автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Интегрированная система обучения и проектирования многоассортиментных производств полимерных пленок

На правах рукописи

Иванов Анатолий Борисович

ИНТЕГРИРОВАННАЯ СИСТЕМА ОБУЧЕНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ МНОГОАССОРТИМЕНТНЫХ ПРОИЗВОДСТВ ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНОК

Специальность 05 13 01 Системный анализ, управление и обработка информации

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

--х Г

Санкт-Петербург 2008

003172472

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический инсппуг (технический университет)"

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

кандидат технических наук

Ведущая организация:

Институт проблем управления им В А Трапезникова РАН, г. Москва

Защита диссертации состоится «Я» _ liselCSs_ 2008 года в

часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212 230 03 при Санкт-Петербургском государственном технологическом институте (техническом университете) по адресу 190013, Санкт-Петербург, Московский пр, 26 (ауд 61)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Отзывы на автореферат, заверенные печатью, просим направлять по адресу 19П013, Санкт-Петербург, Московский пр, 26, СПбГТИ(ТУ), Ученый Совет, тел (812) 495-75-75, факс (812) 712-77-91, E-mail' dissovet@lti-gti ru

Автореферат разослан

2008 года

Чистякова Тамара Балабековна

Викторов Валерий Кирович Камакин Александр Николаевич

Ученый секретарь

совета по защите докторских и кадпидатских диссертаций д т н, доцент //7/У

В И Халимон

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Ужесточение экологических требований и обострение конкурентной борьбы, усиливающей требования к низкой стоимости и высокому качеству полимерных пленок, определяют необходимость повышения эффективности принятия решений и учета большого количества факторов при проектировании новых, а также модернизации и перенастройке существующих производств полимерных пленочных материалов.

Современные производства полимерных пленок характеризуются большим количеством стадий, на каждой из которых используется сложное технологическое оборудование, частой перенастройкой оборудования на различные типы продукции, большим количеством режимов функционирования агрегатов для каждого типа изготавливаемой пленки Каждая из этих особенностей влияет на результирующие характеристики пленок и определяет эффективность и конкурентоспособность производства на рынке Так как характеристики производства закладываются на этапе его проектирования, то к специалисту по синтезу производств полимерных пленок как сложного объекта изучения и проектирования предъявляются повышенные требования знание методов производства и технологических процессов, технологического оборудования, правил его размещения и компоновки с учетом экономических, экологических, технологических и геометрических ограничений, знание сред синтеза и анализа проектных решений

В связи с этим актуальной задачей является разработка методов и алгоритмов обучения, синтеза и анализа производств полимерных пленочных материалов, позволяющих специалисту по синтезу принимать эффективные решения по размещению и компоновке технологического оборудования для повышения качества производственной системы с учетом страны, в которой будет осуществляться производство, изготавливаемых типов пленки, имеющихся зданий и помещений и других параметров.

Разработка интегрированной системы обучения и синтеза многоассортиментных производств полимерных пленок, включающей елиное информационное обеспечение всех подсистем, автоматизированную обучающую систему, проектирующую и интеллектуальную подсистемы, позволит решить данную актуальную задачу

Актуальность темы исследования подтверждается тем, что работа аспиранта, посвященная синтезу производств полимерных пленок, является победителем конкурса грантов 2005 года для студентов и аспирантов из вузов и академических институтов, расположенных на территории Санкт-Петербурга, проведенного согласно приказу председателя Комитета по науке и высшей школе Санкт-Петербурга от 20 12 2004 №60-кон-гр (номер гранта М05-3 11Д-198,

номер диплома АСП №305099)

Цель работы. Целью работы является разработка методов, алгоритмов и подсистем интегрированной автоматизированной системы для повышения эффективности решения задачи размещения и компоновки технологического оборудования сложного перенастраиваемого многоассортиментного производства полимерной пленки

Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи:

• по результатам обзора современных интегрированных систем для обучения, проектирования и управления сложными техническими объектами составлена структура шгтегрированной системы обучения и проектирования многоассортиментных производств полимерных пленок, включающая единое информационное обеспечение, интеллектуальную проектирующую подсистему, автоматизированную обучающую систему и автоматизированную систему научных исследований,

• определены особенности производства полимерных пленок как объекта изучения и проектирования, выделены связи между средой синтеза, варьируемыми параметрами и выходными характеристиками системы проектирования, выявлены критериальные показатели систем по многоассортиментному производству полимерных пленок, позволяющие сформировать цели обучения и проектирования,

• описаны основные этапы проектирования производства полимерных пленок как сложной технической системы, обозначена роль интегрированной системы обучения и проектирования в решении задачи проектирования завода по производству полимерных пленок,

• разработано математическое обеспечение интегрированной системы обучения и проектирования для размещения и компоновки агрегатов, сформирована структура математических моделей технологического оборудования для решения задач анализа синтезированных производственных систем,

• разработан программный комплекс интегрированной системы обучения и проектирования производств полимерных пленочных материалов,

а

позволяющий принимать эффективные проектные решения и включающий систему визуализации информации о проектном решении на основе компьютерных методов обработки информации о трехмерных геометрических моделях,

• проведено тестирование работы интегрированной системы и ее внедрение в международном концерне для подготовки специалистов по синтезу каландровых и экструзионных линий

Научная новизна работы заключается в следующем:

• на основании проведенного системного анализа производств полимерных пленок составлено формализованное описание производства полимерных пленок как сложного объекта размещения и компоновки,

• разработаны методы и алгоритмы размещения и компоновки технологического оборудования в цехах синтезируемых производственных систем для обеспечения эффективного принятия решений в процессе синтеза производств полимерных пленок,

• разработаны методы визуализации информации на основе компьютерных методов обработки информации, позволяющие осуществлять синтез трехмерных геометрических моделей проектных решений как результат размещения и компоновки агрегатов,

• разработано математическое и программное обеспечение интегрированной системы, включающее библиотеки математических моделей технологического оборудования, базы данных типов пленок, методов производства и цехов, позволяющее решать задачи синтеза новых производств, а также модернизации и перенастройки существующих,

• разработаны методы и алгоритмы интеллектуальной поддержки при принятии решений в интегрированной системе обучения и проектирования, которая основана на знаниях экспертов-проектировщиков и используется для повышения эффективности принятия решений в процессе обучения и проектирования

Методы исследования. Проведенные в работе исследования базируются на использовании методов системного анализа, методов математического моделирования, методов искусственного интеллекта, методов проектирования баз данных, методов и средств объектно-ориентированной разработки сложных программных комплексов

Практическая ценность результатов. Разработано информационное, математическое, алгоритмическое и программное обеспечение интегрированной системы обучения и проектирования многоассортнментных производств полимерных пленок Программный комплекс интегрированной системы используется в международном концерне для подготовки специалистов по синтезу новых и модернизации существующих производств полимерных пленок и позволяет инженерам-проектировщикам принимать эффективные решения при размещении и компоновке технологического оборудования способствует синтезу производств с улучшенными характеристиками Комплекс может быть использован на аналогичных предприятиях, осуществляющих подготовку специалистов по проектированию полимерных производств, или проектирующих и эксплуатирующих линии по производству полимерных пленочных материалов

5

и других материалов, изготавливаемых каландровым способом

Реализация результатов. Результаты диссертационной работы используются для обучения специалистов по синтезу новых производств полимерной пленки в международном концерне «Клекнер Пентапласт ГМбХ & КО КГ» (Россия, Германия, Таиланд и др страны)

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на XVII международной научной конференции ММТТ-17 (Кострома, 2004), XVIII международной научной конференции ММТТ-18 (Казань, 2005), 5-й международной научной конференции CAD/CAM/PDM-2005 (Москва, 2005), 10-й Санкт-Петербургской ассамблее молодых ученых и специалистов (Санкт-Петербург, 2005), 19-й международной научной конференции ММТТ-19 (Воронеж, 2006), XX международной научной конференции ММТТ-20 (Ярославль, 2007), 4-й международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2007), 7-й международной научной конференции CAD/CAM/PDM-2007 (Москва, 2007), а также в Рурском университете по программе DAAD (Германия, Бохум, 2004 и 2007)

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ, получено 4 свидетельства об официальной регистрации программы для ЭВМ

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов и 6 приложений Работа изложена на 158 страницах, содержит 35 рисунков и 34 таблицы, библиографический список включает 142 наименования

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследования, перечислены основные результаты, полученные при решении поставленных задач, дано краткое изложение работы

В первой главе рассмотрены современные интегрированные системы для обучения, проектирования и управления сложными техническими системами, изучены стандарты на разработку тренажерных комплексов, приведены характеристики объекта изучения и проектирования Представлены результаты анализа тренажерных комплексов для обучения проектированию и управлению

Обзор литературы показал, что самым современным направлением создания тренажерных технологий является разработка интегрированных систем обучения и проектирования, включающих в свой состав интеллектуальную САПР, автоматизированную обучающую систему (AÜC) и автоматизированную систему научных исследований (АСНИ) До настоящего времени вопросам разработки тренажерных систем для обучения синтезу и анализу производств полимерных пленок уделялось мало внимания Для решения задачи анализа

А - цех дозирования; Б - цех смешения; Б - цех экструзии; Г - цех каландрования, охлаждения, вытяжки и намотки пленки Рисунок 1 - Общая схема производства полимерных пленок методом каландрования как сложной системы размещения и компоновки технологического оборудования

синтезированных систем актуальным является интеграция тренажеров но проектированию и тренажеров по управлению, включающих в свой состав имитационные модели объекта управления.

Современные производства полимерных пленок - это сложные многостадийные производства, имеющие различные конфигурации технологического оборудования в зависимости от выпускаемых типов полимерных пленок и характеризующиеся большой номенклатурой производимых пленок для каждой производственной линии.

В данной главе осуществлен также анализ производств полимерных пленок, проанализированы системные связи, основные агрегаты полимерного пленочного производства и методы производства. По результатам проведенного анализа отмечено, что в настоящее время существует 3 основных метода производства: каландрование, плоскощелевая и выдувная экструзия. Выделены 6 основных типов цехов, 10 типов пленок, среди которых однослойные и многослойные пленки из поливинилхлорида, полиэтилена высокой и низкой плотности, полипропилена и другие, и 30 видов различных агрегатов, относящихся к 16 категориям.

1 - аппараты дозирования; 2 - пневмотранспортное устройство дня подачи сырья, хранящегося в силосах; 3 - горячий смеситель; 4 - холодный смеситель; 5 - экструдеры; 6 - конвейер для подачи экструдата; 7 - каландр; 8 - устройство для измерения показателя качества полимерной пленки (толщиномер); 9 - охлаждающие валки; 10 - намоточная установка; 11 - резательная машина для форматной резки

I

Проанализированы характеристики типовых цехов полимерного пленочного производства, изучены основные типы пленок и требования к показателям производств в различных странах мира и к разным типам полимерной пленочной продукции.

Таким образом, разработка интегрированной системы для обучения и

проектирования многоассортиментных производств полимерных пленок является актуальной задачей, целесообразность которой продиктована необходимостью повышения эффективности решения задач размещения и компоновки технологического оборудования сложных многостадийных перенастраиваемых производств полимерных пленок

Вторая глава посвящена выявлению системных связей, формализации характеристик и параметров различных производств полимерных пленок и постановке задач системного анализа и принятия решений в интегрированной системе обучения и проектирования

В соответствии с концепцией системного анализа была выявлена трехуровневая иерархическая структура отношений соподчиненности элементов производства полимерных пленок производственная система в целом, цех и агрегат Составлено формализованное описание элементов, составляющих каждый из уровней

• Производственная система в целом

__П={1?ъРьН„), (1)

где 1 = 1 , кц - количество цехов, скомпонованных в производственной

системе П, 1 = \,к", к" - количество типов пленок, производство которых данная линия осуществляет, Ц11, - вектор параметров г-того цеха, скомпонованного в производственной системе, ^ - вектор параметров типов пленок, изготовляемых производственной системой, Нц - вектор характеристик производственной системы

Вектор характеристик типа пленки состоит из следующих компонент

р - №тш> <^Ртах> тш> тах> Лг, Ьр, (Эр/}, (2)

где тш - минимальная толщина пленки данного типа, мкм, йр тах -максимальная толщина пленки данного типа, мкм, м/р ют - минимальная ширина пленки данного типа, м, и^ши - максимальная ширина пленки данного типа, м, Дг - вектор показателей внешнего вида, - вектор цвета типа пленки, <2?, - показатели качества пленки. 1 = 1, к- . где к„ - количество показателей

иг

качества типа пленки ^

Характеристики производства включают в себя

Нп = {2ц, ZJ7эmи, Еп, Рп, МП, N17,1}п}, (3)

где 2П - стоимость производственной системы, руб, 1П ЖПл - стоимость эксплуатации производственной системы, руб /мес • Ел - -энергопотребление производственной системы, кВт, Рп - производительность линии, кг/час, Мп -метод производства пленки, N¡1 - вектор показателей надежности производственной системы, [7Я - вектор дополнительных параметров производственной системы

Вектор показателей надежности производственной системы включает в себя следующие показатели

N¡,= {¡17 отказ» 'Лобсл, ¡Ппрст}, (4)

где 'л 0,отсш - время наработки производственной системы на отказ, ч, I/, о6сл -период работы до профилактического обслуживания производственной системы, ч, 1ппрст - время простоя производственной системы, ч/год

• Цех

__(5)

где 1 = \,кц , кпа - количество цехов, скомпонованных в производственной

системе П, ] = 1,к" , к"м - количество агрегатов в г-том цехе производственной системы, АПу - вектор параметров у-тою агрегата, скомпонованного в (-том цехе производственной системы, - параметры размещения и компоновки г-того цеха в производственной системе, Нц", - вектор характеристик г-того цеха, ЛД -совокупность правил проектирования 1-того цеха Характеристики цеха включают в себя

Нц={Щ,Кц,<1ц}, (6)

где 1Уц - суммарный вес всех агрегатов, скомпонованных в цехе, кг, Кц -вектор конструктивных параметров цеха, йц - минимальное расстояние от агрегатов до стен цеха, м

Вектор геометрических параметров цеха

Кц= {1ц, Иц), (7)

где 1ц - длина цеха, м, ч/ц - ширина цеха, м, Иц-высота цеха, м

• Технологическое оборудование (агрегат) производства полимерных пленок

Алу = {ХА"1р ЯД, ЛД}, (8)

где АПЧ - вектор параметров у-того агрегата, скомпонованного в /-том цехе производственной системы, АД - параметры размещения и компоновки у-того агрегата в г-том цехе производственной системы, ЯД - вектор характеристик у-того агрегата в г-том цехе, ДД - совокупность правил проектирования у-того агрегата в г-том цехе

Характеристики технологического оборудования включают в себя

ЭКСППУ Ел, РА, УГл, Ка, Ма, и а, Вю, Ввых}, (9)

где 2а - стоимость агрегата, руб, 2Л жст - стоимость эксплуатации агрегата, руб /мес , Еа - энергопотребление агрегата, Вт, Рл - производительность агрегата, кг/час, УУА - вес агрегата, кг, Кл - вектор конструктивных параметров, Л.4 - вектор показателей надежности агрегата, 11 А - вектор дополнительных параметров агрегата данной категории, Вех, Веш - векторы входных и выходных точек подключения агрегата, соответственно

Вектор конструктивных параметров агрегата состоит из

Кл = {1л,у»л, Ъл), (Ю)

где 1А - длина агрегата, м; у!А - ширина агрегата, м, НА - высота агрегата, м

Вектор показателей надежности агрегата характеризуется следующими показателями

отказ* оба» прет}> 00

где ¡А отка - время наработки агрегата на отказ, ч, 1А обсл - период работы до профилактического обслуживания агрегата, ч, ¡А „рст - время простоя агрегата, ч/год

Векторы входных и выходных точек подключения агрегата характеризуются следующим образом

К = К.,АУ^В. }> = }, (12)

где Ахв и Ахв - смещения по оси х от локального центра координат геометрической модели данного агрегата входной и выходной точки соответственно, м, Аи Ауа^ - смещения по оси у соответственно, м, и

Лг^ - смещения по оси г соответственно, м

Для решения задач размещения и компоновки технологического оборудования была выполнена формализация производства полимерных пленок как объекта изучения и проектирования, показанная на рисунке 2 В данной структуре приняты следующие обозначения - 0-тый тип пленки в базе данных типов пленки для производства полимерных пленок, о = 1,к™ , где - количество типов пленки в БД, Л4®7/ - /-тый метод производства в базе данных методов производства полимерных пленок, 1-\,ку , где к^ - количество методов производства в БД, - т-тый цех в базе данных типовых цехов для производства полимерных пленок, т = 1ДцЛ, где к® - количество цехов в БД, АБДП - «-тый агрегат в базе данных

агрегатов для производства полимерных пленок, и = , где к^ - количество агрегатов в БД; Х^ - варьируемые переменные компонуемого цеха, X/ -варьируемые переменные размещаемого и компонуемого агрегата, Л ~ вектор соединений агрегатов в производственной системе

Критериальные показатели разделяются на следующие

в={вэ,СТ,впвы), (13)

где Сэ - экономические критериальные показатели, От - технологические критериальные показатели, Ог - геометрические критериальные показатели, Сц-показатели надежности Данные критериальные показатели позволяют оценивать как эффективность каждого из агрегатов при синтезе каландровой или экструзионной линии, так и эффективность производственной системы в целом,

рассчитывая аддитивные показатели (стоимость, энергопотребление и др), что, в конечном счете, позволяет оценить эффективность обучения

Рисунок 2 - Формализованное описание производства полимерных пленок как объекта изучения и проектирования

Согласно принципам системного анализа быта сформулированы задачи синтеза и обучения синтезу производства полимерных пленок

Задача синтеза заключается в следующем для заданной среды синтеза У необходимо спроектировать систему по изготовлению полимерных пленок П путем размещения и компоновки технологического оборудования А в цехах Ц синтезируемого производства, варьируя X = {X¿Д X/, J ПА) и обеспечивая

выполнение экономических С э, технологических бпре г и геометрических Б "^/•ограничений, а также ограничений показателей надежности Спред^ Задача синтеза решается для следующих целей

1) синтез нового производства полимерных пленок,

2) модернизация существующей производственной системы для изготовления полимерных пленок,

3) перенастройка системы на производство новых типов полимерной пленочной продукции^

Задача обучения заключается в том, чтобы научить специалиста решать задачу синтеза для трех указанных целей на основании ограничений С" и целевой функции Бсц, задаваемых инструктором в сценарии обучения СЦ

Для решения данных задач необходимо разработать проблемно-ориентированную интегрированную систему обучения и проектирования многоассортименгных производств полимерных пленок, структура данной системы приведена на рисунке 3

Как видно из данной структуры, ядром интегрированной системы являются АОС, ингеллеюуальная САПР и АСНИ АОС отвечает за реализацию функций обучения и предоставляет интерфейс инструктора, необходимый за составление сценария СЦ и протокола обучения Т. Вектор характеристик протокола для

производственной системы П включает в себя

Тп= ОпредСЦ, П, в, 1обуч}, (14)

где £ сц - целевая функция, заданная в сценарии обучения, б "ред сц - вектор критериальных ограничений сценария обучения, 0 - оценка, сформированная по результатам обучения, го6уч - время обучения, час

Х^.Ха"

Автоматизированная система

научных исследований

Автоматизированная ^СЦ ^упредСЦ

обучающая система

Информационное

ПЙРПТРЧРННР

Рисунок 3 - Структура интегрированной системы обучения и проектирования

В состав интеллектуальной САПР входят проектирующая подсистема, в которой осуществляется размещение и компоновка технологического оборудования, и интеллектуальная подсистема, содержащая правила проектирования и базу знаний нештатных ситуаций в процессе выполнения синтеза и анализа и позволяющая оценивать соблюдение правил проектирования при компоновке и размещении технологического оборудования, соблюдение критериальных показателей, задаваемых инструктором для обучаемого или определенного в задании на проектирование, и, в итоге, оценивать эффективность полученного проектного решения АСНИ содержит функции, необходимые для формирования новых рецептур и режимных параметров технологического оборудования

Таким образом, разработанная система позволяет обучаемому или специалисту по синтезу самостоятельно решать задачу синтеза многоассортиментного производства полимерных пленок

В данной главе также отмечены место и роль этапа размещения и компоновки технологического оборудования в общей структуре проектирования завод» по производств} полимерных пленок, выявлены лапы реализации задачи размещения и компоновки технологического оборудования

В третьей главе приведены описания информационного, математического и алгоритмического видов обеспечения интегрированной системы обучения и

проектирования, а также описаны интерфейсы, реализующие функциональные возможности интегрированной системы обучения и проектирования

Информационное обеспечение включает в себя базы данных сценариев, проектных решений, протоколов, цехов, технологического оборудования, типов пленок, рецептур, режимных параметров, показателей качества пленки и других сущностей интегрированной системы и базу знаний, включающую описание нештатных ситуаций проектирования, причин их возникновения и рекомендаций по устранению Разработаны библиотеки математических моделей агрегатов для анализа синтезированных производственных систем

Одним из основных результатов синтеза производственной системы, помимо проектного решения с данными о размещении и компоновке технологического оборудования, является трехмерная геометрическая модель Данная модель формируется из геометрических моделей скомпонованных агрегатов, поэтому возникает необходимость в формализации и выявлении требований к каркасно-пространственным геометрическим моделям технологического оборудования, заключающимся в соблюдении ограничений 3 , накладываемых на типовые элементы эл!г текстуры « у и материалы мА/

Математическое обеспечение включает структуры математических моделей технологического оборудования для этапов размещения, компоновки и поверочного расчета, а также реализацию математических моделей размещения и компоновки с использованием математического аппарата аффинных преобразований в трехмерном пространстве Таким образом, задача размещения ./-того агрегата А] заключается в расчете координат размещения агрегата V р/1 = {х/рУл-^г/;}

Проверка размещения агрегата в пределах цеха заключается в расчете угловых точек габаритного контейнера на основании знаний о локальном центре координат агрегата А, Уо а, а), вокруг которого происходит его вращение, и проверки их нахождения в пределах габаритного контейнера цеха, ограниченного стенами

Для решения задачи синтеза разработаны правила проектирования, содержащие набор продукционных правил Агрегат, допущенный к компоновке, должен удовлетворять следующим правилам

Если М/1 еМпл Ц/* еЦ„л е^л Л«/*3 б то Ащ е АПрар

При завершении этапа синтеза необходимо осуществить анализ синтезированной производственной системы для проверки соответствия характеристик данной системы критериальным ограничениям

Алгоритм анализа проектного решения показан на рисунке 4 Разработанное алгоритмическое обеспечение включает в себя алгоритм формирования геометрической модели технологического оборудования, алгоритм

формирования модели технологического оборудования, алгоритм компоновки технологического оборудования, алгоритм проверки соответствия ограничениям для компонуемого технологического оборудования и алгоритм обучения проектированию производства полимерных пленок

Решение поставленных задач позволило разработать методы эффективного решения задачи размещения и компоновки технологического оборудования

В четвертой главе приведено описание программного обеспечения интегрированной системы обучения и проектирования, выполнено тестирование разработанного программного комплекса

Обоснован выбор среды разработки, разработано программное обеспечение, приведена его структура Описаны интерфейсы программного комплекса в соответствии с функциональной структурой интегрированной системы Структура программного комплекса приведена на рисунке 5

Тестирование математических моделей размещения и компоновки технологического оборудования для синтеза систем по производству полимерной пленки осуществлялось на примере проектирования, модернизации и перенастройки каландровых и экструзионных линий заводов концерна «Клекнер Пентапласт ГМбХ & КО КГ», расположенных в России, Германии и Таиланде

Расчет показателей качества полимерной пленки выполнялся для осциллирующего экструдера, основных (нагревательных) валков каландровой линии и охлаждающих валков Выходные параметры математических моделей технологического оборудования данных стадий позволяют оценить возможность производства пленки с заданными (в стандартах на данные пленки или заказчиком) показателями качества для синтезируемой каландровой линии

Пример расчета характеристик производственной системы приведен для каландровой линии №1 завода «Клекнер Пентапласт ГМбХ & КО КГ» в г Санкт-Петербурге Тестирование программного комплекса осуществлялось на примере синтеза каландровой линии для изготовления жесткой ПВХ пленки типов ЭП-73 и П-73ЭМ, инструктором в сценарии обучения были установлены следующие критериальные ограничения максимальная стоимость производственной системы 2а/шах= ЮО ООО ООО руб, минимальная производительность Р сцтт = 500 кг/час и максимальное энергопотребление £Ciimax= 850 кВт Общее количество вариантов компоновки технологического оборудования каландровой линии, способной производить указанные типы пленки, составляет 720 вариантов Выполнялся синтез проектных решений для различных критериальных показателей с выбором в качестве основного показателя энергопотребления, производительности каландровой линии и ее стоимости В случае выбора энергопотребления в качестве основного критериального показателя (что является наиболее критичным параметром для данного завода) для стадии экструзии система

рекомендовала, и специалистом по синтезу был выбран планетарный экструдер, поскольку он имеет более низкое энергопотребление Такой же экструдер выбирается и при синтезе линии, основным критериальным показателем которой является стоимость А в случае если критериальным показателей является производительность, интеллектуальная подсистема будет рекомендовать выбор осциллирующего экструдера как агрегата стадии экструзии, имеющего большую производительность по сравнению с планетарным экструдером Значения характеристик производственной системы и оценка по результатам обучения приведены в таблице 1

Рисунок 4 - Алгоритм анализа проектного решения

В рамках тестирования разработанных математических моделей и программного обеспечения была выполнена проверка адекватности характеристик полученных проектных решений для каландровых линий №1 и 2 завода «Клекнер Пентапласт ГМбХ & КО КГ», расположенного в г Санкт-Петербурге, проверялись стоимость, энергопотребление к прокзЕСдителыюся. синтезированных производственных систем Проверка правильности размещения агрегатов осуществлялась по результатам сравнения данных о координатах размещения, рассчитанных программным и математическим обеспечением интегрированной системы обучения и проектирования, со значениями координат,

Рисунок 5 — Стру11тура программного комплекса интегрированной системы обучения и проектирования

полученными по результатам расчета специалистами по синтезу без использования разработанного прмраммного комплекса. Проверка адекватности подтверждает работоспособность указанных видов обеспечения и возможность применения интегрированной системы обучения и проектирования для компоновки и размещения технологического оборудования при синтезе каландровых и экструзионных линий по производству полимерных пленок.

Рисунок 6 - Визу&чизированная трехмерная геометрическая модель синтезированной первой каландровой линии

Таблица 1 - Характеристики синтезированной производственной системы

Л» на рисунке Наименование агрегата Энергопотребление, кВт Стоимость, руб Производительность, кг/ч

Заданные значения Не более S50 Не более 100 000 000 Не менее 500

1 Аппарат дозирования ручного типа 0 40 000 900

2 Аппарат дозирования ручного типа 0 40 000

3 Горячий смеситель 110 8 000 000 900

4 Горячий смеситель 110 8 000 000

5 Холодный смеситель 30 3 500 000 900

6 Холодный смеситель 30 3 500 000

7 Планетарный экструдер 130 14 000 000 550

8 Вальцы 115 18 000 000 800

9 Каландр Г-образкый 0=2300 мм 250 23 000 000 800

10 Охлаждающие и вытяжные валки 40 10 000 000 800

11 Аппарат намотки 20 8 000 000 850

Итоговые характеристики 835 96 0S0 ООО 550

Оценка 50,4

Таким образом, программный комплекс интегрированной системы обучения и проектирования позволяет решать задачу размещения и компоновки технологического оборудования и повышать эффективность решений, принимаемых специалистами по синтезу многоассортиментных производств полимерных пленок.

выводы

1 Разработано формализованное описание производства полимерных пленок, включающее в себя элементы производственной системы, цеха и технологического оборудования Формализованное описание технологического оборудования включает в себя описания структур геометрической модели, математической модели, правил проектирования и информационное описание агрегата и позволяет производить расчет критериальных показателей агрегатов, аддитивных характеристик производственных систем и осуществлять размещение и компоновку оборудования

2 Сформирована структура интегрированной системы обучения и проектирования, выделены основные ее компоненты автоматизированная обучающая система, интеллектуальная САПР, АСНИ и информационное обеспечение, позволяющие решать задачи обучения, синтеза, поверочного расчета производственных систем и интегрировать систему со средами проведения исследований в структуре единой интегрированной системы, формализованы информационные патоки между подсистемами

3 Разработано информационное обеспечение, включающее базы данных сценариев, проектных решений, протоколов, цехов, технологического оборудования, типов пленок, рецептур, режимных параметров, показателей качества пленки и других сущностей интегрированной системы, и базу знаний Информационное обеспечение позволяет хранить геометрические и математические модели технологического оборудования, отвечает требованиям распределенной структуры разработанной системы и размерностям решаемых задач размещения и компоновки Информационное обеспечение соответствует концепции единого информационного пространства интегрированной системы обучения и проектирования

4 Построены новые математические модели, которые позволяют рассчитывать параметры размещения и компоновки технологического оборудования в цехах синтезируемых производственных систем Разработана структура математического описания и библиотеки математических моделей агрегатов для анализа характеристик синтезированных производственных систем

5 Предложены алгоритмы формирования геометрической модели технологического оборудования, формирования модели технологического оборудования, алгоритм компоновки технологического оборудования, алгоритм проверки соответствия ограничениям для компонуемого технологического оборудования и алгоритм обучения проектированию производства полимерных пленок

6 Разработан программный комплекс интегрированной системы обучения и проектирования производств полимерных пленочных материалов,

реализованный в среде объектно-ориентированного программирования Программное обеспечение интегрированной системы обучения и проектирования позволяет принимать эффективные проектные решения и включает систему визуализации информации о проектном решении на основе компьютерных методов обработки информации для трехмерных геометрических моделей

7 Проведено тестирование работы интегрированной системы на базе проверки характеристик и качества существующих производственных систем Результаты тестирования показали возможность использования разработанного программного комплекса интегрированной системы для подготовки специалистов по синтезу каландровых и экструзионных линий, предназначенных для изготовления полимерных пленок, что позволило внедрить ее в опытно-промышленную эксплуатацию на заводах по производству почимерной пленки в России, Германии и Таиланде

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Чистякова Т Б , Иванов А Б , Колерт К, Блинов С Г, Михайлова М В Компьютерная система управления для производства полимерных пленок// Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-17 Сб тр XVII Междунар науч конф , 1-3 июня 2004 г - Кострома, 2004 -Т10 - С 28-32

2 Чистякова Т Б , Иванов А Б , Блинов С Г, Кузьменков Е В , Пичкунов С А Система интеллектуальной поддержки принятия решений для производства полимерных пленок// Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-17 Сб тр XVII Междунар науч конф , 1-3 июня 2004 г - Кострома, 2004 -Т10 - С 32

3 Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ

2005610311 Рос Федерация Система управления качеством полимерной пленки/ Чистякова Т Б (Рос Федерация), Колерт К (Германия), Пичкунов С А, Блинов С Г, Баранов С А, Куликов СИ, Иванов А Б (Рос Федерация) - №2004612521, заявл 14 12 2004, зарег 7 02 2005

4 Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ

2005610312 Рос Федерация Автоматизированная система формирования заданий в перенастраиваемом производстве полимерных пленок (BDE-Sysíem)/ Чистякова Т Б (Рос Федерация), Колерт К (Германия), Иванов А Б , Боярун М В, Кузьменков Е В (Рос Федерация)-№2004612522, заявл 14 12 2004, зарег 7 02 2005

5 Чистякова Т Б , Иванов А Б Автоматизированная система синтеза виртуальной модели промышленного производства полимерных пленок// CAD/CAM/PDM-2005 Сб тр 5 Междунар науч конф 2*5-27 октяппя ?0(И -Москва,2005 -С 21-22.

6. Чистякова Т Б , Иванов А Б , Колерт К / Система автоматизированного проектирования трехмерной геометрической модели перенастраиваемого производства полимерных пленок// Информационные технологии - 2005, № 12. С 2

7 Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ 2006610990 Рос Федерация Программный комплекс для синтеза и анализа^ виртуальных геометрических моделей производства полимерной пленки («CalenderCAD»)/ Чистякова Т Б (Рос Федерация), Колерт К (Германия), Иванов А Б , Козырь В А., Сокунова М А, Блохина М Ф. (Рос Федерация) - №2006610155, заявл 23 01 2006, зарег 16 03 2006

8 Чистякова Т Б , Иванов А Б Структура обучающего комплекса для проектирования перенастраиваемого производства полимерной пленки// Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-19 Сб тр XIX Междунар науч конф, 30 мая - 2 июня 2006 г - Воронеж, 2006 -Т 10 - С 113 — 115

9 Иванов А Б , Козырь В А, Сокунова М А, Блохина М Ф Алгоритмы размещения и компоновки геометрических макромоделей при проектировании перенастраиваемого производства полимерной пленки// Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-19 Сб тр XIX Междунар науч конф, 30 мая - 2 июня2006г -Воронеж,2006 -Т 10.-С 49-50

10 Чистякова Т Б , Иванов А Б , Сокунова М А Интеллектуальная система синтеза каландровых линий для многоассортиментного производства полимерных пленок// Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-20 Сб тр XX Междунар науч конф, 28-31 мая 2007 г. - Ярославль, 2007 -Т 2 - С 221-224

11 Чистякова Т Б, Колерт К, Иванов А Б , Полосин А Н Международный инновационный дистанционный научно-образовательный центр по исследованию и разработке наукоемких технологий для гибких производств полимерных материалов// Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности - Hi-tech Сб тр 4 Междунар науч -практич конф, 2-5 октября 2007г.-Санкт-Петербург, 2007 -Т 11 -С 438-439

12 Чистякова Т Б, Иванов А Б Структура тренажерного комплекса по проектированию гибких многоассортиментных производственных систем// CAD/CAM/PDM-2007 Сб тр 7 Междунар науч конф, 23-25 октября 2007 г -Москва, 2007 - С 42-43

13. 1ерентьев ВИ, Колерт К, Иванов АБ/ Состояние и перспективы развития производства поливинилхлоридных смол в России// Международные новости мира пластмасс.-2007 -№7-8-С 12-17

14 Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ 2007613430 Рос Федерация Тренажерный комплекс для обучения проектированию каландровых линий («CalcüuciCAD2»)/ Чжлякива Т Б , Иванов А Б , Козырь В л , Сокунова МА, Блохина МФ (Рос Федерация), Колерт К (Германия)-№2007612345, заявл 15 062007, зарег 15.08 2007

23 05 08 г Зак 113-86 РТП Ж «Синтез» Московский пр , 26

ВВЕДЕНИЕ.

1 АНАЛИЗ ИНТЕГРИРОВАННЫХ СИСТЕМ ОБУЧЕНИЯ, ПРОЕКТИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ, ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБЪЕКТА ИЗУЧЕНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ.

1.1 Анализ интегрированных систем для обучения, проектирования и управления.

1.1.1 Роль тренажерных комплексов в обучении персонала проектированию и управлению сложными технологическими объектами.

1.1.2 Общие сведения о тренажерных комплексах для проектирования и управления в химической и других отраслях промышленности.

1.1.3 Основные типы тренажерных комплексов.

1.1.3.1 Тренажеры для моделирования управления сложными процессами.

1.1.3.2 Тренажеры для проектирования.

1.1.4 Современные тренажерные технологии.

1.1.5 Характеристики существующих тренажерных комплексов для проектирования и управления.

1.2 Стандартизация тренажерных комплексов.

1.2.1 Стандарты на разработку тренажерных комплексов.

1.2.2 Стандарты на функционирование тренажерных комплексов.

1.2.3 Стандарты и методы оценки качества обучения.

1.3 Характеристика объекта изучения и проектирования.

1.3.1 Методы производства полимерных пленок.

1.3.1.1 Производство полимерных пленок методом каландрования.

1.3.1.2 Производство полимерных пленок методом выдувной экструзии.

1.3.1.3 Производство полимерных пленок методом плоскощелевой экструзии.

1.3.1.4 Сравнительный обзор основных методов производства полимерной пленки.

1.3.2 Дополнительные аппараты, используемые при производстве полимерных пленок для улучшения их характеристик.

1.3.2.1 Аппараты для производства многослойных полимерных пленок.

1.3.2.2 Аппараты для производства ориентированных пленок.

1.3.2.3 Аппараты для производства химически-модифицированных полимерных пленок.

1.3.3 Здания и цеха для производства полимерных пленок.

1.3.4 Описание производств полимерных пленок в различных странах и требования, предъявляемые при проектировании производств.

Выводы.

2 ФОРМАЛИЗАЦИЯ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА И ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В ИНТЕГРИРОВАННОЙ СИСТЕМЕ ОБУЧЕНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ.

2.1 Системный анализ объекта изучения и проектирования

2.2 Формализованное описание производства полимерных пленок как объекта изучения и проектирования.

2.3 Постановка задач синтеза и обучения.

2.3.1 Задача синтеза многоассортиментного производства полимерной пленки.

2.3.2 Задача обучения синтезу.

2.4 Структура интегрированной системы обучения и проектирования.

2.5 Этапы проектирования предприятия по производству полимерных пленок, стадии технологического проектирования, решаемые при помощи интегрированной системы обучения и проектирования.

Выводы.

3 РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И АЛГОРИТМОВ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ЭФФЕКТИВНОГО ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПО РАЗМЕЩЕНИЮ И КОМПОНОВКЕ АГРЕГАТОВ МНОГОАССОРТИМЕНТНЫХ ПРОИЗВОДСТВ ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНОК.

3.1 Информационное описание интерфейсов интегрированной системы обучения и проектирования.

3.2 Информационное обеспечение интегрированной системы обучения и проектирования.

3.2.1 Инфологическая модель предметной области.

3.2.2 Обоснование выбора системы управления базами данных.

3.2.3 Структура базы данных тренажерного комплекса (даталогическая модель).

3.2.4 Структура базы знаний интегрированной системы обучения и проектирования.

3.2.4.1 Структура интеллектуальной подсистемы САПР.

3.2.5 Характеристика информационного обеспечения.

3.3 Разработка критериев и моделей описания и оценки эффективности проектного решения.

3.3.1 Структура трехмерной геометрической модели технологического оборудования.

3.3.2 Математическое описание технологического оборудования для размещения в цехе производственной системы.

3.3.2.1 Постановка задачи размещения технологического оборудования в цехе синтезируемой производственной системы.

3.3.2.2 Структура математического описания технологического оборудования для размещения в цехе производственной системы.

3.3.2.3 Размещение технологического оборудования в цехе синтезируемой производственной системы.

3.3.2.4 Этапы размещения технологического оборудования.

3.3.3 Компоновка технологического оборудования в цехах синтезируемой производственной системы.

3.3.3.1 Постановка задачи компоновки.

3.3.3.2 Гзометрическое описание проверки технологического , оборудования на нахождение в пределах цеха синтезируемой производственной системы.

3.3.4 Описание правил проектирования.

3.3.5 Анализ синтезированных производственных систем.

3.3.5.1 Инструментальные средства синтеза математических моделей технологического оборудования для выполнения анализа синтезированных производственных систем.

3.4 Алгоритмы синтеза и обучения.

3.4.1 Алгоритм формирования геометрической модели технологического оборудования.

3.4.2 Алгоритм формирования модели технологического оборудования.

3.4.3 Алгоритм компоновки технологического оборудования.

3.4.4 Алгоритм проверки соответствия ограничениям для компонуемого технологического оборудования.

3.4.5 Алгоритм обучения проектированию производства полимерных пленок.

Выводы.

4 ОПИСАНИЕ РАЗРАБОТАННОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ, ТЕСТИРОВАНИЕ И ВНЕДРЕНИЕ ИНТЕГРИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ.

4.1 Обоснование выбора программной среды разработки

4.2 Структура программного обеспечения интегрированной системы.

4.3 Описание интерфейса программного комплекса.

4.4 Характеристика программного обеспечения интегрированной системы обучения и проектирования.

4.5 Тестирование интегрированной системы обучения и проектирования.

Выводы.

ВЫВОДЫ.

Ужесточение экологических требований и обострение конкурентной борьбы, усиливающей требования к низкой стоимости и высокому качеству полимерных пленок, определяют необходимость повышения эффективности принятия решений и учета большого количества факторов при проектировании новых, а также модернизации и перенастройке существующих производств полимерных пленочных материалов.

Современные производства полимерных пленок характеризуются большим количеством стадий, на каждой из которых используется сложное технологическое оборудование, частой перенастройкой оборудования на различные типы продукции, большим количеством режимов функционирования агрегатов для каждого типа изготавливаемой пленки. Каждая из этих особенностей влияет на результирующие характеристики пленок и определяет эффективность и конкурентоспособность производства на рынке. Так как характеристики производства закладываются на этапе его проектирования, то к специалисту по синтезу производств полимерных пленок как сложного объекта изучения и проектирования предъявляются повышенные требования: знание методов производства и технологических процессов, технологического оборудования, правил его размещения и компоновки с учетом экономических, экологических, технологических и геометрических ограничений, знание сред синтеза и анализа проектных решений. > .

В связи с этим актуальной задачей является разработка методов и алгоритмов обучения, синтеза и анализа производств полимерных пленочных материалов, позволяющих специалисту по синтезу принимать эффективные решения по размещению и компоновке технологического оборудования для повышения качества производственной системы с учетом страны, в которой будет осуществляться производство, изготавливаемых типов пленки, имеющихся зданий и помещений и других параметров.

Разработка интегрированной системы обучения и синтеза многоассортиментных производств полимерных пленок, включающей единое информационное обеспечение всех подсистем, автоматизированную обучающую систему, проектирующую и интеллектуальную подсистемы, позволит решить данную актуальную задачу.

В связи с этим, целью диссертационной работы является разработка методов, алгоритмов и подсистем интегрированной автоматизированной системы для повышения эффективности решения задачи размещения и компоновки технологического оборудования сложного перенастраиваемого многоассортиментного производства полимерной пленки.

Для достижения г{ели поставлены и решены следующие задачи:

• по результатам обзора современных интегрированных систем для обучения, проектирования и управления сложными техническими объектами составлена структура интегрированной системы обучения и проектирования многоассортиментных производств полимерных пленок, включающая единое информационное обеспечение, интеллектуальную проектирующую подсистему, автоматизированную обучающую систему и автоматизированную систему научных исследований; определены особенности производства полимерных пленок как объекта изучения и проектирования; выделены связи между средой синтеза, варьируемыми параметрами и выходными характеристиками системы проектирования, выявлены критериальные показатели систем по многоассортиментному производству полимерных пленок, позволяющие сформировать цели обучения и проектирования;

• описаны основные этапы проектирования производства полимерных пленок как сложной технической системы, обозначена роль интегрированной системы обучения и проектирования в решении задачи проектирования завода по производству полимерных пленок; 5

• разработано математическое обеспечение интегрированной системы обучения и проектирования для размещения и компоновки агрегатов, сформирована структура математических моделей технологического оборудования для решения задач анализа синтезированных производственных систем;

• разработан программный комплекс интегрированной системы обучения и проектирования производств полимерных пленочных материалов, позволяющий принимать эффективные проектные решения и включающий систему визуализации информации о проектном решении на основе компьютерных методов обработки информации о трехмерных геометрических моделях;

• проведено тестирование работы интегрированной системы и ее внедрение в международном концерне для подготовки специалистов по синтезу каландровых и экструзионных линий.

Для решения поставленных задач были использованы методы теории системного анализа, методы теории математического моделирования, методы теории искусственного интеллекта, методы проектирования баз данных, методы и средства объектно-ориентированной разработки сложных программных комплексов.

Результаты диссертационной работы изложены в четырех главах.

В первой главе рассмотрены современные интегрированные системы для обучения, проектирования и управления, изучены стандарты на разработку тренажерных комплексов, приведены характеристики объекта изучения и проектирования. Представлены результаты анализа тренажерных комплексов для обучения проектированию и управлению.

Вторая глава посвящена формализации производства полимерных пленок и постановке задач системного анализа и принятия решений в интегрированной системе обучения и проектирования; рассмотрены этапы проектирования химического предприятия и роль этапа размещения и компоновки технологического оборудования.

В третьей главе приведены описание информационного, математического и алгоритмического обеспечений интегрированной системы обучения и проектирования, а также составлено информационное описание интерфейсов, описывающее функциональные возможности интегрированной системы обучения и проектирования.

В четвертой главе приведено описание программного обеспечения интегрированной системы обучения и проектирования, выполнено тестирование разработанного программного комплекса.

Научная новизна работы заключается в следующем: на основании проведенного системного анализа производств полимерных пленок составлено формализованное описание производства полимерных пленок как сложного объекта размещения и компоновки; разработаны методы и алгоритмы размещения и компоновки технологического оборудования в цехах синтезируемых производственных систем для обеспечения эффективного принятия решений в процессе синтеза производств полимерных пленок;

• разработаны методы визуализации информации на п основе компьютерных методов обработки информации, позволяющие осуществлять синтез трехмерных геометрических моделей проектных решений как результат размещения и компоновки агрегатов;

• разработано математическое • и программное обеспечение интегрированной системы, включающее библиотеки математических моделей технологического оборудования, базы данных типов пленок, методов производства и цехов, позволяющее решать задачи синтеза новых производств;; а также модернизации и перенастройки существующих;

• разработаны методы и алгоритмы интеллектуальной поддержки при принятии решений в интегрированной системе обучения и проектирования, которая основана на знаниях экспертов-проектировщиков и используется для повышения эффективности принятия решений в процессе обучения и проектирования.

Результаты работы докладывались и обсуждались на XVII международной научной конференции ММТТ-17 (Кострома, 2004), XVIII международной научной конференции ММТТ-18 (Казань, 2005), 5-й международной научной конференции CAD/CAM/PDM-2005 (Москва, 2005), 10-й Санкт-Петербургской ассамблее молодых ученых и специалистов (Санкт-Петербург, 2005), 19-й международной научной конференции ММТТ-19 (Воронеж, 2006), XX международной научной конференции ММТТ-20 (Ярославль, 2007), 4-й международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2007), 7-й международной научной конференции CAD/CAM/PDM-2007 (Москва, 2007), а также в Рурском университете по программе DAAD (Германия, Бохум, 2004 и 2007).

По материалам диссертации опубликовано 10 работ, получено 4 свидетельства об официальной регистрации программы для ЭВМ.

Эффективность проведенных исследований подтверждена актом о внедрении.

выводы

1. Разработано формализованное описание производства полимерных пленок, включающее в себя элементы производственной системы, цеха и технологического оборудования. Формализованное описание технологического оборудования включает в себя описания структур геометрической модели, математической модели, правил проектирования и информационное описание агрегата и позволяет производить расчет критериальных показателей агрегатов, аддитивных характеристик производственных систем и осуществлять размещение и компоновку оборудования.

2. Сформирована структура интегрированной системы обучения и проектирования, выделены основные ее компоненты: автоматизированная обучающая система, интеллектуальная САПР, АСНИ и информационное обеспечение, позволяющие решать задачи обучения, синтеза, поверочного расчета производственных систем и интегрировать систему со средами проведения исследований в структуре единой интегрированной системы; формализованы информационные потоки между подсистемами.

3. Разработано информационное обеспечение, включающее базы данных сценариев, проектных решений, протоколов, цехов, технологического оборудования, типов пленок, рецептур, режимных параметров, показателей качества пленки и других сущностей интегрированной системы, и базу знаний. Информационное обеспечение позволяет хранить геометрические и математические модели технологического оборудования, отвечает требованиям распределенной структуры разработанной системы и размерностям решаемых задач размещения и компоновки. Информационное обеспечение соответствует концепции единого информационного пространства интегрированной системы обучения и проектирования.

4. Построены новые математические модели, которые позволяют рассчитывать параметры размещения и компоновки технологического оборудования в цехах синтезируемых производственных систем. Разработана структура математического описания и библиотеки математических моделей агрегатов для анализа характеристик синтезированных производственных систем.

5. Предложены алгоритмы формирования геометрической модели технологического оборудования, формирования модели технологического оборудования, алгоритм компоновки технологического оборудования, алгоритм проверки соответствия ограничениям для компонуемого технологического оборудования и алгоритм обучения проектированию производства полимерных пленок.

6. Разработан программный комплекс интегрированной системы обучения и проектирования производств полимерных пленочных материалов, реализованный в среде объектно-ориентированного программирования. Программное обеспечение интегрированной системы обучения и проектирования позволяет принимать эффективные проектные решения и включает систему визуализации информации о проектном решении на основе компьютерных методов обработки информации для трехмерных геометрических моделей.

7. Проведено тестирование работы интегрированной системы на базе проверки характеристик и качества существующих производственных систем. Результаты тестирования показали возможность использования разработанного программного комплекса интегрированной системы для подготовки специалистов по синтезу каландровых и экструзионных линий, предназначенных для изготовления полимерных пленок, что позволило внедрить ее в опытно-промышленную эксплуатацию на заводах по производству полимерной пленки в России, Германии и Таиланде.

1. Чистякова Т.Б. Интеллектуальные автоматизированные тренажерно-обучающие комплексы в системах управления потенциально-опасными химическими производствами: Дис. . д-ра тех. наук/ СПбГТИ. СПб., 1997. — 484 с.

2. Шукшунов В.Е. Тренажерные системы. М.: Машиностроение, 1981. -254 с.

3. Элтон X., Поттер Д. Применение тренажеров для обучения операторов технологических установок НПЗ. // Нефть, газ и нефтехимия за рубежом. -1989.-N12-C.112-115.

4. Орков В.Г. Тренажеры для диспетчерского персонала энергосистем и энергообъединений: Обзор //Сер. Средства и системы управления в энергетике. М.: Информэнерго. - 1984. - №1 - 42 с.

5. Саракитян В.П., Оганян К.К. Принципы организации автоматизированного обучения операторов химико-технологических производств на тренажерах: Экспресс информация //Автоматизация хим. производств. — 1988. — №6. — С. 12.

6. Фурганг С.Р. Обучаться? Лучше всего на компьютере! // Нефть, газ и нефтехимия за рубежом. 1989. - №1 - С. 123 - 126.

7. Саракитян В.П., Мхитарян С.А., Зурабян Г.А. Разработка имитаторов ТП «•8. для тренажеров операторов хим. производств: Экспресс-информация //Автоматизация хим. производств. 1987. - №2 - С. 13.

8. Давыдов Э.В., Саракитян В.П. Разработка тренажерных систем для учебных центров предприятий химической промышленности // Хим. технология. 1983. - № 4 - С. 59 - 61.

9. Зурабян Г.А. и др. Об одном алгоритме обучения операторов технических комплексов: Экспресс-информация //Автоматизация хим. производств. — 1987. -Вып. 2.-С. 29.

10. Колодный И.Д. Экономическая и социальная эффективность тренажеров // Тренажеры и тренажерные комплексы: Сб. тр. обл. науч.-техн.сов. — Пермь, 1990.-38 с.

11. Жилин В.А., Колодный И.Д., Тер-Мхитаров М.С. Перспективы развития тренажеров.// Тренажеры и тренажерные комплексы: Сб. тр. обл. науч.-техн.сов. Пермь, 1990. - 38 с.

12. Аязян Г.К., Борисов А.Н., Максимов М.В. Тренажеры имитаторы химико-технологических установок на ПЭВМ // Динамика процессов и аппаратов химической технологии: Тез. докл. II Всесоюз. науч.-техн. конф. /ЯГТУ. -Ярославль, 1994.-С. 147.

13. Балакирев C.B., Благодарный B.C., Зотов Ю.М. Тренажер для обучения операторов химико-технологических процессов // Динамика процессов и аппаратов химической технологии: Тез. докл. II Всесоюз. науч.-техн. конф. /ЯГТУ. Ярославль, 1994. - С. 154.

14. Дозорцев В.М. Компьютерные тренажеры для обучения операторов в нефтехимии и нефтепереработке. Опыт использования и перспективы развития // Науч.-техн. конф., поев. 95-летию училища: Тез. докл. Ярославль: Яр ИПК, 1995.-С. 60-62.

15. Бодрунов С.Д. Авиационное тренажеростроение в России: история, современное состояние, перспективы развития // Науч.-техн. конф. «Тренажерные технологии и симуляторы» СПб: ЦНИИ РТК, 2002. С. 4 - 12.

16. Киселев В.Ф. Концепция построения программно-аппаратных учебных комплексов на основе технологии виртуальной реальности и мультимедиа приложений // Науч.-техн. конф. «Тренажерные технологии и симуляторы» — СПб: ЦНИИ РТК, 2002. С. 21 23.

17. Чистякова Т.Б., Бойкова О.Г. Технология проектирования интеллектуальных тренажерно-обучающих комплексов на примере процесса коксования углей // Науч.-техн. конф. «Тренажерные технологии и симуляторы» СПб: ЦНИИ РТК, 2002. С. 33 - 37.

18. Дозорцев В.М., Соркин JI.P., Шестаков Н.В. Компьютерные тренажерьгдля обучения операторов технологических процессов: опыт разработки и перспективы развития // Науч.-техн. конф. «Тренажерные технологии и симуляторы» СПб: ЦНИИ РТК, 2002. С. 89 - 92.

19. Филатова H.H., Ахремчик О.Л., Вавилова Н.И. Проектирование тренажерных комплексов для технического образования: Монография/ ТГТУ. — Тверь., 2005. 160 с.

20. Дозорцев В.М., Кнеллер Д.В., Левит М.Ю. Особенности построения моделей технологических процессов для компьютерных тренажеров реального времени // Науч.-техн. конф., поев. 95-летию училища: Тез. докл. Ярославль: ЯрИПК, 1995. С. 69-70.

21. Atlantic Simulation, Inc. Simulator Based Training for the Process Industries. SHREWSBURY, New Jersey 07702, 1990. 10 c.

22. Чачко А.Г. Концепция интеграции АСУТП и тренажеров // Интеграция АСУТП и тренажерных устройств : Тез. докл. Всесоюзной конф. — Киев: 1991. С. 33-35.

23. Егоров А.Ф., Савицкая T.B. Управление безопасностью химических производств на основе новых информационных технологий: Учеб. ПособиеМ.: Химия, 2004. 416 с.

24. Соловов A.B. Проектирование компьютерных систем учебного назначения: Учебное пособие/ СГАУ. Самара, 1995. — 138 с.

25. Отдел подводных систем научно-исследовательского института специального машиностроения/ МГТУ им. Н.Э.Баумана. М., 2004. -http://aqua.sm.bmstu.ru/designs/simulators

26. Современные информационные технологии и ИТ-образование: Учебно-методическое пособие/ Под ред. проф. В.А. Сухомлина// Сборник докладов научно-практической конференции. -М.: МАКС Пресс, 2005. 892 с.

27. Гершензон В.Е., Смирнова Е.В., Элиас В.В. Информационные технологии в управлении качеством среды обитания: Учеб. Пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений. М.: Издательский центр «Академия», 2003- 288 с.

28. Норенков И.П., Зимин A.M. Информационные технологии в образовании.-М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. 352 с.

29. Вейсхаар Т.А., Комаров В.А. Человеческий фактор в проектировании авиационных конструкций. / Полет, №1, 1998г.

30. Саракитян В.П., Оганов К.А., Мхитарян С.А. Алгоритм функционирования системы обучения операторов производства экстракционной фосфорной кислоты: Экспресс-информация //Автоматизация хим. производств. 1987. -т №2 - С. 32.

31. Человеческий фактор. В 6 т. Т.З. Моделирование деятельности, профессиональное обучение и отбор операторов: Пер. с англ.: Холдинг Д., Голдстейн Н., Эбертс Р. и др. М.: Мир, 1991. 302 с.

32. Балакирев B.C., Большаков A.A. Методология интеллектуального обучения // Науч.-техн. конф., поев. 95-летию училища: Тез. докл. Ярославль: Яр ИПК, 1995.-С. 58-69.

33. Обзор современных тренажерных технологий/ http://www.traintech.ru/ru/trainers/index.php ?path;=what

34. Описание компании Hackett Consulting/ http://www.hackettconsulting.com.au/

35. Описание разработок компании Raytheon/http://www.raytheon.com

36. Описание тренажерных технологий компании Thomson/ http://www.ttsl.co.uk

37. Официальный сайт компании FLYIT/ http://www.flyit.com/Sales.html46. . Алтунин В.К., Стручков A.M. Проблемы разработки обучающих систем подготовки специалистов военно-морского флота // Компьютерные инструменты в образовании. 2005. - №3 - С. 3 - 6.

38. Центр тренажеростроения и подготовки персонала космоцентра «Астрон» им. Г.С. Шонина/ http://www.tpark.ru/June/First.html

39. Российская группа компаний «Транзас»/ http://www.transas.ru/products/simulators

40. Компьютерные тренажеры по современным корабельным системам: опыт разработки и эксплуатации на ГУЛ Адмиралтейские Верфи/ Куцко A.M., Колчин А. В. // Тез. докл. конференции Информационные технологии в судостроении 2000.

41. Официальный сайт Научно-исследовательского института «Центрпрограммсистем»/ http://www.cps.tver.ru

42. Куприянов В., Алтунин В., НИИ "ЦЕНТРПРОГРАММСИСТЕМ" -разработчик компьютерных систем для военно-морского флота // Международный журнал "Военный парад" № 6(60), ноябрь-декабрь 2003 г.

43. Описание разработок компании «Кронштадт»/ http://www.kronshtadt.ru/ru/index.php

44. Энергосбережение и водоподготовка. — 2003. — №3. С. 77 82.

45. Описание тренажеров компании ABB/ http://www.abb.ru

46. Магид Сергей. Отчет о российско-американском саммите «Подготовка персонала в электроэнергетике США»// Босс 2005.

47. Тренажеры электрических станций и сетей компании «TEST»/ http://www.testenergo.ru/proj 1 .htm

48. Тренажерные системы ООО «Сотус-К»/ http://sotus-k.ru/trenprogr.html

49. Официальный сайт Экспериментального научно-исследовательского и методического центра «Моделирующие Системы»/ http://www.ssl.obninsk.ru/web/002/index.nsf/index/sim

50. Тренажерные системы корпоративного образовательного и научного центра ЕЭС/ http://www.cetn.ru/nc/ucheba

51. Тренажерные комплексы компании «Петроком»/ http://petrocom.ipu.rssi.ru/kso.htm

52. Сайт Всероссийского научно-исследовательского института Технической физики и автоматизации (ВНИИТФА)/ http://www.vniitfa.ru/Products

53. Официальный сайт ООО «Системотехника»// http ://www. sistemotehnika.ru/index.php?item 1=1

54. Описание тренажерных комплексов процессов производства красителей / www. 170514.tstu.ru/tren/zheltiy

55. Зайцева JI.A., Копылов A.C., Очков A.B., Очков В.Ф., Пильщиков А.П. Обучающий, контролирующий и тренажерный автоматизированный комплекс для персонала химических цехов ТЭС и АЭС// Вестник МЭИ, 1997.

56. Тисенко В.Н. Автоматизированное проектирование и управление комплексными испытаниями при реализации инновационных проектов: Автореф. дис. на соискание уч. степени д-ра техн. наук/ СПбГТИ (ТУ).- СПб., 1999. 44 с.

57. Андрейчикова О.Н. Разработка методов и систем компьютерной поддержки анализа и синтеза технических решений на этапе концептуального проектирования: Автореф. дис. на соискание уч. степени д-ра техн. наук/ ВГТУ. Волгоград, 2002. - 44 с.

58. Обзор симуляторов компании Lockheed • Martin\ http://www.lockheedmartin.com/capabilities/trainingsimulation/index.html

59. Описание тренажеров компании Wicat Europe/ http://www.wicat.com

60. Описание тренажеров компании Drake Electronics . Limited/ http://www.drake-uk.com/vcs/ProductDetails.asp?ProdSubCatro:=29t

61. Комаров В.А., Черепашков A.A. Компьютерные тренажеры для конструкторов // Полет. 1999. - №8.

62. Лесников Е. Новая CATIA // САПР и графика. 2002. - № 10.

63. Петрухин A. Autodesk Inventor 5 практический подход к автоматизации проектирования // САПР и графика. - 2001. - № 11.

64. Центр новых информационных технологий при Самарском государственном аэрокосмическом университете/ СГАУ. — Самара, 2005. — http://cnit.ssau.ru/kadis

65. Авиационные тренажеры ЦНТУ «Динамика»/ http://www.dinamika-avia.ru/ catalogue/info

66. Технология переработки природного газ и конденсата: Справочник: в 2 ч. —

67. М.: ООО "Недра-Бизнесцентр", 2002 4.1С. 137.

68. Описание программного пакета Aspen Plus/ http://www.aspentech.ru/index.php?id=24

69. Описание программного комплекса Aspen HYSYS Dynamics/ http ://www. aspentech.ru/index.php?id=65

70. Гартман Т. Управление производством: моделирующая программа ChemCad/ The Chemical Journal. 2002. - С. 44 - 46.

71. Описание программного комплекса aspenONE/ http://www.aspentech.ru/index.php?id=82 1 ■ " .

72. PDMS 12.0: Описание функциональных возможностей/ AVEVA Group pic — Великобритания, 2008. 12 с. • '

73. Описание разработок отдела динамики, управления и математического моделирования Российского Научного Центра «Курчатовский Институт»/ http://www.dcmm.kiae.ru

74. Описание системы автоматизированной разработки компьютерных тренажеров play Тамбовского Государственного Нефтегазового Университета/ http://cde.tsogu.ru/playsystem • •

75. ГОСТ 34.601-90. Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы стадии создания.

76. ГОСТ 34.201-89. Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Виды, комплектность и обозначение документов при создании автоматизированных систем.

77. ГОСТ 34.602-89. Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Техническое задание на создание автоматизированной системы.

78. Загретдинов И.Ш., Магид С.И., Аракелян Э.К., Мищеряков C.B. и др. Тренажерная подготовка кадров как системообразующий фактор в сфере обеспечения безопасной эксплуатации оборудования электроэнергетики России// Известия. 2003. — 14 ноября.

79. Дозорцев В.М. Компьютерные тренажеры реального времени для обучения и переподготовки операторов и технологического персонала потенциально опасных производств. М.: Приборы и системы управления, 1996, №8. С. 30-31.

80. РД 153-34.0-12.305-99. Нормы годности программных средств подготовки персонала энергосистем, М., 1999.

81. Орлов А.И. Экспертные оценки: Учебное пособие. М.:, 2002. 31 с.

82. Колерт К., Воскресенский А.М., Красовский В.П. и др. Интенсификация процессов каландрования полимеров. — JL: Химия, 1991. — 224 с.

83. Лебедев Г.А., Красовский В.Н. Вальцевание и каландрование. Л.: Химия, 1973.-88 с.

84. Торнер Р.В., Акутин М.С. Оборудование заводов по переработке пластмасс. М.: Химия, 1986. - 400 с.

85. Добрынина Л.Е. Технология полимерных пленочных материалов и искусственной кожи. — Л.: Химия, 1993. 333 с.

86. Торнер Р.В. Основные процессы переработки полимеров (теория и методы расчета). М.: Химия, 1972. - 456 с.

87. Шварц О., Эбелинг Ф.В., Фурт Б. Переработка пластмасс. СПб.: Профессия, 2005. - 320 с.

88. Заиков Г.Е. Полимерные пленки. СПб.: Профессия, 2005. - 352 с.

89. Торнер Р.В. Теоретические основы переработки полимеров (механика процессов). — М.: Химия, 1977. 464 с.

90. Экструзионная технология компаундов, пленочной, листовой, трубчатой и профильно-погонажной продукции из пластмасс// Полимерные материалы. — 2004.-№6.

91. Лазарева В.А., , Гончарова Н.М. Пленки поливинилхлоридные 2006: Маркетинговое исследование/ Черкасский государственный научно-исследовательский институт технико-экономической информации в химической промышленности. Черкасы, 2006. - 118 с.

92. ПВХ в мире и в России// Пластике. 2004. - № 3.

93. Состояние рынка полимерных пленок/ Т. Хазова// Тез. докл. конференции «Полимерные пленки 2007», 25 июня 2007г. М., 2007.

94. Рынок полимерных пленок России и Украины// Хим-Курьер. 2006. - 27 февраля.

95. Краева Е. Состояние российского рынка полимерных пленок// The Chemical Journal. 2006. - №12. - С. 64 - 65.

96. Терентьев В.И., Колерт К., Иванов А.Б./ Состояние и перспективы развития производства поливинилхлоридных смол в России// Международные новости мира пластмасс. 2007. — № 7-8 - С. 12 - 17.

97. Дворецкий С.И., Егоров А.Ф., Дворецкий Д.С. Компьютерное моделирование и оптимизация технологических процессов и оборудования: Учебное пособие. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2003. 224 с.

98. Холоднов В.А., Хартманн К., Чепикова В.Н., Андреева В.П. Системный анализ и принятие решений. Компьютерные технологии моделирования химико-технологических систем: Учебное пособие. СПбГТИ(ТУ). СПб., 2007. - 160 с.

99. Холоднов В.А. Системный анализ и принятие решений. Компьютерное моделирование и оптимизация объектов химической технологии в Mathcad и Excel: Учебное пособие. СПбГТИ(ТУ). СПб., 2007. - 425 с.

100. Бондаренко Н.И. Методология системного подхода к решению проблем: история, теория, практика: Монография. СПб., 1997. —390 с.

101. Добкин В.М. Системный анализ в управлении. М.: Химия, 1984. - 224 с.

102. Дегтярев Ю.И. Системный анализ и исследование операций: Учебник для вузов по спец. АСОИУ. М.: Высш. шк., 1996. - 335 с. ■

103. Кафаров В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии. -М.: Химия, 1985.-448 с.

104. Кафаров В.В., Макаров В.В. Гибкие автоматизированные производственные системы в химической промышленности: Учебник < -для вузов. М.: Химия, 1990. - 320 с.

105. Полосин А.Н., Чистякова Т.Б. Математические модели осциллирующего движения и плавления полимеров для проектирования и управления экструдерами// Системы управления и информационные технологии. 2006. -№ 4. - С. 30-36.

106. Назарова Е.Б., Чистякова Т.Б., Сокунова М.А. Программный комплекс моделирования неизотермического течения полимерного материала в зазорекаландра// Известия ОрелГТУ. Сер. "Информационные системы и технологии". 2005. - № 2. - С. 123 - 128.

107. Сергеев H.A., Колерт К., Чистякова Т.Б. Математическая модель системы охлаждения каландровой линии для управления качеством полимерного материала// Хим. пром-сть. 2005. - Т. 82, № 2. - С.72 - 80.

108. Шерышев М.А. Проектирование цехов по переработке полимерных материалов. М.: МИХМ, 1980. 88 с.

109. ASTM D2457-03. Standard Test Method for Specular Gloss of Plastic Films and Solid Plastics.

110. Кафаров B.B., Ветохин B.H. Основы автоматизированного проектирования химических производств. М.: Наука, 1987. 624 с.

111. Чистякова Т.Б., Иванов А.Б., Колерт К. Система автоматизированного проектирования трехмерной геометрической модели перенастраиваемого производства полимерных пленок// Информационные технологии. 2005. -№12 - С. 2 - 6.

112. Чистякова. Т.Б., Иванов А.Б. Структура тренажерного комплекса по проектированию гибких многоассортиментных производственных систем// CAD/CAM/PDM-2007: Сб. тр. 7 Междунар. науч. конф., 23-25 октября 2007 г. -Москва, 2007. С. 42-43.

113. Скотт К. UML. Основные концепции. М.: Издательский дом "Вильяме", 2002.-144 с.

114. Кватрани Т. Визуальное моделирование с помощью Rational Rose 2002 и UML. M.: Издательский дом "Вильяме", 2003. - 192 с.

115. Скотт К. Унифицированный процесс. Основные концепции. М.: Издательский дом "Вильяме", 2002. — 160 с.

116. Карпова Т.С. Базы данных: модели, разработка, реализация. СПб.: Питер, 2001.-304 с.

117. Дейт К. Дж. Введение в системы баз данных, 7-е издание. М.: Издательский дом "Вильяме", 2001. - 1072 с.

118. Мамаев Е.В. Microsoft SQL Server 2000. СПб.: БХВ-Петербург, 2002. -1280 с.

119. Дибетта П. Знакомство с Microsoft SQL Server 2005. M.: Русская редакция, 2005. - 276 с.

120. Нильсен П. SQL Server 2005. Библия пользователя. М.: Вильяме, 2008. -1232 с.

121. Чистякова Т.Б., Иванов А.Б. Автоматизированная система синтеза виртуальной модели промышленного производства полимерных пленок// СAD/CAM/PDM-2005: Сб. тр. 5 Междунар. науч. конф. Москва, 2005. - С. 21 -22.

122. OpenGL. Программирование компьютерной графики. Для профессионалов. СПб.: Питер, 2002. - 1088 с.

123. Страуструп Б. Язык программирования С++, спец. изд./Пер. с англ. — М., СПб.: Издательство БИНОМ Невский Диалект, 2001. - 1099 с.

124. Прайс Дж., Гандерлой M. Visual С# .NET. Полное руководство: Пер. с англ. К.: ВЕК+, СПб.: КОРОНА принт, К.: НТИ, М.: Энтроп, 2004. - 960 с.

125. Гультяев А.К. Управление проектами MS Project 2000: Практическое пособие. СПб.: КОРОНА принт, 2002.- 368 с.