованием ультразвуковых технологий

БОРЩ ВИТАЛИЙ ВИКТОРОВИЧ

АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ ДЛЯ ДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (строительство)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 2015 005570623

005570623

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)» на кафедре «Автоматизированные системы управления»

Официальные Кочетков Андрей Викторович, доктор технических наук, оппоненты: профессор, профессор кафедры транспортного строительства ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.», г. Саратов

Подольский Владислав Петрович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой строительства и эксплуатации автомобильных дорог, руководитель научно-исследовательского центра «Экодор» ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный архитектурно-строительный университет», г. Воронеж

Попов Валерий Петрович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Технологии и организации строительного производства» ФГБОУ ВПО «Самарский государственный архитектурно-строительный университет», г. Самара Ведущая организация: Открытое акционерное общество «Научно-исследовательский институт московского строительства» (ОАО «НИИМосстрой»), г. Москва.

Защита состоится 3 июля 2015 г. в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.126.05 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)» по адресу: 125319, г. Москва, Ленинградский проспект, д.64, ауд. 42.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАДИ.

Автореферат разослан « у? 2015 года.

Отзывы на автореферат в "двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять в адрес диссертационного совета.

Телефон для справок: (499) 155-93-24

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.126.05, кандидат технических наук, доцент

0А %-т. Н.В. Михайлова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность

Срок службы асфальтобетонных (АБ) покрытий в нашей стране существенно ниже аналогичных показателей стран с развитой рыночной экономикой. Низкий срок службы асфальтобетонных покрытий связан с высокой вариацией качества асфальтобетона. Это происходит из-за нестабильности характеристик компонентов, неконтролируемых изменений свойств смеси при ее транспортировке, нестабильности параметров ее укладки и уплотнения. Особо остро эта проблема встает при использовании местных материалов. Основные слагаемые успешной реализации программы качества при строительстве дорог и устройстве дорожных покрытий состоят в создании эффективной системы контроля качества, как на стадии устройства покрытия, так и на предприятиях-изготовителях, производящих асфальтобетонные смеси. В процессе технологических операций должно происходить направленное структурообразование асфальтобетона.

Жизненный цикл инженерного сооружения - хронологически выраженная последовательность этапов создания (добычи и переработки сырья, производства дорожно-строительных, эксплуатационных и конструкционных материалов), производства (строительства, реконструкции), использования, восстановления работоспособности и утилизации. Для автомобильной дороги жизненный цикл включает этапы: 1 -подготовительные работы; 2 - сооружение земляного полотна; 3 - устройство дорожной одежды; 4 - ремонт дороги; 5 - содержание дороги; 6 -эксплуатация (движение транспорта по дороге); 7 - разработка карьеров и резервов, добыча и транспортирование материалов, утилизация конструкций мостов, путепроводов, материалов дорожной одежды.

Одним из факторов, приводящих к снижению эксплуатационных характеристик дорожных одежд является термоокислительная деструкция асфальтобетона. В связи с этим, одним из перспективных направлений модифицирования битума является повышение адгезии битума к каменным материалам и придание вяжущему материалу устойчивости к термоокислительной деструкции. Повышение адгезии битума к каменным материалам может быть достигнуто введением поверхностно-активных веществ (ПАВ), а также виброакустическим воздействием на битум в процессе производства асфальтобетонных смесей (АБС). Одним из видов виброакустического воздействия является ультразвуковое (УЗ) воздействие. Для оценки влияния УЗ воздействия на битум необходимо провести многочисленные эксперименты, в которых рассматривается большое количество факторов, что определяет необходимость автоматизации процессов планирования экспериментов, получения и обработки экспериментальных данных. Такой подход предполагает создание базы данных (БД), которая представляет собой информационную основу для формирования управляющих решений с использованием специализированной информационно-аналитической системы.

Контроль качества асфальтобетонных смесей (АБС) является актуальной задачей, так как от него напрямую зависит качество дорожного покрытия и, как следствие, безопасность дорожного движения. Причем показатель качества необходимо контролировать на протяжении всего жизненного цикла АБС.

Диссертация посвящена решению проблемы повышения качества АБС за счет УЗ обработки битума и автоматизации процедур информационно-логистической поддержки технологических процессов изготовления АБС с использованием технологий ультразвуковой обработки битума, а также контроля качества дорожного покрытия с использованием специализированной информационно-аналитической системы.

В работе предлагается база моделей, режимов ультразвуковой обработки, номенклатуры исходных материалов, составов смесей, результатов контроля качества. С ее использованием в оперативном режиме в ходе мониторинга технологического процесса производства АБС решается вопрос о выборе того или иного варианта УЗ обработки АБС, с конкретными параметрами, обеспечивающими заданное качество производимой продукции.

Целью работы является повышение качества и эффективности дорожно-строительных работ за счет разработки и внедрения ультразвуковых технологий при производстве асфальтобетонных смесей и автоматизации мониторинга качества дорожного покрытия.

В соответствии с поставленной целью в диссертации решаются задачи:

1. Системный анализ производства АБС, технологий УЗ обработки, моделей оценивания прочности асфальтобетона, а также методов автоматизации и инструментальных средств оценки качества дорожного полотна.

2. Формальная декомпозиция технологических процессов производства АБС при строительстве автомобильных дорог с АБ покрытием.

3. Систематизация свойств компонентов АБС и разработка системы мониторинга характеристик с учетом влияния УЗ обработки.

4. Формирование критериев и анализ показателей качества работы установки по производству АБС с УЗ обработкой битума.

5. Разработка моделей и комплексных показателей качества АБС и дорожного полотна.

6. Разработка модели множественной регрессии планирования эксперимента по оценке влияния характеристик компонентов и технологических процессов производства АБС на комплексные критерии качества АБ и дорожного полотна.

7. Разработка информационно-аналитической системы поддержки управленческих решений производства АБС для строительства автомобильных дорог с АБ покрытием.

8. Статистический анализ данных по оценке качества АБС и поиск зависимостей влияния характеристик материалов и показателей

производственных процессов на качество дорожных покрытий с учетом УЗ обработки битума.

Методы исследования

При работе над диссертацией использованы общая теория систем, теория баз данных, методы оптимизации, системный анализ, теория ультразвуковой обработки, методы планирования эксперимента регрессионный анализ, дисперсионный анализ и другие методы многомерного статистического анализа.

Научная новизна

Научную новизну работы составляет методы и модели автоматизации производства АБС и технологических процессов ультразвуковой обработки битума, а также автоматизации мониторинга качества АБ покрытий дорожного полотна.

На защиту выносятся:

• формальная декомпозиция технологических процессов производства АБС для строительства автомобильных дорог с АБ покрытием;

• модели структур данных по оценке влияния характеристик компонентов и параметров УЗ обработки битума на качество АБ покрытия;

• схема технологического процесса производства АБС с использованием УЗ технологий;

• комплексный показатель качества, основанный на результатах оценки прочности АБ, двухмассовой модели оценки продольной ровности и процедуре пороговой бинаризации расчета поперечной ровности;

• модель множественной регрессии оценки влияния показателей компонентов и технологических процессов производства АБС на комплексный критерии качества АБ и дорожного полотна;

• модели влияния УЗ обработки битума на его свойства, показатели качества АБС и АБ покрытия.

Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов

Обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов, изложенных в работе, определяется корректным использованием современных математических методов, согласованным сравнительным анализом аналитических и экспериментальных зависимостей. Достоверность положений и выводов диссертации подтверждена положительными результатами внедрения разработок в ряде организаций.

Практическая ценность

Научные результаты, полученные в диссертации, доведены до практического использования. Разработана информационно-аналитическая система оценки эффективности технологических процессов ремонтных и дорожно-строительных работ автомагистралей. Разработанные методы и алгоритмы прошли апробацию и внедрены для практического применения в ряде строительных организаций, а также используются в учебном процессе в МАДИ.

Апробация работы

Содержание разделов диссертации докладывалось и получило одобрение:

• на республиканских и межрегиональных научно-технических конференциях, симпозиумах и семинарах (2000-2015 гг.);

• на расширенном заседании кафедры «Автоматизированные системы управления» с приглашением представителей кафедры «Технологии конструкционных материалов» МАДИ.

Публикации

По материалам диссертационной работы опубликовано 45 научных работ, в том числе 1 монография, 15 статей журналах, включённых в перечень рецензируемых научных журналов и изданий для опубликования основных результатов научных диссертаций, 29 статей в сборниках научных трудов и других изданиях.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников и приложения. Текст диссертации изложен на 249 страницах, включая 128 рисунков и 40 таблиц. Список литературы включает 228 наименований отечественных и зарубежных источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Структура работы соответствует списку перечисленных задач, содержит описание разработанных методов, моделей и методик.

Во введении обосновывается актуальность работы. Ставятся цели и задачи исследований. Приводится краткое содержание глав диссертации.

В первой главе диссертации «Системный анализ методов, моделей и технологических процессов производства асфальтобетона» выполнен анализ технологических процессов производства АБС, результатов исследований российских и зарубежных научных школ по их автоматизации, а также, по оценке качества асфальтобетонных покрытий дорожного полотна.

Следует отметить, что поверхностное взаимодействие битума с каменным заполнителем несомненно зависит от активности в этом процессе битума. В свою очередь, активность битума зависит от вязкости, температуры и адгезионных свойств каменного материала. Активность взаимодействия может быть интенсифицирована дополнительным нагревом битума, повышающем его текучесть и ультразвуковым воздействием в момент соприкосновения потока битума с поверхностью каменного материала. Вероятно, что при предварительном ультразвуковом воздействии, как и при предварительном разогреве битума, процесс этого взаимодействия пойдет интенсивнее. Интенсификация адгезионных свойств битума зависит от времени УЗ воздействия, амплитуды и частоты УЗ колебаний и постепенно ослабевает. Определенное влияние оказывает и масса обрабатываемого ультразвуком битума. Таким образом, УЗ обработка

битума приводит к повышению адгезионных свойств, и как следствие, к возможности сокращения процентной доли битума в составе АБС и повышению качества АБС, что выражается в увеличении срока службы дорожных покрытий.

В диссертации проведен анализ основных методов оценки свойств битума и влияния УЗ обработки на его свойства. При этом выделяют три основные группы: асфальтены, смолы, масла, свойства которых наиболее подробно описаны в работах акад. С.Р.Сергиенко, А.С.Колбановской, Д.А.Розенталя, Р.Б.Гуна, З.И.Сюняева, Ю.В.Поконовой и др. Влияние многочисленных параметров на свойства битума, в том числе температуры рассмотрены в работах Д.О.Гольдберга, С.Э.Крейна, П.Эткинса и др. Комплексные исследования структурно-механических свойств битума проведены Н.В.Михайловым и его сотрудниками (С.Л.Шалыт, С.К.Носков, П.И.Торшенина), Н.В.Горелышевым, А.С.Колбановской, И.М.Руденской, А.В.Руденским, В.А.Золотаревым, В.Д.Портнягиным, Э.В. Котлярским, а также Ф.Эйрихом, М. Рейнером и С.Уал <1сг Рое1. В результате этих исследований были впервые получены полные реологические кривые и разработаны новые качественные характеристики битумов. В МАДИ создана научная школа под руководством члена-корреспондента РАН Приходько В.М., которм известна своими трудами в области УЗ обработки.

Попытки ряда ученых получить коэффициенты между условными и реологическими характеристиками, в основном, не дали результатов. Для описания и оценки реологических свойств битума могут быть задействованы различные характеристики. Наиболее распространенной является индекс пенетрации (или глубины проникновения иглы). В ряде работ показаны температурные зависимости глубины проникания иглы и получены достаточно простые аппроксимационные зависимости = Л Т + С,

где С - степень твердости битума, Т - температурный режим, А -температурная чувствительность битума, которая графически определяется как тангенс угла наклона для зависимости логарифма пенетрации от температуры.

Упругость также является одной из важных характеристик битума и имеет существенное значение для его работоспособности в конструкции дорожной одежды. Однако, в данном направлении объем проведенных исследований достаточно ограничен. Это объясняется тем, что для ряда битумов в интервале температур от 5 до 25°С характерна относительно малая упругость, поэтому они, в основном, характеризуются вязкостью. Также вместо показателя упругости зачастую используют растяжимость.

Так, в качестве модели растягиваемого битумного образца принимается, вязкоупругий прут. После разрезания и последующего растяжения напряжение становится нулевым а(1)=0 и соответствующее уравнение в

(¡2Е ск

дифференциальной форме представляется как: К}-+ К4 — = (). Упругий

Ш1 Л

реверс е

= е0-е(/)

вычисляется на основании е

1-е

При 1=оо деформация представляет необратимое явление и асимптотически стремится к константе. Одной из расчетных формул упругого реверса или

1-е

эластичности является ---100%, где с" - длина выбранной половинки

а

образца, которая измеряется после одного часа (мм); с' - длина выбранной половинки образца, которая измеряется после двух минут (мм); I - половина растяжимости после завершения растяжения образца, которая определяется между формами дуктиломера, мм.; а - половина вытяжки образца, измеренного в дуктилометре.

Сегодня автоматизация затрагивает буквально все сферы производства и, в первую очередь, наукоемкие производства и производства со сложным технологическим процессом, к числу которых относится и производство АБС. Качество АБС определяется большим числом параметров. Это и характеристики исходных материалов, сбои и ошибки технологического процесса, исправность оборудования и другие параметры.

Далее решается задача формальной декомпозиции технологических процессов производства АБС при строительстве автомобильных дорог с АБ покрытием. В результате проведенного анализа операций была предложна схема управления (рис.1.), включающая подсистемы поставки сырья и материалов, непосредственного производства асфальтобетонной смеси, оценку показателей качества смеси и др.

Поставки | Щебень | | Песок | ^ ¡ Порошок]

Измерения показателей {-----ы ХР

Суш. барабан

Рецептура

Показатели смеси

Объекты

сю

С сю с*Ь~)

та^ I §§

Складирование

)

УЗ-обработка битума

с -Х^ХВ(ХВ-,Х"УЗГ) УЗ-очистка

накопителя

хсхх^хв'хм'хвУ

ус=ус(хсгахи1)' ¿.'м^

И

гС=2С(УСт©Еит)т

Характеристики дорожного плотна

Рис. 1. Потоковая схема производства и использования АБС

Одной из основных задач в рамках решения проблем

комплексной автоматизации производственных процессов как в промышленности, так и в строительстве, а также с позиций моделирования управленческих решений является построение адекватной модели объекта управления. Это относится как к вопросам теории управления, так и к строительству автомобильных дорог, включая процессы производства асфальтобетонной смеси и последующих работ по формированию дорожного полотна.

Естественно, что при разработке соответствующей модели требуется привлечение разнообразных методов и подходов, в том числе основанных на общей теории систем, которая направлена на решение вопросов понижения размерности. Один из возможных вариантов снижения размерности является применение декомпозиционных подходов, в том числе и многоуровневых.

Решение общей проблемы многоуровневой координации в системе управления с достаточной адекватностью можно исследовать для случая двухуровневой системы. Естественно, что двухуровневые системы значительно проще, однако, использую декомпозиционные правила они создают базу для автоматического формирования многоуровневой системы управления.

Во второй главе «Система мониторинга основных характеристик компонентов АБС и анализа влияния УЗ обработки на свойства битума» выполнен анализ и систематизация свойств компонентов АБС, а именно щебня, песка и минерального порошка. Кроме того, для битума выполнен анализ влияния УЗ обработки на его свойства. Для всех компонентов, а они являются исходными факторами для оценки показателей качества АБС, в диссертации разработана структура базы данных (БД), отражающая динамику свойств поставляемого сырья, что позволяет реализовать мониторинг поставщиков после оценки качества получаемой АБС.

Для всех компонентов, а они являются исходными факторами для оценки показателей качества АБС, в диссертации разработана структура БД, отражающая динамику свойств поставляемого сырья, что позволяет реализовать мониторинг поставщиков после оценки качества получаемой АБС.

По щебню вектор-столбец параметров равен Х1?=(хГ|, хг2,..., хг\7)т, где ХР\ - вид щебня (ВЩ); хг2 - поставщик щебня (ПЩ); хгу - дата (ДЩ), хг4 -насыпная плотность в естественном состоянии (ПЕЩ), хг5 - насыпная плотность в сухом состоянии (ПСЩ), хг6 - влажность (ВЩ), хг7 - лещадность (ЛЩ), хг8 - содержание пыли и глины (ГТГЩ), хг9 - прочность (ПРЩ), хг,0 -вес навески (ЩЕ), хг\\ - процент частного остатка по ситу с диаметром (1025, 2-020, 3-015, 4-01,5, 5-010, 6-05, 7-0<5).

При этом корреляционная матрица показателей частного остатка (табл.1.) имеет достаточно большие значения, что позволяет сократить количество исходных параметров.

Таблица 1. - Матрица корреляций частного остатка

Correlations (Поставки_з1)

Marked correlations are significant at p < ,05000

N=29 (Casewise deletion of missing data)___

Variable Means | Std.Dev. С1Щ С2Щ СЗЩ С4Щ С5Щ С6Щ С7Щ

С1Щ 0,04 0,11 1,00 0,69 0,09 -0,15 -0,20 -0,08 -0,09

С2Щ 6,96 4,88 0,69 1,00 0,60 0,17 -0,21 -0,59 -0,44

СЗЩ 32,08 13,45 0,09 0,60 1,00 0.47 -0,09 -0,88 -0,66

С4Щ 20,19 10,65 -0,15 0,17 0,47 1,00 -0,07 0,74 -0 54

C5LL| 13,03 4,93 -0,20 -0,21 -0,09 -0,07 1,00 0,03 -0,30

С6Щ 22,78 17,90 -0,08 -0,59 -0,88 ■0,74 0,03 1,00 0,60

С7Щ 4,92 7,70 -0,09 -0,44 -0,66 -0,54 -0,30 0,60 1,00

К локальным расчетным показателям свойств щебня относится пустотность и битумоемкость.

По песку вектор-столбец параметров равен Х8=(х?ь .., Х5|8)т, где Х5| - класс песка (КП), х?2 - поставщик (ПП), ххз - дата (ДТП), - насыпная плотность в естественном состоянии (ПЕП), х?5 - насыпная плотность в сухом состоянии (ПСП), Х56 - влажность (ВП), Х57 - гравелистостьЮ (Г1П), XV8 - гравелистость5 (Г5П), х?9 - содержание пыли и глины (ПГП), Х510 -содержание глины в комах (ГКП), - процент частного остатка по ситу с диаметром (1-02,5, 2-01,25, 3-00,63, 4-00,315, 5-00,16, 6-00,071, 7-0<О,О71) - ЧОШ, Х518 - вес навески (НП).

Проведенный анализ показал, что для показателей крупности песка корреляции имеют еще больше значения. В связи с этим, для оценки информативности показателей, был проведен факторный анализ, результаты которого представлены на рис.2.

Eigenvalues (Г1оставки_Песок_1^а) Extraction: Principal components ...

Eigenvalue j % Total Cumulative Cumulative **

Value - variance Eiqenvalue ! %

1 4,58 65,39 4,58 65,39 f "

2 1,34 19.08 5,91 84.47

3 0,71 10,20 6,63 94,68 ...

4 0,26 3,74 6,89 98,41

5 0,09 1,29 6,98 99,71 D 0

6 0,02 0,29 7,00 100,00

а) таблица информативности факторов б) график собственных значений

Рис.2. Результаты факторного анализа крупности песка

Как видно из графика имеет место достаточно большое различие информативности. При этом таблица показывает, что для описания характеристик песка в моделях оценки влияния на показатели асфальтобетона достаточно трех агрегированных показателей.

К локальным расчетным показателям свойств песка относится пустотность, гравелистость и модуль крупности.

По минеральному порошку ХМ=(.Ш|, х/я2,..., хш\т), где хт\ - марка порошка (ММ), хт2 - поставщик (ПМ), хт3 - дата (ДМ)гх/-и4 - влажность (ВМ), хт5 - остаток на сите 0,071 (ОМ), хть - проход (ПМ).

К локальным расчетным показателям свойств минерального порошка относится зерновой состав, плотность, битумоемкость.

По битуму вектор-столбец параметров равен ХВ=(хЬь хЬ2,..., хЬ\ь)т, где хЬ\ - марка битума (МБ), хЬг - поставщик (ПБ), хЪъ - дата (ДТБ), хЬ4 - пенетрация при 25°С 1-е испытание (А1Б), хЬ5 - пенетрация при 25°С 2-е испытание (А1Б), хЬ6 - пенетрация при 25°С 3-е испытание (АЗБ), хЬп -среднее значение пенетрации (АСР=(А1+ А1+А1)/3).

К локальным расчетным показателям свойств битума относятся реологические характеристики и пенетрация (соответствие ГОСТ 22245-90). Для имеющихся данных по поставкам битума распределения среднего значения пенетрации приведены на рис.3.

Для полученного распределения можно сделать вывод о наличии выбросов и достаточно нерегулярном характере, отличающемся от нормального распределения.

Далее в работе рассматриваются вопросы автоматизации исследований базовых экспериментальных моделей оценки влияния ультразвуковой обработки битума. Ниже приведена обобщенная таблица экспериментов по оценке показателей (табл.2.).

В ходе проведенных в работе исследований первоначально определялись значения базовых показателей неозвученного битума. Затем, после выбора на основе моделей факторного планирования комбинаций значений мощности, времени и частоты, выполнялся расчет вторичных показателей.

а) гистограмма б) тренд по датам поставок

Рис.3. Распределение среднего значения пенетрации

Таблица 2. - Влияние УЗ обработки битумов на его характеристики

1. Зависимость скорости деформации от напряжения сдвига

2. Зависимость вязкости от скорости деформации

3. Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры

4. Зависимость диэлектрической проницаемости от времени, при температуре испытания 100°С, 120°С и 140°С (при ограничении времени озвучивания до 5 минут)

5. Зависимость поверхностного натяжения от температуры

6. Сцепление с поверхностью гранитных и мраморных материалов при различной вязкости

7. Изменение парамагнитных свойств

8. Измерение концентрации парамагнитных центров битума в зависимости от его содержания в асфальтовом вяжущем на кварцевом порошке

9. Изменение концентрации парамагнитных центров битума в зависимости от его содержания в асфальтовом вяжущем на известняковом порошке

10. Показатели парамагнитных свойств битумов и асфальтовых вяжущих

11. Диэлектрическая проницаемость битумов при температуре + 120"С и различной длительности УЗ обработки

Проведенный анализ моделей экспериментальных данных, которые в различное время были получены разными исследователями и лично автором показал, что все они представлены в различной форме. Для решения задачи автоматизации планирования эксперимента необходимо представить данные в виде универсальной реляционной модели данных, а также сформировать комплексную схему расчета вторичных параметров дисперсионных, регрессионных, факторных и других моделей разведочного и многомерного анализа данных. Кроме того, предложенная структуризация данных экспериментов имеет возможность достаточно простого расширения в плане семантики регистрации новых экспериментов. Это реализовано на основе создания базы данных экспериментов, включающей как аналитические зависимости, так и экспертные оценки, которые являются результатом расчета новых экспериментов.

Далее в работе проведен анализ влияния УЗ обработки на различные свойства битума. Активация битумов в работе выполнялась с использованием лабораторной установки УЗДН-1. Изначально были сформирован план эксперимента по формированию комбинаций факторов длительности, частоты, мощности и других параметров озвучивания. Затем по единой методике и с использованием необходимого дополнительного оборудования выполнялся сам эксперимент.

Был проведен анализ данных по оценке показателя полярности битума, который может характеризоваться дипольным моментом, поверхностным натяжением и рядом других характеристик, включая диэлектрическую проницаемость (ДП). Так, ДП определяется соотношением ЕХ=(СХ-С„)/СК Ех = С/г - емкость проводников конденсатора, Ск -межэлектродная

емкость. Сх - общая емкость для процедуры заполнения межэлектродного пространства битумов.

Для анализа взаимосвязи полученных значений показателей был проведен дисперсионный и факторный анализ. В плане представления результатов эксперимента использовалась двухфакторная модель анализа с применением различных вариаций свободных переменных.

Предполагалось, что в ходе эксперимента меняются факторы А и В. Для случая К измерений модель дисперсионного анализа имеет вид:

Уук=Ьу+£ик, 1=1..1; ]=1.Л; к=1..К; ер ~ МО,а2).

Коэффициенты ру могут быть преобразованы к виду:

где Ь.. - полностью усредненный отклик; (Ь,*-Ь.») - средний эффект 1-го фактора на уровне (Ь^-Ь..) - средний эффект 2-го фактора на уровне (Ьу-Ь;--Ь.]-1-Ь(3».) - взаимодействие между 1-ым и 2-ым факторами на уровнях 1 и ].

Для оценки влияния времени УЗ обработки на свойства битума проведена серия экспериментов по выявлению зависимостей, представленных в табл.3.

Получены значения средних значений всех показателей свойств битума от времени УЗ обработки. Однако, все показатели измеряются в различных единицах и имеют различный порядок шкал, поэтому для визуального анализа построены диаграммы многомерного анализа (рис.4.).

Анализ данных полученных графиков показывает, что на показатель вязкости при 150°С ультразвук оказывает наибольшее воздействия. Адгезия битума к каменным материалам оценивалась, как визуально (исходя из площади покрытия битумом каменного материала), так и весовым методом (на основе потерянной массы выбранного образца после его кипячения).

Таблица 3. - Влияние времени УЗ обработки на свойства битума

N Зависимость Идентификатор

1 пенетрации - 25°С, дмм ГПИ 25

2 пенетрации - 0°С, дмм ГПИ 0

3 температуры размягчения, °С Т КИШ

4 растяжимости при 25°С , см Рас 25

5 вязкости при 150°С Вяз 150

6 адгезионных свойств по площади визуально Адг площ

7 адгезионных свойств по проценту оставшейся пленки после кипячения, % Адг__Пленка

1 1 ■ ч 1 ■ 7=20 I 1 ш 1 Ж Я Т = 60 Let >о right ГП И_25 ГПИ_о Pnc_2S

- = 180 Адг_ ппоц Адг^Ппепко

Рис.4.

Многомерная диаграмма свойств при заданном времени

Остальные показатели, а именно, температура размягчения по кольцу и шару (КИШ), пенетрации при 0 и при 25°С, растяжимости при 25°С практически не изменяются с увеличением времени УЗ обработки. Это определяется тем, что активация битума ультразвуком имеет временной характер, а классические методики оценки данных показателей предполагают исследование остывшего битума.

В дальнейших исследованиях применялись методы, позволяющие определить адгезионные свойства битумов, характер изменения их структуры под действием ультразвука, а также установить механизм УЗ активации для целенаправленного использования ее в технологии асфальтобетона.

Оценка адгезии выполнялась на основе расчета потери массы битума, который был непосредственно нанесен на образец до и после испытания. Также определялась потеря площади битума до и после испытания для поверхности различных каменных материалов.

Дисперсионный анализ экспериментальных данных (рис.5.) показал существенную зависимость адгезионных свойств битумов от факта УЗ обработки в сторону улучшения. При этом прирост показателя сцепления не зависит существенным образом от различия минеральных материалов.

Тмин РП. 5=55Д13

Лп-оипо,т^я Г»Ч V.

0«рт1« сгаябцы р.вны 035 ! г 1.1. ^

и2*т. мне среди« Ге№Щ ЗФЗект. Р(5.а8)=.а0795.р;.54975 деюмлозицив ГИТОТОЫ Вьсти* сга/Оцы равны 0.95 доеермте)ъмы. интервалов

а) при нанесении на мрамор и гранит б) для различных температур Рис. 5. Влияние УЗ обработки Такое поведение озвученных битумов предъявляет соответствующие технологические требования к производству асфальтобетона. Они диктуют необходимость объединения минеральных материалов с озвученным битумом сразу после завершения воздействия. Также показано влияние временных показателей обработки на свойства АБС.

На данный момент базовые методики оценки показателей качества битума основываются на формировании экспертных оценок показателей адгезионных свойств. Кроме того, имеют место методики экспертной оценки сравнительного анализа вязкости. При этом проведенный в работе анализ показал отсутствие возможности получения количественных оценок показателей для моделей множественной регрессии. Для сравнительного анализа адгезионных показателей в случае вариации технологией обработки битума в работе предлагается использование метода Дельфи, суть которого состоит в оценке вероятности принадлежности показателя некоторому

интервалу. Пространство оценивания представляет собой множество действительных чисел Г2=Е|, пространство эксперта несколько отличается и представляет декартово произведение Пэ={2еЕз|2^=Т, г^О}. При проведении экспертизы все эксперты изолированы и имеет место обратная связь. Так, по окончанию обработки каждого этапа экспертам предоставляется медиана результирующего распределения ~ Р(Т<Ц2}=0.5 и рассчитанные значения диапазонов квантилей Дц=ц3-ц| Р(Т<Ц1}=0,25, Я(Т<Чз}=0,75.

В третьей главе «Разработка оборудования и технологических процессов производства АБС с использованием ультразвуковых технологий» рассмотрены вопросы создания эффективных технологических процессов производства АБС, основанных на использовании УЗ технологий. Асфальтобетонные заводы (АБЗ) являются важными производственными предприятиями дорожно-строительной отрасли и предназначены для выпуска асфальтобетонных смесей (АБС) различной рецептуры в целях дорожного строительства, ремонта асфальтобетонного покрытия и реконструкции дорог.

Перечень технологических операций, реализуемых в рамках производственной деятельности АБЗ, а также весь комплекс технологического обеспечения, намного шире совокупности технологических операций смесительной установки по приготовлению смесей различных рецептур. АБЗ представляет достаточно сложную техническую систему, которая включает многочисленный комплекс оборудования и машин, имеющих наукоемкую компоненту автоматизации управления и поддержки управленческих решений.

Для управления смесительной установкой используется ряд параметров, приведенных на рис.6. Параметры установки представляют вектор Хи=(хм1, хи2,-.., хи2х)Т, где дата хи\\ время; хи2\ рецепт хм3;цикл; хщ; темп.; хщ. Параметры 6-27 определяют рецептурные и фактические показатели по

ситам |=1___6: С]Р; С^Ф, пыли ПР; ПФ, порошка МПР; МПФ и битума БР;

БФ.

Перед началом цикла работы установки устанавливаются все рецептурные показатели, а во время цикла измеряется их фактические значения. Естественно, что отклонение фактических показателей от рецептурных значений вносит соответствующую погрешность и влияет на качество АБС.

В качестве показателей качества работы установки выбраны средневзвешенные по компонентам показатели с последующим усреднением по циклам работы установки в рамках приготовления выбранной смеси, по которой производится оценка качества. Для всех рецептурных показателей экспертным путем задаются значимости В работе использовалась равномерная метрика (можно использовать и евклидову метрику):

Х° = ЬС X\С,Р-С/<Щ + Ьп\ПР-Пф\ + Ьи\МПР-МПФ\ + Ь1;\БР-БФ\.

Дата

Время

Рецепт

Цикл

Темп.

Сито 1 хи6

Сито2 хщ

СитоЗ хию

СИТ04 ХЫ\2

Сито5 Хи 14

Ситоб хи 16

Остат. хи\%

Пыль ХЩй

МП ХИ22

МП2 хи2ц

Битум хи26 Марка

Рис.6.

В результате, множество параметров установки сводится к агрегированному критерию, а именно, взвешенной точности дозирования.

В работе проведен детальный статистический анализ работы установки за длительный период и получен ряд результатов, которые предлагается использовать для оценки качества технологического процесса.

Весьма интересным является факт наличия сезонного характера ошибки дозирования (рис.7.а). На это также указывает полученная спектральная плотность ошибки дозирования (рис.7.б). Явно просматриваются четыре выраженных пика плотности. Однако при этом распределение ошибки достаточно близко к нормальному (рис. 7.в), хотя автокорреляция практически равна нулю, кроме сдвига на один лаг (рис.7.г).

ai 30 'О ЕС Е-О 70 И SO Ю0 НО 120 130 U0 C>KNumt€r>

а) Точность дозирования по циклам

Spedisl enaly», С2 -С2Р-С2® На оГсащ 132 mtno v«ignw.035r .2«! 1 <464.2*П.!1

б) Спектральная плотность

Фак. Управление установкой

хи 1

хиг хщ хи4 хи$ хщ хщ хи\\ хи ,3 ХМ|5 ХЩ 7 ХЩГ) ХЩ\

хи23

ХЩ5 ХЩ 7

хи2%

Установка по производству АБС. Управляемые и контролируемые показатели

16

Уст»ие»«»_»зь,ывг_! на г»»-1гго М- 132*3.1Э23-па<т»1:х: 1.3М1: 13.02»)

□

а

с

ОООО

сооо оооо юоо

0000 0000

в) Гистограмма ошибки г) Автокорреляционная функция

Рис.7. Оценка качества технологического процесса

На основании проведенных исследований предлагается механизм корректировки дозирования при формировании рецептуры смеси, что выражается в заранее заданных отклонениях соответствующих гранулометрических составов исходя из полученных прогнозов ошибок. Также можно дать ряд рекомендаций по выявлению причин и устранению дефектов АБС.

В настоящее время большинство путей повышения долговечности АБС заключаются в улучшении коррозионной устойчивости за счет повышения эффективности взаимодействия битума с минеральными материалами.

В результате экспериментов показано, что достаточно адекватно зависимость прочности АБС от расхода битума аппроксимируется параболами Я(В)=-(В-Вор1)2+ЯтаХ) где Вор, - значение показателя содержания битума, доставляющего максимум показателю прочности АБС; Ктах -значение максимальной прочности асфальтобетона. Кроме того, показано, что температура практически не влияет на вычисляемый экстремум функции прочности асфальтобетона от содержания битума. Оценка эффективности управляющих воздействий по множеству всех исследуемых показателей качества смеси применялся критерий: 1^1 "

...........(О

Л

М % - 1

где М - количество показателей смеси для оценки качества.

Также в рамках проведенных экспериментов по оценке прочности асфальтобетона, показано, что практически не наблюдается зависимость оптимального значения приращения расхода битума от погрешности дозирования.

По вопросам установки УЗ оборудования на каждом АБЗ существуют свои технологические ограничения. Для рационального использования установленного оборудования необходимо учитывать такие факторы, как: скорость подачи битума, потери тепла, длительность ультразвуковой обработки. Оценка эффективности работы УЗ оборудования в работе проводилась для различных вариантов установки оборудования (рис.8.).

1- протонный; 2- с использованием накопительного бункера; 3-е использованием в замкнутом контуре циркуляции; 4- с использованием накопительной емкости и

циркуляции.

Рис. 8. Способы установки УЗ оборудования

Для каждого из способов установки УЗ оборудования (рис.9.а) проведена серия экспериментов, по оценке влияния времени озвучивания битума. Таким образом, для каждой из представленных схем установки ультразвукового оборудования и насоса (одного и того же для всех схем) проведенные исследования позволили определить время, необходимое для озвучивания битума, в зависимости от производительности насоса. В результате дается набор рекомендаций к определению схемы установки ультразвукового оборудования (рис. 9.6).

а) время озвучивания от производительности б) сравнительный анализ по всем насоса по 1 -му и 2-му способам способам

Рис. 9. Выбор способа установки УЗ оборудования

С позиций длительности озвучивания четвертый способ установки УЗ оборудования представляется наиболее рациональным, т.к. весь объем битума для приготовления АБС проходит многократную УЗ обработку.

В процессе производства АБС используется специализированное технологическое оборудование, основные сведения о котором представлены выше. Оценка надёжности работы данного оборудования показывает, что значительная доля отказов и неисправностей узлов и агрегатов происходит по причине образования технологических загрязнений на рабочих поверхностях деталей, непосредственно контактирующих с АБС на различных стадиях её производства.

Выход из строя узлов и агрегатов по причине из загрязнённости

приводит к ухудшению качества АБС и снижению производственно-экономических показателей АБЗ в целом. Снижение производительности обусловлено простоями в работе технологического оборудования до осуществления ремонтных воздействий. В среднем в зависимости от конкретного узла и агрегата, способа ремонта, вида отказа или неисправности простой оборудования может составлять от 0,1 до 3 ч/сутки (в расчёте на 1 единицу). Ухудшение качества АБС происходит по причине некорректной работы загрязнённых узлов и агрегатов.

На начальном этапе требуется составить номенклатуру деталей, имеющих эксплуатационные загрязнения и исследовать их конструктивные особенности. Исследование конструктивных особенностей деталей необходимо для их последующей классификации по двум группам. При очистке деталей разных групп следует использовать различное оборудование и технологические приёмы (рис.10.).

ДЕТАЛИ оборудования АБЗ

II группа

Детали сложной пространственной формы

Анализ номенклатуры

Горфический паспорт номенклатуры деталей

Выбор оборудования

I группа

Детали, имеющие сквозные и (или) глухие отверстия

Стержневые \~3KC с пере.мящением Цилиндрические

излучателя относительно объектов очистки колебательные системы типа ЦМС

Рис. 10. Методика анализа конструктивных особенностей деталей оборудования АБЗ, имеющих эксплуатационные загрязнения Технологический процесс ультразвуковой очистки деталей оборудования АБЗ должен состоять из следующих технологических операций: предварительная очистка (размочка); ультразвуковая очистка в технологической среде; пассивация; сушка.

Ультразвуковую очистку деталей оборудования АБЗ следует проводить с использованием различных типов УЗКС, что объясняется

конструктивными особенностям и различной степенью загрязнённости. Каждому типу УЗКС соответствуют свои оптимальные амплитуды смещения. Разработанные операции предусматривают очистку деталей, ориентированно загруженных в специальные кассеты.

С целью управления технологическим процессом ультразвуковой обработки необходимо предусматривать в составе ультразвуковой установки контрольно-измерительные приборы, позволяющие измерять в реальном времени значения основных параметров процесса обработки (например, амплитуду колебательных смещений).

На рис.11. представлена структурная схема ультразвуковой технологической установки, включающей в себя устройства контроля и управления (система датчиков, персональный компьютер) основными параметрами технологического процесса ультразвуковой обработки.

В состав установки входят генератор, преобразователь, волновод-

Информациоиный поток _ Электрическая связь

оаа^ф Акустический контакт (связь) | ДОС | Датчик обратной связи

Рис. 11. Структурная схема ультразвуковой технологической установки При создании или выборе ультразвуковых преобразователей приходится решать сложную техническую задачу: обеспечить высокую удельную мощность преобразователя при сохранении высокой надёжности системы в целом. Эффективной очистки наружных поверхностей деталей в ультразвуковых ваннах и обработки кристаллизирующихся металлических расплавов можно добиться при значениях излучаемой акустической мощности в пределах 2-6 кВт. Однако, очистка внутренних полостей прецизионных деталей и узлов ДВС требует применения высокоамплитудных режимов обработки, при которых значения удельной акустической мощности излучателя составляют более 12 Вт/см2. Несмотря на это, излучаемая акустическая мощность в данном случае будет существенно ниже (в пределах 500 Вт), поскольку площадь излучения составляет всего 10-

т

20 см2. Предварительные исследования показали, что если

излучаемая мощность преобразователя не превышает 3 кВт, то использование магнитострикционных материалов позволяет реализовать амплитуду колебательных смещений до 50 мкм или удельную мощность преобразователя до 50-75 Вт/см'. Данными обстоятельствами и высокими показателями надёжности обусловлен выбор магнитострикционных преобразователей.

В качестве инструмента для решения данных задач в проведенных исследованиях применяется универсальная система компьютерного мониторинга, разработанная с участием автора настоящей работы. Данная система позволила объединить интерфейсы различных приборов: виброметра, спектроанализатора, частотомера, фазометра, осциллограф и др., а её использование сделало возможным обработать показания различных датчиков в режиме реального времени и, на основе полученных данных, создавать управляющие сигналы и подавать их на ультразвуковой генератор.

Структурная схема, представленная на рис.12, отражает принцип построения универсальной системы мониторинга в процессах технологической обработки в жидкой среде (кристаллизация, очистка). Информация, получаемая от датчиков звукового давления, напряжения, колебательного смещения и тока поступает на персональный компьютер. Персональный компьютер, получив информацию, создаёт управляющий сигнал, который передается на ультразвуковой генератор. При этом параметры режима ультразвуковой обработки регистрируются в системе и отображаются на мониторе персонального компьютера.

Программа контроля параметром

Электрические параметры

Мгновенные значения Ток

Напряжение

На выходе преобразователя |

Персональный компьютер со средствами ЦАП-АЦ1 обработки сигналов

Управляющий сигнал на вход УЭГ

Устройство отображения параметров системы

-Амплитуда колебаний УКС -Частота колебаний

^Электрическая мощность на выходе генератора -Характеристики акустического поля в технологическом объеме

Рис. 12. Структура универсальной системы мониторинга в процессах технологической обработки в жидкой среде

В результате проведённых на стенде исследований осуществлена апробация: конкретных алгоритмов и схем цепей обратной связи в системах автоматического регулирования; способов обработки информационных сигналов, методов индикации значений технологических параметров.

В четвертой главе «Многофакторная модель оценки влияния свойств компонентов и технологических процессов производства АБС на качество дорожного полотна» ставится и решается задача разработки методики оценки качества дорожного полотна, направленная на формирование комплексного показателя качества АБС с учетом эксплуатационных характеристик. Использована модель множественной регрессии для планирования эксперимента по оценке влияния свойств поставляемых компонентов смеси и технологических процессов производства АБС на комплексные критерии качества асфальтобетона и дорожного полотна в целом.

Для реализации поисковых функция указанного множества показателей в процессе продолжительной производственной деятельности в диссертации разработана база данных, которая по каждому измерению содержит вектор-столбец контролируемых параметров УС=(>>С|, ус 2,..., ус2в)Т АБС, где ус , -частные показатели (табл.4.), которые используются для формирования обобщенных показателей качества АБС.

Таблица 4. - Измеряемые показатели качества смеси

Дата УС\

Смесь УС 2

Номер образца - марка битума (БНД, 60/90, нет) 1 2 3

Масса сухого образца на воздухе (МУ ¡) Ус з усп усп

Масса образца на воздухе после 30 мин в воде (МТ ¡) ус4 ус 14 усц

Масса образца в воде (МВ ¡) ус5 УС 15 УСц

Объем сухого образца (V ¡) ус6 ус, 6 усгь

Плотность асфальтобетона (р ¡) УС? усп усп

Масса образца на воздухе после водонас. (МШ ¡) ус$ ус 18 усц

Водонасыщение (\У ¡) ус 9 ус 19 УС 29

Предел прочности при 20 °С (1120 ¡) ус\о ус2 0 усу>

Предел прочности при 20 "С водонас. (ЯВ ¡) ус и ус 21 УС) 1

Предел прочности при 50 °С (1150 ¡) ус 12 усгг ус 32

Для всех полученных значений показателей качества проведен детальный разведочный анализ. Результаты анализа для большинства показателей выявили близость к нормальному распределению (рис.13.а). Проведен факторный анализ (13.6).

В результате, проведенный анализ показал, что в модели оценки показателей качества имеется возможность из девяти показателей прочности использовать три, что дает снижение погрешности менее чем на 4%.

В общем случае более адекватной оценкой качества асфальтобетона, который определяет оптимальные параметры структуры материала, является обобщенный показатель качества, который учитывает температурную

трещиностойкость, устойчивость к колееобразованию, усталостную морозостойкость и долговечность. При формировании обобщенного показатель надежности, следует необходимо учитывать тот факт, что частные эксплуатационные показатели асфальтобетона существенны образом зависят от условий эксплуатации дорожного полотна. В связи с этим при оценке качества материала необходим учет весомости, которые должен определяться в виде коэффициентов значимости.

Eigenvalues (Контроль^.sta)

щ Extraction: Principal components Include condition: SM='nfl2' OR SM='MB2'

Eigenvalue ! % Total ; Cumulative Cumulative

\ \ Value variance , Eigenvalue %

/

1 6.93 76,98 16,32 6,93 8,40 76,98 93,30

/ \

/ S 3 0,26 2,84 8,65 96,15

/ N 4 0,12 1,38 8,78 97,52

\ 5 0,09 1,05 8,87 98,58

/ X! 6 0,06 0,71 0,94 99,29

Ч— 7 0,04 0.45 8,98 99,73

JS 4.0 4.S 0 5 в 8 0,02 0,17 8,99 99,90

R201 9 0,01 0,10 9,00 100,00

а) гистограмма б) информативность главных факторов

Рис. 13. Распределение среднего значения пенетрации

За принятый расчетный период эксплуатации дорожного полотна суммарная остаточная деформация должна учитывать: заданный срок службы АБ покрытия (1р, ч); вероятность прохождения по одному следу колес автомобилей (коэффициент Ккол); среднее время действия колесной нагрузки на дорожное полотно при проходе транспортного средства (Т1, с); суммарную интенсивность передвижения транспортных средств по соответствующим полосам движения (N1, авт./ч); максимальные значения касательных напряжений, которые формируются при взаимодействии колеса транспортного средства (тф Мпа); градиент скорости необратимого сдвига, полученный по результатам лабораторных испытании асфальтобетонных образцов (У, с-1); нормальное напряжение, которое формируется при воздействии колеса транспортного средства (г, Мпа); вероятностный характер температуры дорожного полотна или частотное распределение температурного режима в рассматриваемом регионе (Р(Т)) и другие хараактеристики

Эта зависимость уже на начальной стадии проектирования асфальтобетонной смеси дает возможность оценить образцы АБ на сдвигоустойчивость в конкретных условиях эксплуатации дорожного полотна. В ней учитываются наиболее важные показатели, определяющие сдвигоустойчивость АБ дорожного полотна. Для реализации такого подхода, причем для достаточно объемного количества факторов необходимо решение задач построения прогноза, причем на основе инструментальных средств систем поддержки принятия решений.

Для вычисления приведенных характеристик состояния дорожного покрытия в диссертации реализованы соответствующие методы и

алгоритмы, основанные на рекуррентных схемах

последовательного расчета результатов измерений лаборатории (рис.14.).

Для реализации последовательной схемы расчета разработаны алгоритмы вычисления плотности трещин, плотности полученных значений ремонтных карт и разрушений; поперечной ровности, показателя 1Ш, а также правого и левого 20- изображений для последующего совмещения. Кроме того, предложены процедуры распознавания границ дороги по ЗЭ-файлу высотных отметок измеряемого микропрофиля, трещин на изображении, дорожных заплаток, вертикальной разметки.

При формальном описании алгоритмов введены структурирующие элементы в виде: диска с радиусом г - В18К(г); прямоугольника шириной ы и высотой к пикселей - ВОХ(й, и>); креста единичной толщины, шириной и высотой г - С1Ю88(г).

Рис. 14. Схема последовательного расчета дорожных характеристик

Процедуры распознавания предполагают использование операций: эрозия, наращивание, размыкание и замыкание. Наращивание В элементом S определяется В® 5=1^5,,. Эрозия В элементом S определяется как

ЬеВ

В - S = fb\b + s е BVs еS} . Операции замыкание и размыкание представляют композицию операций эрозии и наращивания. Замыкание В элементом S задается как B»S = (B®S) — S. Размыкание В элементом 5 определяется B°S = (B-S)®S. Для идентификации областей, которые представляют целостный объект, в работе применялась процедура маркировки связных компонент. Маркированное изображение достаточно конструктивно при поиске характерных признаков маркированной области (площадь, линейные размеры, периметр центр тяжести и других).

Предложенная процедура расчета поперечной ровности, учитывающая как данные по высотным отметкам, так и расположении автотранспорта на проезжей части, включает два этапа:

1. Идентификация точек для выделенных объектов.

2. Поиск выбросов для множества идентифицированных объектов.

Для вычисления угла наклона строка оценки положения камеры разбивается на интервалы, содержащие по 10 точек с последующим усреднением (рис. 15.а). По полученным средним в соседних интервалах рассчитывается тангенс угла ф,., который оценивается по построенной гистограмме частот тангенса.

а) Вычисление средних б) Сортировка точек по значению полярного угла

Рис. 15. Диаграммы расчета поперечной ровности

Далее вычисляется мода распределения: В = {У + (2-/ц-/и+1 ) ' ^ >

где и - нижняя граница множества с наибольшим количеством значений;/, -количество значений в данном множестве;/,.; и/,+/ - количество значений в ближайших подмножествах; Ь - ширина класса. На основании проведенных по Монте-Карло экспериментов для интервала {-1;1} было получено оптимальное количество классов разбиения равное 11 с шириной множества 2/11.

Для поиска прямой, которая представляет рейку, строится выпуклая оболочка множества точек (), представляющая наименьший выпуклый многоугольник СН(0, включающий все точки и Q. Для решения этой задачи в работе предлагается адаптация процедуры «просмотра Грэхема», которая сводится к следующей последовательности шагов.

Шаг 1. Поиск точку с минимальным значением цо из ().

Шаг 2. Ранжирование оставшихся точек по мере увеличения полярного угла относительно точки <?о: ^..., <50 (рис. 15.6).

Шаг 3. Поиск последовательности из (¡?/, ^2,..., ?„) с исходной точкой Цк соответствующей последнему измерению и завершающей с/т соответствующей начальному измерению <?„) —> (д*, <?т) —*

(<?/, Я 2

Шаг 4. Включение двух первых точек в стек: РизИ^^, РияЬ(5г0, <??)

Шаг 5. Выбирается очередная точка и в случае принадлежности выпуклой оболочки включение ее в стек:

(1 )а3 = дг, (2) а2 = Тор(»0 ;

(3) а, = №хГГоТор(Й0 ;

(4) Если (а1;а2)х(а^;а3)> 0, то Рор(5) и повторяем пункты (1)-(4); иначе РизЬ(570, д^.

Шаг 6. Если еще имеются необработанные значения qi , то возврат к пункту 5.

Шаг 7. Возврат стека По окончанию процедуры в StQ выполняется поиск пар Л(хА, ул) и В{хв, ув), для которых справедливо хв<\2Ъ<хА. Эти точки соответствуют геометрической модели двухметровой рейки.

Продольная ровность дорожного полотна в работе оценивается показателем 1Ю, который в рамках технических средств лаборатории АДС-МАДИ рассчитывается исходя из полученного в результате испытаний массива ординат микропрофиля, полученного на основе инерционный профилометра. При этом показатель ровности 1М для всех участков дорожного полотна определенной длины определяются независимо как для левой, так и для правой полосы наката, а также расчета среднего значения для выбранной полосы движения.

В работе предложена процедура расчета 1Ш, которая сводится к следующему. Сначала рассматривается стандартная двухмассовая модель, для которой скорость предполагается постоянной К^=80км/ч.

Система уравнения для описания движения двухмассовой модели определяется как

(т„г + В(2-у) + С1(г-у) = О Ку - В(г - у) - С,г + (С, + С2 )у = С2д' где т„ и тк - подрессоренная и неподрессоренная масса соответственно; Су и С2- жесткость подвески и шины соответственно;

у и г - вертикальные перемещения неподрессоренной и подрессоренной массы; ц — вертикальное возмущение, которое возникает от поверхности дорожного полотна при передвижении (т.е. профиль и микропрофиль), В -показатель вязкого трения для подвески;

Уравнения в виде В канонической форме уравнение имеет вид:

г = Аг + Ьс/, (3)

Коэффициенты и переменные в системе определяется на основании соотношений

г, = 2; г2 = у ; г3 = г; г4 = у ; (4)

тп тп т„ т„

Для выполнения расчета 1Ш в качестве параметров модели принимаются следующие С = 6 с*1; М = 0,15; В1 = 63,3 с"2; В2 = 653 с'2.

Значение 1Ш получается в результате решение уравнения: г = Аг + Ьц, где компоненты вектора г, соответственно, равны гх = г; г2 = у; г3 = г; г4 = у. При этом значение 1Ш рассчитывается на основании средневзвешенного

1 т

интеграла: /Л/ = —J|z3 Т Л

I dt.

В работе уравнений,

расчета для решения системы рекуррентные соотношения:

¡, =еАй'~2^+АаЬ(д,-

предлагается для которой

\)

_1_ Лх

Аа=(\

- еАА' )А~

процедура получены

(6) (7)

где: еш -матричное выражение экспонента; М и Лх - приращения элементов массива микропрофиля в секундах и метрах соответственно. еш в матричной форме вычисляется путем разложения приращений в ряд Тейлора еш =\+АМ + Л2Лг2/2/+Л3Д/3/3/+.... В результате, вычисление 1Ш

1 "

производится на основании соотношения Ш = гу ~24, I» гДе п ~ общее

точек измерения. В работе был проведен анализ данных, полученных в результате проведенных измерений ровности как на существующих, так и вновь строящихся дорогах. В рамках проверки соответствия высотных отметок проектным данным был выбран ряд участков дороги.

Для анализа результатов измерений высотных отметок по 20-ти километровому участку дорожного полотна М-4 «Дон» проведен корреляционный и спектральный, которые дали несколько интересных результатов. Так функция спектральной плотности (рис. 16.а) носит достаточно регулярный характер. Она имеет явно выраженные пики, причем через одинаковые промежутки, которые определяются расстоянием между высотными отметками. При этом частная автокорреляция кроме сдвига на один лаг практически отсутствует. Полученные результаты позволяют построить Марковский процесс, который будет являться моделью профиля. При этом кросскорреляционная функция (рис. 16.6) показывает наличие явных корреляций высотных отметок левой и правой полосы, что показывает наличие существенных поперечных колебаний профиля дорожного полотна.

а) спектральная плотность б) кросскорреляционная функция

Рис.16. Статистические характеристики дорожного полотна На основе полученных результатов, решается задача построения модели дорожного полотна с заранее заданными статистическими показателями.

В случае задания свойств процесса на основании автокорреляционной функцию R(m) для возможности реализации процедуры построения модели

профиля выбирается такое граничное значение автокорреляции, что за ее пределами корреляцией можно пренебречь. Сначала формируется

последовательность л„, 7 = 1,2,... Предполагается, что для всех

случайных величин Мг\, =0, тогда для множества величин М£\ справедливо соотношение: = = = £х,Мг} = Мг^х, = 0.

Для вычисления значений выполняется расчет значения

Ёхл^-Ххл,,.,

для которого

s f°> i*k+l

справедливоM(rj,„ -rjn ,) = i . Нужные значения х, для

[Mrj , / = к + 1

наибольшего совпадения ковариационной функции последовательности £ с исходно заданной функцией R(m) определяется путем решения системы методом уравнений на основании метода Зейделя. Поиск решения выполняется на основании итерационной процедуры относительно отклонений £ от точного решения, то есть Aek=5k, где 5к определяется вектор ошибки на к-ом шаге итерации.

Далее в работе на основе сформированных агрегированных показателей построена многофакторная модель множественной регрессии, позволяющая вычленить эффекты показателей всех составляющих на качество асфальтобетона.

Так, задача исследования влияния свойств компонентов АБС и технологических режимов работы установки с точки зрения системы управления дозированием сводится к анализу множественной регрессии

YC=YC(XC), где XC=(XRT©XST®XMT0XBTeXUT)T (8)

В общем виде классическая множественная регрессия представляет структуру Y=X ß+e, где Х=||ху||- матрица плана, ß=(ßi, ß2 , ... , ßm )т- вектор неизвестных параметров регрессии; е=(б|, е2 ,..., em) Т - вектор ошибок, который удовлетворяет условиям e~Af(0, a2I), Afe=0, MfeeT)=0. МНК-оценка параметров регрессии является решением нормальной системы уравнений Хт Xß=XT Y и определяется как ß = arg min (Y - Xß)T(Y - Xß) = arg min eeT . При

PeR" ßnR-

этом Dß=o2 (XTX) '.

С целью получения независимых оценок параметров регрессии в работе предлагается использование ортогональных планов, для которых

N

выполняется следующее соотношение: ^x,kxlk=0 i,j - \..N т.е.

столбцы матрицы плана попарно ортогональны.

Однако для случая не ортогонального планирования, когда матрица плана может быть представлена в блочной форме вида F=(F|, F2), где подматрицы ортогональны F|T F2=0 модель множественной регрессии будет преобразована к виду Y=Xß+e=Xiß(l,+X2ß(2)+E. Выражение для оценки параметров регрессии по классической модели множественной регрессии

будет иметь вид Р,П=(Х,Т X,) X,TY; Р,2)=(Х2Т Х2) X2TY. В результате полученная оценка подмножества параметров регрессии Р<п вычисляется независимо от оценки подмножества параметров регрессии р(2). Данная модель множественной регрессии в блочном виде может быть расширена на произвольное количество ортогональных подмножеств параметров регрессии. Для нашей параметризации модели Xi=XRT,

Предложенный план эксперимента используется для решения задачи оценки влияния характеристик материалов на качество АБС и АБ покрытия дорожного полотна.

Также предложено использовать рототабельное композиционное планирование, где в качестве критерия оптимальности используется условие равенства дисперсий сг\ = const для равноудаленных точек плана

эксперимента от центральной (R = const).

Такие эксперименты проводились по аналогии с полным факторным экспериментом. При этом оценки параметров несколько различаются

b0 =^[2Л2(п + 2)±х1ау1 -2 ЛС±±х,,х,]. (9)

TV /-1 - = 1

С v С2 N _ N

b = — Уд: у , Ъ =-У,х х у , С = —-

' N¿1 "■ ' " NAti ш А (11)

;=1

Оценка значимости параметров регрессии проводится на основании t-критерию Стьюдента, а результирующие оценки дисперсии параметров вычисляются на основании

JA?(n + 2)S] s2 =^[(и + 1)Д-(и-1)]Са5: _ C2S]

NP ' NP ' ANP '

Проверка адекватности данной модели, в основном, проводится на основе метода Фишера.

Была проведена оценка эффективности управления за счет возможной вариативностью значением ограничения на расход битума (dB) и максимумом прочности асфальтобетона. При этом были получены значения оценок средней прочности АБ (МПа) в зависимости от корней характеристического уравнения для фильтра оптимального расхода (М) и выбранных ограничений на вариацию расхода битума (dB), а также СКО прочности асфальтобетона от тех же параметров. Проведенный анализ результатов (рис.17.) показал существование экстремальных значений для показателя эффективности управления от выбранных параметров.

Далее в работе проведен анализ результатов серии экспериментов по выявлению зависимости между приложенным усилием к образцу между приложенным усилием и вызванной эти усилием деформацией и асфальтобетонов. Сравнение проводилось для образцов обычного

асфальтобетона и асфальтобетона, полученного с использованием УЗ обработанного в интервале температур при частоте 15кгц

битума. Для этой зависимости показан прямо пропорциональный характер, (рис. 18.а). Так, для асфальтобетона, полученного обработанном при

Т=20 С

битуме, эта характеристика имеет более широкую область линейности. При этом для обычного асфальтобетона (с не озвученным битумом) наблюдается более высокая деформативность, которая косвенно определяет недостаточную степень сдвигоустойчивости.

Тэ6_! Яа

а) Средняя прочность

б) СКО прочности

Рис. 17. Характеристики прочности асфальтобетона

Проведенный анализ пластичности (рис. 18.6) позволил сделать выводы о том, что АБ с использованием обработанного битума остается весьма пластичным и при отрицательных температурах. Также показано, для озвученного битума что этот коэффициент несущественно меняется и после водонасыщения. Обычный же асфальтобетон повышает свою пластичность при положительных температурах.

После длительного водонасыщения

Озвученный битум

а) относительная деформация б) коэффициент пластичности Рис. 18. Влияние усилия и температуры на показатели Следует отметить, что весьма существенно на разрушение асфальтобетонного покрытия влияет факторы периодичности и длительности как увлажнения, так и попеременного замораживания, и оттаивания. Причем последний фактор приводит к достаточно интенсивному разрушению. В связи с этим проведен детальный статистический анализ ряда экспериментальных данных по влиянию УЗ обработки на динамику

показателей песчаного асфальтобетона при моделировании

процессов периодического "замораживания-отмораживания" (рис. дополученные результаты очевидным образом показывают более высокую устойчивость асфальтобетона на озвученном битуме, который характеризуется более низкими показателями, как водонасыщения, так и набухания. А при более высоких прочностных характеристиках отличатся и более высокими показателями морозостойкости.

водонасыи#нив и яабук«ии«.

Водонасыщение

^Прочность при сжатии

ч

т\ Озвученный битум ч. \ Обычный битум

Прочность при растяжении

.10 о ю 20 30 40 50

а) водонасыщение б) прочность при сдвиге

Рис. 19. Влияние УЗ обработки при замораживании-оттаивании на показатели песчаного асфальтобетона Далее был проведен анализ ряда экспериментов по оценке влияния частоты ультразвука на различные характеристики асфальтобетона. Полученные результаты показывают существенное улучшение свойств асфальтобетона, полученного на озвученном битуме при частотах 15 и 35 кгц. Так имеет место повышенная механическая прочность, для которой снижение в процессе водонасыщения происходит значительно меньше. Это, в свою очередь, сказывается на повышении значения коэффициента водоустойчивости, который повышается почти в полтора раза. Для показателей набухания и водонасыщения также преимущество имеет асфальтобетон на озвученном битуме.

В пятой главе «Разработка информационно-аналитической системы оценки эффективности технологических процессов производства АБС и апробация методов и моделей» дано описание информационно-аналитической системы управления качеством асфальтобетонной смеси. Приведены основные схемы, элементы базы данных и инструментальные средства.

Структура системы управления производством АБС, реализации дорожно-строительных работ и оценки качества дорожного полотна приведена на рис.20. Построены схемы взаимодействия отдельных компонентов системы с различными технологическими процессами, а также определен функционал отдельных структурных подразделений.

Естественно, что при создании системы для управления качеством АБС в связи с разнотипность решаемых задач анализируется множество разнородной информации и разнообразных методов ее систематизации. Для повышения эффективности взаимодействия между пользователями системы

управления качеством АБС без их информационной перегрузки в работе предлагается совместное использование КХЮ и 1ТТЬ- подхода.

В плане автоматизации процедур анализа и аналитической обработки данных, которые получены на основе системного контроля качества исходных компонентов асфальтобетонной смеси, был разработан ряд моделей, направленных непосредственно на автоматизацию технологических процессов:

• процедура оценки оптимальной пропорции компонентов смеси;

• процедуры выбора базовых материалов, которые на данный момент имеются в наличии;

• процедура прогнозирования и оценки характеристик качество асфальтобетонного покрытия дорожного полотна;

• процедура проверки выпора типа смеси, а также ее показателей качества для использования в конкретных условиях эксплуатации участков дорожного полотна.

В плане автоматизации процедур обработки экспериментальных данных предложен следующий набор алгоритмов:

• прогнозирования и цифровой фильтрации;

• аналитической обработки полученных оценок измерения;

• многомерного анализа экспериментальных данных;

• формирований требований к учету и контролю качества асфальтобетонной смеси;

• создание необходимого множества выходных форм для утвержденных отчетов;

• оперативного взаимодействия с отдельными пользователями системы;

• алгоритмы специального назначения.

Так разработанный алгоритм прогноза прочности асфальтобетона (рис.21.) позволяет учесть множество параметров, а именно: поставщиков компонентов смеси, содержание битума, технологических режимов производства асфальтобетонной смеси.

Одна из компонент системы управления качеством представляет собой подсистему дешифрации и обработки визуальных данных по оценке профиля дорожного полотна, которые собираются в рамках работы дорожной лаборатории «АДС-МАДИ». Данная лаборатория включена в общий контур АСУ мониторинга дорожного полотна (рис.22.).

!■■ е управление

о----измерения

*

Рис. 20. Компоненты системы взаимодействия с технологическими процессами управления качеством

Предложенная в работе система аналитической обработки данных включает алгоритмы предобработки полученных лабораторный измерений и оценки дорожных характеристик, подсистем визуализации экспериментальных данных, формирования отчетов и операционного контроля системы мониторинга автомобильных дорог, а также базы данных результатов оценки дорожного полотна.

Система обработки данных лаборатории строится на основе следующей совокупности алгоритмы вывода измерений дорожной лаборатории в соответствии с заданной иерархической структурой хранения: (Ш система) - обработка измерения по оценке продольной ровности, (20 система) - компьютерное сканирование, (ЗО система) - обработка измерений

поперечной ровности, (4Э система) - георадарное зондирование.

Разработаны соответствующие процедуры конвертации результатов измерений в формат базы данных.

Рис. 21. Схема алгоритма прогнозирования прочности АБ

В рамках инструментальных средств разведочного анализа данных в диссертации предложена подсистема планирования и визуализации результатов аналитической обработки, в которой общая схема выполнена на базе формирования параметризуемых макросов. Все множество разработанных макросов включены в интегрированную оболочку системы автоматизации и планирования экспериментов по оценке влияния характеристик компонентов на показатели качества асфальтобетона. В рамках программной реализации разработаны ActiveX компоненты, которые представляют интерфейсную составляющую для интеграции собственных программных приложений с математическими пакетами Statistica и MatLab.

Рис. 22. Подсистема оценки состояния автомобильных дорог

Так, компонента ActiveX Statistica предназначена для организации интерфейсного взаимодействия пользовательских приложений управления качеством с методами статистической обработки экспериментальных данных пакета Statistica. Данная компонента также имеет администраторскую и пользовательскую составляющую.

Пользовательская составляющая направлена на реализацию функций: произвольного выбора методов аналитической обработки и анализа модельных экспериментов; настройка на выбор необходимой базы данных, содержащей параметрические настройки методов обработки данных испытаний; параметризация методов обработки данных либо вручную, либо путем импорта из стандартных форматов (xls, mdb и txt) и других.

Администраторская составляющая обеспечивает функции: добавления новых процедур и методов в пользовательскую базу данных; доступа ко всем созданным базам данных, которые содержат применяемые ранее аналитические методы и другие. Аналогичные функции реализуют пользовательская и администраторская составляющая интерфейсного взаимодействия с Ма1ЬаЬ.

В диссертации разработана концептуальная модель базы данных (рис.23.), объединяющей информацию о заказах н поставку смеси, характеристиках поставщиков материалов, показателях щебня, песка, минерального порошка и битума, результатах испытаний асфальтобетона и т.д.

.;6рОГИ

ЛорС11МЛ**«ОГ Kicvícb

№ í МНЬ

.............J 1.1

íltll |ViHl

РШРТ

cutpur

n. 4jt*íiíilu /

PtOW __'

i.*

Cociíb CMíflI

ÍIpcÍHUll U\ÉfC I

Проба мрш

[Цсбт

[IfíOK

Минера ibhhiti порошок

вротш!

1С1Ш1Ш

liciiMisHiifl tueóue l- E

____________________i .

•К- E

IcpKuMfi «оста» uhómb

Испытания nfCKa

Испылння чип. порошка

К Е

lírnuuKHaánmrj

Зерновом сосгав пескя

Зерноюй rom» мим.

ПорОЩК!

Рис. 23. Общая концептуальная схема данных

На основании предложенной концептуальной модели разработана реляционная модель данных состоящая из множества отношений, для каждого из которых имеет место соответствующая структура данных. В работе использована стандартная процедура отображении ЕЯ-диаграмм в заданную реляционную схему, в которой выделяются типовые фрагменты и отношений. Сущности логически связаны с заданным набором правил связи компонентов базы данных. При разработке баз данных, в основном, использовалась схема (один-ко-многим). К ним относятся модели «Подбора состава», «Заказов на дороги», «Побора материалов для рецептуры», «Испытания материалов», «Пробного замеса» (рис.24.) и другие.

у ч«.:«»« дос'и ь

Да»« .»-'-«'.и ; Д.-л |

^♦¿«.«г/а^мть »•

•1ог- <41-5 ^мдоя --ЗиаАь и-' 3М.ЛОеюЖС'ТЯ

' I

Предел .-■ооч>':-Д1* я| Пггхюэеж-ч:***

гг М

г!

г »мр«ита

•од цеь**?« »ад М 'К »«д п*-<»

П 1\

. ч -д .кпмптч >.| Дпг «кпыпнк* :

'«и^-грщ-г np.il ГДОгрДО»««;} ?««1<с1т,С8 «р)1

МшсрсчА» ЛдРМш»1*-

За?»» ч4'ГТ|»-

Гм1Н<ш*> Егдчпгкц ; С-:омл •"•гт

мсазроад 1 {ИМ -»смц-

г м-дои**

ДС-5С||М;'1Е В и

Соедчая ту»«*

П.-СГОГНССЦ- ^ С|

I "Д ИЗДрМЛЭ

*р«еди»«*ь'-. на

к.0дг»т«0|чч | i

I (.'адь<(г«:4»>1Я I ***

д»т# «питам« |

П.ЮТиЗСТе г

Рис. 24. Реляционная модель «Подбор состава»

Для реализации процедур работы с данными разработаны программные формы для ввода результатов испытаний щебня, песка, минерального порошка, битума и другие, необходимые для параметризации процедур программного комплекса.

В заключении представлены основные результаты работы.

Приложение содержит документы об использовании результатов работы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Выполнена классификация асфальтобетонов по строительно-техническим свойствам, определяющим технологические параметры материала и отражающим его способность противостоять эксплуатационным воздействиям. Проведен системный анализ современных инструментальных средств автоматизации производства АБС и принципов построения СППР по мониторингу качества дорожных покрытий, а также технологий строительства автомобильных дорог с АБ покрытием, методов и моделей оценивания прочности АБ.

2. Выполнена формальная декомпозиция технологических процессов производства АБС при строительстве автомобильных дорог с АБ покрытием, позволяющая привести процесс управления к поэтапному выполнению взаимосвязанных процедур управления технологическими процессами.

3. Разработаны формальные модели структур данных по оценке влияния характеристик материалов на качество дорожного полотна и концептуальная модель базы данных для хранения информации о результатах процесса формирования и контроля качества АБС, которые показали свою эффективность и пригодность для проведения дальнейших исследований, и оптимизации управления качеством АБС с последующей интеграцией компонентов и OLAP-технологий.

4. В результате проведенного анализа экспериментов и структур данных предложена интеграция всех результатов экспериментов по УЗ обработке битума в единую БД с целью более глубокого и всестороннего анализа. В рамках влияния УЗ обработки на свойства битума исследованы зависимости скорости деформации от напряжения сдвига, вязкости от скорости деформации, диэлектрической проницаемости от температуры и времени, поверхностного натяжения от температуры, сцепления с поверхностью материалов от вязкости, а также показатели парамагнитных свойств и битумных вяжущих и др.

5. Рассмотрены вопросы создания эффективных технологических процессов производства АБС, основанных на использовании УЗ-технологий. Предложен агрегированный показатель качества работы установки, основанный на средневзвешенной по равномерной метрике погрешности дозирования по всем компонентам с последующим усреднением по циклам работы установки в рамках выбранной рецептуры АБС.

6. Предложена модель адаптации технологических режимов производства АБС для эффективного взаимодействия битума с минеральными материалами. В результате показано, что эффективность управления определяется характером миграции координаты максимума прочности АБС и величиной ограничения на расход битума. Полученные зависимости показывают возможность формирования процедуры оптимизации управления.

7. Разработана методика выбора ультразвукового оборудования, позволяющая учесть временной фактор УЗ обработки на вязкостные и адгезионные свойства битума. Данная методика позволяет оптимально подобрать место и способ установки УЗ оборудования на АБЗ с целью улучшения качества АБС.

8. На основе двухмассовой модели оценки продольной ровности дорожного полотна для передвижной лаборатории, процедуре пороговой бинаризации расчета поперечной ровности с учетом наклона камеры, а также методики проведения испытаний качества образцов АБ сформирован комплексный показатель качества АБ, позволяющий повысить эффективность мониторинга качества АБ покрытий.

9. Предложены подходы, которые позволяют на основе видеосканирования распознавать дефекты дорожного полотна (трещины, ремонтные арты и др.), что в свою очередь дает возможность выявлять динамику показателей разрушений участка и реализовать процедуры

прогноза качества дорожного покрытия, а, следовательно, и объемы затрат материалов, и объемы их производства.

10. Разработана модель множественной регрессии планирования эксперимента по оценке влияния свойств материалов и технологических процессов производства АБС на комплексные критерии качества АБ и дорожного полотна.

! 1. Проведен анализ ультразвукового воздействия на свойства битума. Показано, что УЗ обработка достаточно эффективна с технологической и экономической точек зрения, и позволяет улучшить эксплуатационные характеристики АБ. Получены модели и зависимости влияния УЗ обработки битума на показатели качества АБ.

12. Разработана программно-инструментальная среда планирования многофакторного эксперимента по оценке влияния свойств материалов на показатели качества АБ и универсальная модель расчета эмпирических моделей статистического анализа оценки качества дорожного полотна для обеспечения требуемого уровня точности и достаточности измерений, испытаний и контроля.

13. Разработана информационно-аналитическая система оценки эффективности технологических процессов производства АБС с использованием УЗ технологий. Проведен анализ и дана оценка перспектив внедрения информационно-аналитической системы в составе комплексной системы управления производством АБС с точки зрения затрат и достигаемых результатов. Выработаны рекомендации по поэтапному внедрению методов и алгоритмов на отдельных предприятиях.

14. Полученные результаты исследований внедрены в ЗАО «СОЮЗ-ЛЕС», ОАО «Дорожное эксплуатационное предприятие №19», ФКУ «Центравтомагистраль», а также используются в учебном процессе в МАДИ.

Публикации по теме диссертационной работы

Монография:

1. Борщ В.В. Моделирование управленческих решений при формировании программ стратегического развития / П.С.Якунин, В.В.Борщ, М.В.Приходько, С.Н.Сатышев // М„ Изд-во МАДИ, 2013. - 178с.

Научные статьи, опубликованные в журналах, включённых в перечень рецензируемых научных журналов и изданий для опубликования основных результатов научных диссертаций:

2. Борщ В.В. Оптимизация параметров процесса ультразвуковой очистки при ремонте газовой топливной аппаратуры / Борщ В.В., Приходько В.М. // Вестник МАДИ (ГТУ), выпуск 3. - М: МАДИ (ГТУ), 2004. - С.53-57.

3. Борщ В.В. Выбор технологической среды для очистки деталей газовой топливной аппаратуры ультразвуковым методом // Естественные и технические науки, №6(15). М: Компания Спутник+, 2004. - С. 105-110.

4. Борщ В.В. Эффективность различных типов ультразвуковых колебательных систем при очистке деталей газовой топливной аппаратуры

от эксплуатационных загрязнений // Естественные и технические науки, №6(15). М: Компания Спутник+, 2004. - С. 111-116.

5. Борщ В.В. Восстановление эксплуатационных свойств деталей газовой топливной аппаратуры путём ультразвукового воздействия / Борщ

B.В., Приходько В.М. // Научно-технический и производственный журнал «Справочник. Инженерный журнал», №4(97). М: Машиностроение, 2005. -

C.45-48.

6. Борщ В.В. Анализ показателей современных когенерационных установок с газификацией биотоплив / Борщ В.В., Козлов A.B., Теренченко

A.C. // Журнал «Вестник МАДИ», вып 4(27), 2011. - С.19-23.

7. Борщ В.В. Теоретические исследования реактора получения синтез-газа из отходов лесной промышленности / Борщ В.В., Козлов A.B., Теренченко A.C. // Журнал «Вестник МАДИ», вып 2(29), 2012. - С.110-113.

8. Борщ В.В. Анализ методов моделирования и многоуровневая декомпозиция вложенных процессов в сетях массового обслуживания / Борщ

B.В., Морщилов М.В., Приходько М.В. // Журнал «ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ. УПРАВЛЕНИЕ, КОНТРОЛЬ, ДИАГНОСТИКА» вып.№10, 2013. - С. 3-9.

9. Борщ В.В. Управление процессами производства асфальтобетонных смесей с использованием технологий ультразвуковой обработки / Борщ В.В., Морщилов М.В., Приходько М.В., Сатышев С.Н. // Журнал «ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ. УПРАВЛЕНИЕ, КОНТРОЛЬ, ДИАГНОСТИКА» вып.№10, 2013.-С. 59-68.

10. Барышников A.B., Чернявский А., Борщ В.В., Моисеев А. Методика оптимизации предупредительных замен в задаче планирования производственного цикла ремонтного предприятия // Наука и образование. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон, журн. 2013. № 8. DOI: 10.7463/0813.0615305.

П.Барышников A.B., Чернявский А., Борщ В.В. Статистическое моделирование поставок комплектующих в сети ремонтных предприятий автомобильной промышленности // Наука и образование. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон, журн. 2013. № 9. DOI: 10.7463/0913.0615319.

12. Борщ В.В. Расчёт производительности кранового оборудования и основных показателей эффективности контейнерной площадки / Борщ В.В., Арифуллин И.В., Некрасов В.В., Соловьёва A.A., Проненко Е.С. // Журнал «Транспорт. Наука, техника, управление» вып. №3, 2014. - С.52-54.

13. Борщ В.В. Система определения остаточной толщины деталей транспортных средств с применением ультразвукового толщиномера / Борщ В.В., Арифуллин И.В., Проненко Е.С., Соловьёва A.A., Некрасов В.В. // Журнал «Транспорт. Наука, техника, управление». Вып. №5, 2014. - С.58-61.

14. Борщ В.В. Модель марковской цепи в задаче динамического распределения ресурсов строительной организации по объектам // Механизация строительства, №9, 2014. - С.50-53.

15. Борщ В.В. Модифицированный алгоритм вычисления поперечной ровности дороги и планирования ремонтно-строительных работ // Механизация строительства, №10, 2014. - С.39-43.

16. Борщ B.B. Разработка алгоритмов статистического моделирования оптимального управления автоматизированного дробильно-сортировочного производства / Остроух A.B., Гимадетдинов М.К., Борщ В.В., Воробьева A.B. // ПРОМЫШЛЕННЫЕ АСУ И КОНТРОЛЛЕРЫ, № 12, 2014.-С.З-10.

Научные статьи, опубликованные в других изданиях:

17. Борщ В.В. Исследование химического состава и вязкости загрязнений газовой топливной аппаратуры / Организационно-технические и технологические проблемы современного машиностроения: сб. науч. тр. МАДИ (ГТУ). - М: МАДИ (ГТУ), 2004. - С.23-27.

18. Борщ В.В. Анализ физико-химических свойств загрязнений газовой топливной аппаратуры / 7-ая Международная практическая конференция-выставка: сб. науч. тр. // Спб: Изд-во Политехнического университета, 2005. -С.610-613.

19. Борщ В.В. Перемещение излучателя как способ интенсификации процесса ультразвуковой очистки деталей газовой топливной аппаратуры при ремонте / Борщ В.В., Приходько В.М. / 8-ая Международная практическая конференция-выставка: сб. науч. тр. // Спб: Изд-во Политехнического университета, 2006. - С.357-361.

20. Борщ В.В. Технологический процесс ультразвуковой очистки деталей газовой топливной аппаратуры (ГТА) с учётом вида загрязнения / Информационно-аналитический журнал «Актуальные проблемы современной науки» №2 (52). ISSN 1680-2721// М: Компания Спутник+, 2010. - С.101-103.

21. Борщ В.В. Влияние свойств моющего раствора на эффективность процесса ультразвуковой очистки деталей газовой топливной аппаратуры / Информационно-аналитический журнал «Актуальные проблемы современной науки» №2 (52). ISSN 1680-2721// М: Компания Спутник+, 2010. - С.95-97.

22. Борщ В.В. Способы повышения эффективности процесса ультразвуковой очистки деталей газовой топливной аппаратуры при ремонте / Информационно-аналитический журнал «Актуальные проблемы современной науки» №2 (52). ISSN 1680-2721// М: Компания Спутник+, 2010. - С.98-100.

23. Борщ В.В. Способы повышения эффективности процесса ультразвуковой жидкостной обработки / Борщ В.В., Кудряшов Б.А., Фатюхин Д.С. / Современные проблемы производства и ремонта в промышленности и на транспорте: Материалы 10-го Юбилейного Международного научно-технического семинара, г. Свалява. // Киев: ATM Украины, 2010.-С. 18-20.

24. Борщ В.В. Принципы формирования организационных структур в системах управления промышленных предприятий / Борщ В.В., Измайлова М.В., Кудрявцев А.Ю., Якунин П.С. // Автоматизация управления в организационных системах: межвуз. сб. науч. тр. МАДИ (ГТУ). - М.: МАДИ (ГТУ), 2008.-С. 4-11.

25. Борщ B.B. Алгоритм формирования организационной структуры на основе базовой модели технологического графа операций / Борщ В.В., Кудрявцев А.Ю., Сатышев С.Н., Ягудаев Г.Г. // Автоматизация управления в организационных системах: межвуз. сб. науч. тр. МАДИ (ГТУ). - M.: МАДИ (ГТУ), 2008. - С. 45-52.

26. Борщ В.В. Постановка задачи формирования моделей информационного обмена в организационных системах / Борщ В.В., Васильев Д.А., Измайлова М.В., Карасев A.A., Солнцев A.A. // Автоматизация управления в организационных системах: межвуз. сб. науч. тр. МАДИ (ГТУ). - М.: МАДИ (ГТУ), 2008. - С. 102-107.

27. Борщ В.В. Хранилище данных и системы оперативного анализа данных / Белоус В.В., Борщ В.В., Сатышев С.Н., Свечников A.A. // Автоматизация систем поддержки управленческой деятельности: сб. науч. тр. МАДИ.-М.: МАДИ, 2011.-С. 37-41.

28. Борщ В.В. Проблемы интеграции данных и приложений в системах поддержки управленческих решений / Борщ В.В., Краснов Ю.А., Кудрявцев

A.Ю., Соколов Н.К., Тимофеев П.А. // Автоматизация систем поддержки управленческой деятельности: сб. науч. тр. МАДИ. - М.: МАДИ, 2011. - С. 41-48.

29. Борщ В.В. Особенности использования OLAP технологий в системе поддержки управленческих решений / Борщ В.В., Котов A.A., Луковецкая Т.М., Приходько М.В. // Автоматизация систем поддержки управленческой деятельности: сб. науч. тр. МАДИ. - М.: МАДИ, 2011. - С. 60-65.

30. Борщ В.В. Лингвистическая модель инновационных процессов развития предприятий промышленности и транспортного комплекса / Борщ

B.В., Брыль В.Н., Котов A.A., Сатышев С.Н., Тимофеев П.А. // Автоматизация и управление: стратегия, инвестиции, инновации, сб. науч. тр. МАДИ. - М.: Техполиграфцентр, 2011. - С. 48-53.

31. Борщ В.В. Процессно-ориентированная концепция создания ситуационного центра / Борщ В.В., Горячкин Б.С., Котов A.A., Соколов Н.К., Строганов Д.В. // Автоматизация и управление: стратегия, инвестиции, инновации, сб. науч. тр. МАДИ. - М.: Техполиграфцентр, 2011. - С. 65-71.

32. Борщ В.В. Планирование экспериментов при построении полной квадратичной модели / Борщ В.В., Васильев Д.А., Сатышев С.Н., Саер Муаммер М.К. // Имитационное моделирование систем управления. - М.: МАДИ, 2012.-С. 54-61.

33. Борщ В.В., Зайцев Д.В., Сатышев С.Н., Лазаренко A.B., Снеткова О.Л. Исследование характеристик условно нестационарного гауссовского процесса в сетях массового обслуживания // Автоматизация и управление в технических системах. - 2014. - № 3; URL: auts.esrae.ru/ll-205 (дата обращения: 17.09.2014).

34. Борщ В.В. Экспериментальные исследования структуры и свойств озвученных битумов для производства дорожных покрытий // Автоматизация планирования и управления в строительстве и на транспорте: межвуз. сб. науч. тр. - М.: Техполиграфцентр, 2012. - С.6-12.

35. Борщ В.В. Использование карт Парето для оценки качества изделий // Автоматизация планирования и управления в строительстве и на транспорте: межвуз. сб. науч. тр. - М.: Техполиграфцентр, 2012. - С.17-22.

36. Борщ В.В. Разработка метода тактического планирования строительных работ и транспортировки / Борщ В.В., Сакун Б.В. // Автоматизация планирования и управления в строительстве и на транспорте: межвуз. сб. науч. тр. - М.: Техполиграфцентр, 2012. - С.68-80.

37. Борщ В.В. Оценка качества асфальтобетона на основе типовых контрольных карт / Борщ В.В., Зайцев Д.В., Сакун Б.В. // Модели и методы интегрированной логистической поддержки в строительстве и на транспорте: межвуз. сб. науч. тр. - М.: МАДИ, 2012. - С.17-23.

38. Борщ В.В. Модель формирования запросов на транспортировку грузов / Борщ В.В., Зайцев Д.В., Сакун Б.В. // Модели и методы интегрированной логистической поддержки в строительстве и на транспорте: межвуз. сб. науч. тр. - М.: МАДИ, 2012. - С.48-54.

39. Борщ В.В. Алгоритмы распределения объёмов складирования / Борщ

B.В., Хвоинский Л.А. // Модели и методы интегрированной логистической поддержки в строительстве и на транспорте: межвуз. сб. науч. тр. - М.: МАДИ, 2012,- С.77-81.

40. Борщ В.В. Интерпретация данных контрольных карт // Мониторинг и управление в строительстве и на транспорте: межвуз. сб. науч. тр. - М.: Техполиграфцентр, 2013. - С. 17-20.

41. Борщ В.В. Контроль качества продукции и функции лаборатории поддержки качества / Борщ В.В., Хвоинский Л.А., Кочнев В.И // Мониторинг и управление в строительстве и на транспорте: межвуз. сб. науч. тр. - М.: Техполиграфцентр, 2013. - С.32-42.

42. Борщ В.В. Определение объёмов транспортировки / Борщ В.В., Хвоинский Л.А. // Мониторинг и управление в строительстве и на транспорте: межвуз. сб. науч. тр. - М.: Техполиграфцентр, 2013. - С.67-73.

43. Борщ В.В. Разработка алгоритмов расчёта контрольных пределов для карт контроля качества // Инновационные технологии автоматизации и управления в строительстве и на транспорте: межвуз. сб. науч. тр. - М.: МАДИ, 2013. - С.21-28.

44. Борщ В.В. Функции смесительного цеха асфальтобетонного завода / Борщ В.В., Сакун Б.В., Кочнев В.И. // Инновационные технологии автоматизации и управления в строительстве и на транспорте: межвуз. сб. науч. тр. - М.: МАДИ, 2013. - С.34-40.

45. Борщ В.В. Разработка метода оптимальной организации складирования и автоматизации погрузочно-разгрузочных работ / Борщ В.В., Хвоинский Л.А. // Инновационные технологии автоматизации и управления в строительстве и на транспорте: межвуз. сб. науч. тр. - М.: МАДИ, 2013. -

C.90-98.

Подписано в печать 01.04.201 5г. Формат 60x84/16 Печать офсетная . Усл.печ.л. 2,6 Тираж 100 экз. Заказ 100 Ротапринт МАДИ. 125319, Москва. Ленинградский пр-т, 64.