автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Интеллектуальная информационно-измерительная система допускового контроля теплопроводности теплоизоляционных материалов

На правах рукописи

СТАСЕНКО КОНСТАНТИН СЕРГЕЕВИЧ

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДОПУСКОВОГО КОНТРОЛЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.11.16 — Информационно-измерительные и управляющие системы (технические науки)

1 2 ФЕВ 2015

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

ТАМБОВ-2015

005558744

005558744

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО «'ПТУ») на кафедре «Конструирование радиоэлектронных и микропроцессорных систем» (КРЭМС).

Научный руководитель Селиванова Зоя Михайловна,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет», кафедра «Конструирование радиоэлектронных и микропроцессорных систем»

Официальные оппоненты: Жулев Владимир Иванович,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Рязанский государственный радиотехнический университет», кафедра «Информационно-измерительная и биомедицинская техника», заведующий кафедрой

Макаров Олег Юрьевич,

доктор технических наук, профессор,

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный

технический университет»,

кафедра «Конструирование и производство

радиоаппаратуры», профессор

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный

универститет»

Защита состоится 26 марта 2015 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д212.260.05 ФГБОУ ВПО «ТГТУ» по адресу: 392000, г. Тамбов, ул. Ленинградская, д. 1, ауд. 60.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «ТГТУ» www.tstu.ru.

Автореферат разослан « Я6 » января 2015 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

Селиванова Зоя Михайловна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В современном мире из-за быстрого роста цен на энергоносители первостепенной становится проблема улучшений энергоэффективности производственных и жилых зданий и сооружений. Одним из возможных вариантов решения данной проблемы является использование при строительстве зданий качественных теплоизоляционных материалов.

Производство теплоизоляционных материалов, отвечающих требованиям нормативно-технической документации, зависит от точности технологического процесса их изготовления и контроля теплопроводности выпускаемых материалов. Точность технологического процесса определяется соответствием его режимных параметров заданным допустимым значениям. Точный допус-ковый контроль теплопроводности материалов зависит от метрологического уровня измерительных средств.

Для контроля теплофизических свойств (ТФС) теплоизоляционных материалов широко применяются информационно-измерительные системы допус-кового контроля (ИИС). Но как показывают проведённые исследования, существующие ИИС не в полной мере отвечают всем необходимым характеристикам: оперативности и точности контроля, требуемому диапазону для теплопроводности исследуемых материалов, устойчивости к воздействию дестабилизирующих факторов, функционированию в условиях неопределённости.

Основным направлением повышения точности допускового контроля режимных параметров технологического процесса изготовления теплоизоляционных материалов и их теплопроводности является разработка интеллектуальной информационно-измерительной системы (ИИИС) допускового контроля, позволяющей принимать решения в условиях неопределённости для выбора оптимальных режимных параметров на основе создания базы знаний, метода повышения точности допускового контроля и алгоритмического обеспечения ИИИС. В связи с этим задача создания ИИИС допускового контроля, повышающей качество теплоизоляционных материалов, является важной и актуальной.

Степепь разработанностп темы исследования. Измерительные системы допускового контроля рассмотрены в работах М. П. Цапенко, Г. Г. Ранева, А. В. Фремке, Е. С. Платунова, А. Ф. Фомина и др. Существующие ИИС не оценивают точность допускового контроля теплопроводности и в алгоритмах мониторинга режимных параметров (РП) технологического процесса производства теплоизоляционных материалов не учитывают порог принадлежности к зоне допуска контролируемых параметров.

Теоретические основы построения интеллектуальных систем изложены в научных трудах Д. А. Поспелова, К. А. Пупкова, Д. В. Гаскарова, Э. И. Цвет-кова, В. А. Геловани, М. Минского, Т. А. Гаврилова, Ж. Л. Лорьера, В. Н. Романова, В. С. Соболева, Д. Хофмана, С. М. Мандельштама, Н. Нильсона, Э. Ханта, Ю. Я. Любарского, Р. А. Алиева, А. В. Андрейчикова и других авторов. Анализ рассмотренных интеллектуальных измерительных средств показывает, что не представлены ИИИС, повышающие точность допускового контроля контролируемых параметров и существует необходимость их разработки.

Теоретические основы создания методов и устройств неразрушающего контроля теплофизических свойств твёрдых материалов изложены в трудах А. В. Лыкова, В. П. Вавилова, Е. Г. Карслоу, Г. М. Кондратьева, Е. С. Платунова,

A. Г. Шашкова, С. В. Мищенко, С. В. Пономарёва, В. В. Власова, В. В. Клюева,

B. П. Козлова и др. В рассмотренных методах не учитывается воздействие дестабилизирующих факторов при контроле теплопроводности теплоизоляционных материалов.

Объектом исследования является интеллектуальная информационно-измерительная система допускового контроля теплопроводности теплоизоляционных материалов (ИИИС ДК ТТМ).

Предметом исследования является математическое и алгоритмическое обеспечение ИИИС ДК ТТМ.

Цель и задачи исследования.

Целью диссертационной работы является повышение качества теплоизоляционных материалов в результате разработанного метода и алгоритма допускового контроля режимных параметров технологического процесса их изготовления, реализованными в созданной ИИИС ДК ТТМ.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

— провести анализ технологического процесса изготовления минерало-ватных плит с целью определения воздействующих факторов и режимных параметров, влияющих на качество теплоизоляционных материалов;

— разработать математическую модель допускового контроля теплоизоляционных материалов, необходимую для разработки метода и алгоритма ДК;

— получить аналитические зависимости теплопроводности минерало-ватных плит от управляемых и неуправляемых параметров технологического процесса изготовления теплоизоляционных материалов;

— разработать метод повышения точности допускового контроля и изготовления минераловатных плит с требуемой теплопроводностью;

— разработать алгоритм мониторинга и допускового контроля и коррекции управляемых и неуправляемых параметров технологического процесса производства минераловатных плит;

— создать модель представления знаний и на её основе базы знаний ИИИС;

— разработать ИИИС ДК ТТМ с соответствующим метрологическим и программным обеспечением и алгоритм её функционирования, реализующей разработанные метод допускового контроля и алгоритм мониторинга и коррекции параметров техпроцесса изготовления минераловатных плит (минват).

Методы исследования: методы теории измерительных систем и допускового контроля, искусственного интеллекта, теории нечётких множеств, принятия решений, информационных технологий, классической теории теплопроводности, математического и имитационного моделирования.

Научная новизна. 1. Разработана математическая модель допускового контроля теплопроводности теплоизоляционных материалов с учётом управляемых режимных параметров технологического процесса (концентрация исходного сырья (С); влажность, фракционный и химический состав сырья (1УКСС);

концентрация модифицирующих добавок (Сд); концентрация связующего компонента (Ссв); параметр термообработки минераловатного «ковра» (/V); скорость вращения валков центрифуги (5ц)) и неуправляемых (температура окружающей среды (Гос) и относительная влажность в помещении (Уос)), точности определения теплопроводности теплоизоляционных материалов и метрологического уровня ИИИС, а также допустимых значений параметров структурных компонентов модели.

2. Создан метод повышения точности допускового контроля режимных параметров и изготовления минераловатных плит с заданной теплопроводностью, заключающийся в поэтапном контроле режимных параметров на стадиях техпроцесса изготовления минват, обеспечивающий требуемую точность технологического процесса и теплопроводности готовой продукции, отличающийся определением при допусковом контроле порога принадлежности (вновь введённого понятия) к зоне допуска контролируемых параметров в результате реализации интеллектуальной процедуры определения функций принадлежности нечётких множеств к зоне допуска режимных параметров.

Экспериментальным путём установлено, что порог принадлежности к зоне допуска должен быть не более 1% от значений контролируемых режимных параметров, при котором обеспечивается относительная погрешность измерения теплопроводности до 4%, что необходимо при допусковом контроле мин-ват в диапазоне теплопроводности от 0,032 до 0,046 Вт/(м-К).

3. Разработан алгоритм мониторинга и допускового контроля управляемых и неуправляемых режимных параметров технологического процесса производства минераловатных плит, отличающийся коррекцией управляемых и учётом влияния неуправляемых параметров технологического процесса их изготовления.

4. Предложена структура интеллектуальной информационно-измерительной системы допускового контроля теплопроводности теплоизоляционных материалов и алгоритм её функционирования, реализующая созданные метод и алгоритм мониторинга параметров технологического процесса изготовления минераловатных плит, отличающаяся созданными блоками мониторинга и коррекции режимных параметров, базой знаний, содержащей процедурные правила определения порога принадлежностей к зоне допуска контролируемых параметров при функционировании ИИИС.

Теоретическая н практическая значимость работы.

Теоретическая значимость исследования обусловлена созданными математическим и алгоритмическим обеспечением ИИИС ДК ТТМ: математической моделью и методом повышения точности допускового контроля в результате определения порога принадлежности к зоне допуска контролируемых параметров, алгоритма мониторинга и коррекции режимных параметров технологического процесса изготовления минераловатных плит, реализованными в созданной ИИИС ДК ТТМ, что позволило снизить относительную погрешность измерения контролируемых параметров до 4% и повысить вероятность выхода качественной продукции с 0,8 до 0,95.

Разработано программное обеспечение для реализации алгоритмов мониторинга режимных параметров и функционирования ИИИС ДК ТТМ.

Положения, выносимые на защиту:

— математическая модель допускового контроля теплопроводности теплоизоляционных материалов;

- метод повышения точности допускового контроля и изготовления минераловатных плит, учитывающий порог принадлежности к зоне допуска контролируемых параметров;

- алгоритм мониторинга и коррекции управляемых и неуправляемых параметров технологического процесса производства теплоизоляционных материалов;

— ИИИС ДК ТТМ, обеспечивающая повышение точности технологического процесса изготовления и качества теплоизоляционных материалов.

Внедрение результатов исследования. Результаты диссертационной работы внедрены в ОАО «Модульные котельные - Н» (Тамбовская область), в учебный процесс кафедры КРЭМС ФГБОУ ВПО «ТГТУ».

Степень достоверности и апробация результатов исследования. Достоверность результатов исследований обеспечена: адекватностью моделирования допускового контроля теплопроводности теплоизоляционных материалов, корректным применением теории измерительных систем, методов искусственного интеллекта при построении ИИИС ДК ТТМ, сравнительной оценкой результатов экспериментальных исследований ИИИС ДК теплопроводности ТМ с результатами, представленными в научных исследованиях других авторов.

Основные результаты работы обсуждались на Международной научно-технической конференции (Computer-based conference) (Пенза, 2011); II Международной научно-технической конференции «Информационно-измерительные, диагностические и управляющие системы. Диагностика 2011» (Курск, 2011); XXV Международной научной конференция «Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-25» (Саратов, 2012); IX mezinarodni vedecko -prakticka konference «Dny vedy - 2013» (Чехия, Прага, 2013).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, из них: 4 статьи в изданиях из перечня ВАК при Минобрнауки РФ, 8 статей в материалах международных и всероссийских конференций, 2 статьи в сборниках трудов вуза, 2 свидетельства о регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения, списка используемых источников и приложений. Работа изложена на 234 страницах, содержит 93 рисунка, 17 таблиц и 9 приложений. Список используемых источников состоит из 89 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, степень её проработанности, описана цель и задачи исследования, определены объект, предмет и методы исследования, научная новизна и практическая значимость

результатов работы, основные положения, выносимые на защиту, степень достоверности и апробация результатов, краткое содержание глав.

В первой главе рассмотрены и подробно проанализированы существующие ИИС неразрушающего контроля теплофизических свойств твёрдых материалов, методы неразрушающего контроля, проведён анализ технологических процессов изготовления теплоизоляционных материалов.

В результате установлено, что оптимальным методом для экспериментального определения теплофизических свойств теплоизоляционных материалов является неразрушающий метод, исключающий влияние внешних условий на процесс исследования и основанный на измерениях температур на поверхности образца; существующие ИИС контроля теплопроводности не обеспечивают требуемого уровня точности допускового контроля режимных параметров на этапе технологического производства материалов; на этапе технологического процесса производства материалов необходим учёт и коррекция управляемых параметров, их точное измерение и контроль, а также учёт влияния неуправляемых режимных параметров, что не обеспечивается при алгоритмическом обеспечении известных ИИС. На основе анализа существующих методов и информационно-измерительных систем допускового контроля осуществлена постановка задач исследования.

Во второй главе исследуется точность допускового контроля режимных параметров и теплопроводности теплоизоляционных материалов с целью повышения их качества. Проведён анализ воздействующих факторов на технологический процесс изготовления теплоизоляционных материалов и ИИИС ДК ТТМ.

Технологический процесс производства минераловатных плит очень сложен, он включает в себя большое количество разнообразных операций. На каждом этапе производства происходит воздействие различных факторов, влияющих на качество изготавливаемых минераловатных плит. Основное влияние на качество продукции оказывают три режимных параметра: Тос, С и Рт.

Разработана математическая модель допускового контроля теплопроводности теплоизоляционных материалов в виде совокупности аналитических зависимостей I =/(&), =/(6™), >- =/(5ГОшс).

Постановки задачи: определить теплопроводность теплоизоляционных материалов Хтм с заданной точностью 5;., которая зависит от метрологического уровня ИИИС 8Ииис, в результате ДК управляемых параметров техпроцесса изготовления минват ()и, неуправляемых параметров £>т и определения их принадлежности к области допустимых значений в течение заданного интервала времени т.

Математическая модель допускового контроля представлена зависимостью

\дктм = №», От, 5;., 5ииис> т).

Аналитические зависимости для параметров математической модели:

*■=/(&) =ДСи, Сгбп, ОсУ, >:=/(Си) = 2,21-Ю"4Си + 1,4Ы02; Х*=/(Сгбп) = 2,52-10-4Сгбп+ 1,2М(Г2; X* =/(&) = 2,13-10^+ 2,73-Ю"2. (1)

^=/Ш=/(7;с, Кс); 1'=ЛГОС) = 6,14-10-4ГОС + 2,7110~2;

=/(У.ос) = 2,23-Ю-4 Кос + 2,79-10"2. (2)

^=/(5„„„с); А*=/(5ииис) = 0,4125И1ШС + 0,572. (3)

Область существования математической модели определяется следующими ограничениями:

ви 6 видан' вт Е вт доп! 5И(ШС е ^ШШСлсш; 8Х е 5Хдоп,

где 2 и ДОП5 е» ДОП5 ДОП5 Зциис доп ~~ область допустимых значений контролируемых параметров при определении теплопроводности ТМ ИИИС ДК.

Получены аппроксимирующие и экспериментальные зависимости X для Рипора и Изоруфа от управляемых параметров (входных параметров исходного сырья Я. =/(Си), состава габбро-базальтовой породы X =/(Сгбп) (рис. 1, а), концентрации минераловатной смеси А. =/(2с)); изофаса-ЛМ и неуправляемых параметров (температуры X =/(Т0С) и влажности окружающей среды X = /(Кос)); изофаса-ЛМ и параметров метрологического уровня ИИИС (X =/(5ииис)) (рис. 1, б), использующиеся в базе знаний (БЗ) ИИИС для принятия решений о точности технологического процесса изготовления минераловатных плит и необходимости коррекции режимных параметров.

а) 6)

Рис. 1. Зависимости теплопроводности Рипора, Изоруфа и Изошелла-ЛМ от X =/(С„), X =/(СГБП) (я); X =/(Г0С) (б)

Оценка точности техпроцесса изготовления теплоизоляционных материалов в результате ДК выполняется по следующей формуле:

8

1Ду

у=1

где Д, - область допустимых нормируемых значений по каждому режимному параметру, Д = Дв - Д„ (Д„ и Дв - соответственно нижнее и верхнее значение зоны допуска); о, - среднее квадратическое отклонение режимных параметров;

6

Ф - коэффициент, который при нормальном законе распределения вероятности режимного параметра и доверительной вероятности 0,997 равен 3. Техпроцесс точный, если 0,70 < Кт < 0,98. Если данное условие не выполняется, то требуется коррекция техпроцесса изготовления теплоизоляционных материалов. Для технологического процесса изготовления минераловатных плит К7 = 0,8, таким образом, техпроцесс удовлетворяет требуемой точности.

Создан метод повышения точности допускового контроля теплопроводности теплоизоляционных материалов в результате определения порога принадлежности к зоне допуска контролируемых параметров с целью повышения точности технологического процесса изготовления минераловатных плит с заданной теплопроводностью при мониторинге и коррекции управляемых режимных параметров и учётом влияния неуправляемых параметров.

Постановка задачи.

Дано: 1. Управляемые режимные параметры (Q„) техпроцесса изготовления минераловатных плит (1).

2. Неуправляемые режимные параметры (Qm) (2).

3. Экспериментальным путём определены зоны допуска на управляемые и неуправляемые РП: С е (С„ = 70%, С„ = 80%); }VBCC е (1Уесс н = 20%, IVBCC „ = = 30%); Сд е (Сд „ = 4%, Сд в = 10%); Ссв е (Ссв „ = 2%, Ссв в = 5%); е (Sa „ = = 6000 об/мин, 5ЦВ= 7000 об/мин); РТ е (РТн = 1200 °С, РТв = 1500 °С); Voc е е (Ко„ = 48%, Foc, = 60%); Тос е(Тосн= 18 °С, Тосв = 21 °С).

4. Установлено, что закон распределения вероятностей РП нормальный.

Найти: 1. Порог принадлежности к зоне допуска контролируемых РП

х, —х„ = Дн, х, - х„ = Ав, позволяющий повысить вероятность получения качественной продукции Ряол при обеспечении относительной погрешности измерения X 8х = 4%.

2. Максимальный порог A*Hmax > вхождения в зону допуска Д (*„ + Дхн? *в - Ах,

в) при обеспечении минимальной погрешности измерения 2... 4%,

Ах = шах (Ах„, Ах„) при ХТП е Хтп доп, 5Х е 5Х доп.

3. Вероятность Рлоп, при которой значения М * — а находятся в пределах [-А; А]: Р {-А < Мх' - а < А} = Раоп.

Функция принадлежности к заданной зоне допуска контролируемого режимного параметра (Дн, Дв): |дда = ц (Д„-ддн, Дв дда,

Вероятность влияния неуправляемых режимных параметров Pq (Тос, Voc). Функщ1я вероятности имеет вид Pq {/(X), T0Q, Уж}.

Вероятность влияния управляемых режимных параметров Pq примет следующий вид: Pq {f{X), С,

Рт, Sa}.

Получение минват требуемого качества зависит от величин режимных параметров С, IVBCC, Са, Сск, Р

Событие, обеспечивающее требуемое качество минват по величине Хь обозначено через тогда вероятность получения минват требуемого качества по всем параметрам (параметры Ь\ зависимые)

р = Р{Ьи..., Ье) = Р(Ь{), Р[ьг I ¿0, • • ■, Р(ье I А, ■ • -, ¿е).

Если плотность распределения вероятностей значений контролируемого режимного параметра /(х), нижняя (Дн + ддн) и верхняя границы нормы (Дв-дцв), тогда вероятность нахождения параметров в допуске

Да-ДДв

вл = ¡/(х)ск.

Дн+ДДн

Вероятность нахождения параметров вне допуска Д„+ДДН 00

вн= | /(х)А; бв= \/(х)с1х.

Дв-ДДв

Получены функции принадлежности к зоне допуска для основных видов минераловатных плит и для 8 контролируемых РП. Функции принадлежности к зоне допуска лингвистической переменной РП - параметра термообработки (Рт), представлены на рис. 2.

Н/,

Рт

1200

1350

1500

Рис. 2. Функция принадлежности нечётких множеств ш

Ру

Функции принадлежности представлены зависимостями: 0,РТ <1200;

2,12• Ю-7Рт2-2,5МО-4Рт+0,82, РГ е[1200; 1210]; \,РТ е[1210; 1265];

5,14-10_7Рг2 +4,5 Л0'1 Рт -0,798, Рт е [1265; 1290].

сРт) =

-1,52-10-7 Рт2 + 7,51-10"3 Рт - 0,678, Рт е [1265; 1290]; ^/лг [1290; 1420];

— 2,1 • 10~7 Рт2 + 2,72 ■ 10-3Рг - 0,238, Рг е[1420; 1440].

,-7 п 2

И/, СРг) =

Экспериментальным путём получены значения порога принадлежности к зоне допуска (варьированием значением порога допуска от 0,1 до 10%) для параметров сырья, управляемых РП, неуправляемых РП, входных параметров. Исходя из анализа порога допуска, расчёта теплопроводности и погрешности измерения, становится очевидным, что требуемое значение относительной погрешности 4% обеспечивается при изменении порога принадлежности к зоне допуска на 1%, следовательно, возможное отклонение от допуска на РП будет равным А = 1%. Сформированы рекомендации по допусковым значениям для РП техпроцесса изготовления минват.

Получена экспериментальная зависимость изменения теплопроводности от интегрального показателя изменения порога принадлежности РП к зоне допуска А на примере материала Рипор (рис. 3).

Рис. 3. Зависимость изменения X от интегрального показателя изменения порога принадлежности к зоне допуска режимных параметров

Анализ данной зависимости показывает, что погрешность определения X изменяется на 6,4% при варьировании порогом принадлежности к зоне допуска А от 0,1 до 10%.

В третьей главе представлена структура ИИИС ДК ТТМ с соответствующим математическим, алгоритмическим и информационным обеспечением.

Мониторинг и допусковый контроль технологического процесса производства минват с помощью ИИИС представлен в виде кортежа

где Мс - мониторинг параметров и состава исходного сырья; Мт - мониторинг значений режимных параметров; МТ - мониторинг теплопроводности теплоизоляционных материалов.

X, Вт/мК

Л, %

М = <МС, Л/рп, Мт >.

Создан алгоритм мониторинга и допускового контроля на основе предложенных математической модели и метода допускового контроля с использованием разработанной базы знаний ИИИС ДК ТТМ (рис. 4).

Рис. 4. Блок-схема алгоритма мониторинга и допускового контроля ИИИС ДК ТТМ

Информационное обеспечение ИИИС ДК ТТМ осуществляется с использованием созданной базы знаний и базы данных. В базе знаний хранятся процедурные правила в виде фреймов, использующиеся при реализации алгоритмического обеспечения ИИИС. Модель базы знаний в нотации UML выполнена с использованием платформы для моделирования StarUML (рис. 5). Программно база знаний представляет собой набор классов, созданных в среде визуального программирования PIC С Compiler на языке С.

Информационная модель базы данных (БД) ИИИС в стандарте IDEFlx представлена на рис. 6. В процессе проектирования базы данных применялись модели, которые были созданы с использованием С4Х£-средства Erwin 4.0 (<Computer Associates).

Рис. 5. Фреймовая модель представления знаний ИИИС ДК ТТМ

: (¿К? |

* *-'' I

|________„„________________________

Рис. 6. Информационная модель базы данных ИИИС ДК ТТМ

Разработаны процедурные правила для реализации метода допускового контроля в базе знаний ИИИС, используемые при принятии решений по коррекции технологического процесса изготовления минват, если контролируемые параметры не соответствуют допуску. Представлен фрагмент процедурных правил ИИИС ДК ТТМ:

ЕСЛИ Сд е Сд (4,04...9,90)%, ТО (РП)а е (РП)(^дд0п,

ЕСЛИ 5Ц е 5Ц (6060...6930) об/мин, ТО (РП)& е (РПХ9ЦД0П;

ЕСЛИ Рг е /V(1210... 1490) °С, ТО (РП)Рг е (РП)ргдоп;

ЕСЛИ Тос е Тос (18,2...20,8) °С, ТО (РП)гос е (РП) 7"ос доп,

ЕСЛИ Кос е Кс(48,5... 59,4)%, ТО (РП)гос е (РП)Гос доп»

ЕСЛИ С е С (70,7... 80,1)%, ТО (РП)с е (РП)Сдоп;

ЕСЛИ Жвсс е Жвсс(20,2...29,7)%, ТО (РГГ)и'всс е (РП)№1Хд0П;

ЕСЛИ Ссв е Ссв (2,02... 4,95)%, ТО (РП)гсв (РП)сСВд0П,

Разработана структурная схема ИИИС ДК ТТМ и алгоритм функционирования ИИИС, реализующий созданный метод повышения точности допус-кового контроля (рис. 7). Отличительными компонентами структурной схемы ИИИС являются: алгоритмическое обеспечение, блок мониторинга и допуско-вого контроля, блок коррекции, база знаний и данных.

Рис. 7. Структурная схема ИИИС ДК ТТМ

В процессе функционирования ИИИС происходит сравнение полученных результатов измерений с допустимыми. Если значение РП не соответствует порогу принадлежности к зоне допуска РП, то следует обращение к БЗ для выполнения интеллектуальной процедуры принятия решения о коррекции режимных параметров технологического процесса изготовления теплоизоляционных материалов. После этого поэтапная процедура сравнения РП с их допустимыми значениями повторяется до наступления соответствия зоне допуска РП. Затем осуществляется измерение и ДК теплопроводности ТМ. В ИИИС применяется метод неразрушающего контроля тештофизических свойств материалов, заключающийся в тепловом воздействии на поверхность ТМ линейно-

го нагревателя измерительного зонда импульсами заданной частоты и мощности с последующей регистрацией температурно-временных характеристик в области контакта зонда и ТМ, информация о которых используется в базе знаний ИИИС для расчёта коэффициента теплопроводности ТМ. Согласно алгоритму ДК, происходит определение принадлежности АеАД0П и 8хе5хд0п.

В случае их несоответствия области допустимых значений цикл измерения и контроля РП повторяется.

Как показывает анализ расчётных и экспериментальных данных, вероятность производства качественных минваг с требуемой теплопроводностью в результате применения ИИИС ДК ТТМ возрастает с 0,8 до 0,95 (рис. 8).

с использованием ДК при отсутствии ДК

Ь и м

А, %

■Г •

10

Рис. 8. Зависимость вероятности выпуска качественных материалов Яд„„ от порога вхождения в зону допуска режимных параметров

Проведён метрологический анализ результатов измерения теплопроводности ТМ с использованием ИИИС ДК ТТМ: проведены метрологический анализ и оценка погрешностей (систематических погрешностей, случайных погрешностей, полная оценка погрешностей с учётом случайной и систематической).

Метрологический анализ результатов исследований погрешностей показывает, что относительная погрешность измерений теплопроводности минват составляет не более 4%, что соответствует допустимым значениям для данного класса измерительных средств.

В заключении изложены основные результаты исследования, решения поставленных задач и цель работы.

В приложениях к диссертации представлены: процедурные правила, функции принадлежности, листинги программной реализации алгоритма до-пускового контроля режимных параметров ИИИС ДК ТТМ, акты внедрения результатов диссертационного исследования, закон распределения вероятностей режимных параметров.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработана математическая модель допускового контроля теплоизоляционных материалов, позволяющая создать алгоритм допускового контроля контролируемых параметров технологического процесса изготовления мине-раловатных плит и теплопроводности готовой продукции.

2. Создан метод повышения точности допускового контроля и изготовления минераловатных плит в результате определения порога принадлежности к зоне допуска контролируемых параметров. Выполнена и подтверждена достоверность допускового контроля в соответствии с ГОСТ Р 8. 731-2010 «Системы допускового контроля. Основные положения».

3. Получены экспериментальные зависимости теплопроводности минераловатных плит от управляемых и неуправляемых параметров технологического процесса изготовления минват, используемые в базе знаний ИИИС. Аппроксимирующие функции указанных зависимостей позволяют получать достоверную и точную информацию о теплопроводности минват в ходе технологического процесса их изготовления и контроля готовой продукции.

4. Создан алгоритм допускового контроля теплопроводности минват, режимных параметров техпроцесса и его коррекции на основе использования аналитических зависимостей теплопроводности минват от управляемых и неуправляемых параметров техпроцесса.

5. Разработана ИИИС ДК ТТМ, отличающаяся созданными блоком мониторинга и допускового контроля, коррекции режимных параметров, созданными базами данных и знаний, содержащей процедурные правила определения порога принадлежностей к зоне допуска контролируемых параметров при функционировании ИИИС.

6. Проведены экспериментальные исследования ИИИС ДК ТТМ, позволяющие установить, что в результате применения в системе созданного метода и алгоритма допускового контроля режимных параметров техпроцесса повысились точность определения теплопроводности теплоизоляционных материалов, относительная погрешность результатов измерения не более 4%, и вероятность выхода качественной продукции до 0,95.

Таким образом, в диссертационной работе решена научная задача повышения точности допускового контроля режимных параметров и теплопроводности теплоизоляционных материалов для повышения их качества на основе разработанного метода, отличающегося определением порога принадлежности к зоне допуска контролируемых параметров в результате применения разработанной ИИИС ДК ТТМ, позволяющей получать оперативную и точную информацию о теплофизических свойствах материалов и в соответствии с этим изготавливать материалы с требуемой теплопроводностью, поставленная цель работы достигнута.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, рекомендуемых ВАК при Минобрнауки России:

1. Стасенко, К. С. Интеллектуальная информационно-измерительная система мониторинга режимных параметров технологического процесса производства минераловатных плит / К. С. Стасенко, 3. М. Селиванова // Вестник тамбовского государственного технического университета. — 2013. — Т. 19, № 1. — С. 52 — 60.

2. Селиванова, 3. М. Решение задачи обеспечения заданной точности и качества при определении теплопроводности теплоизоляционных материалов интеллектуальной информационно-измерительной системой / 3. М. Селиванова, К. С. Стасенко // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В. И. Вернадского. — 2011. - № 4(35). - С. 435 - 444.

3. Селиванова, 3. М. Информационное обеспечение интеллектуальной системы контроля теплопроводности теплоизоляционных материалов / 3. М. Селиванова, К. С. Стасенко // Психолого-педагогический журнал Гаудеамус. - 2011. -Т. 2,№ 18.-С. 143-145.

4. Селиванова, 3. М. Энергосберегающие технологии при разработке и применении информационно-измерительных систем для неразрушающего контроля теплофизических свойств теплоизоляционных материалов / 3. М. Селиванова, К. С. Стасенко, Т. А. Хоан // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В. И. Вернадского. - 2014. - № 52. - С. 97 - 100.

Публикации в сборниках трудов вузов и материалах научных конференций:

5. Стасенко, К. С. Аналитическая модель оценки точности изготовления минеральной ваты / К. С. Стасенко // Проблемы техногенной безопасности и устойчивого развития : сб. науч. ст. молод, учёных, аспирантов и студ. - Тамбов : Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2012. - Вып. 3. - С. 45 - 49.

6. Стасенко, К. С. Интеллектуальная информационно-измерительная система для исследования теплопроводности теплоизоляционных материалов / К. С. Стасенко // Новые информационные технологии в научных исследованиях НИТ-2013 : материалы XVIII Всерос. науч.-практ. конф. студ., молод, учёных и специалистов.-Рязань : Изд-во ФГБОУ ВПО «РГРУ», 2013.-С. 242-244.

7. Стасенко, К. С. Информационное обеспечение измерительной системы мониторинга производства минераловатных плит / К. С. Стасенко // Проблемы ноосферной безопасности и устойчивого развития [Электронный ресурс] : сб. науч. ст. молодых учёных, аспирантов и студентов. - Тамбов : Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2014. - Вып. 5. - С. 7 - 11.

8. Селиванова, 3. М. Теоретическое обоснование проектирования интеллектуальных информационно-измерительных систем / 3. М. Селиванова, К. С. Стасенко // Информационно-измерительные, диагностические и управляющие системы. «Диагностика 2011» : сб. материалов II Междунар. науч.-техн. конф. — Курск : Юго-Зап. гос. ун-т, 2011.-С. 137- 142.

9. Селиванова, 3. М. Повышение точности изготовления и контроля теплопроводности минераловатных плит при воздействующих факторах / 3. М. Селиванова, К. С. Стасенко // «Опу уёс!у - 2013». Ма1епа1у IX тегтагосЫ уёс!еско -

praktickä konference — Dil 36. Technické vëdy. Tëlovychova a sport. - Praha. Publishing House «Education and Science» s.r.o - 2013. - P. 35 - 42.

10. Селиванова, 3. M. Математическая модель исследуемого объекта интеллектуальной информационно-измерительной системы / 3. М. Селиванова, К. С. Ста-сенко // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-25» : сб. тр. XXV Междунар. науч. конф. - Волгоград : Волгогр. гос. техн. ун-т, 2012. — Т. 6. -С. 46-48.

11. Селиванова, 3. М. Моделирование интеллектуальной информационно-измерительной системы качественных свойств теплоизоляционных материалов / 3. М. Селиванова, К. С. Стасенко // Современные информационные технологии : тр. Междунар. науч.-техн. конф. (Computer-based conference). — Пенза : Пензенская государственная технологическая академия, 2011. - Вып. 13.-С. 9-11.

12. Селиванова, 3. М. Повышение качества теплоизоляционных материалов в результате мониторинга режимных параметров технологического процесса их производства / 3. М. Селиванова, К. С. Стасенко, А. А. Самохвалов // Современные предпосылки развития инновационной экономики : материалы I Междунар. науч,-практ. конф. - Тамбов : Изд-во ИП «Чеснокова А. В., 2013. - С. 45-49.

13. Селиванова, 3. М. Алгоритм классификации исследуемых материалов в интеллектуальной информационно-измерительной системе / 3. М. Селиванова, К. С. Стасенко // Глобальный научный потенциал : сб. материалов 6 Междунар. заочн. науч.-практ. конф. - Тамбов : Тамбовпринт, 2010. - С. 52 - 53.

14. Селиванова, 3. М. Информационно-измерительная система контроля доминирующих параметров при энергосбережении в технологическом процессе производства минеральных ват / 3. М. Селиванова, К. С. Стасенко // Актуальные проблемы энергосбережения и энергоэффективности в технических системах : тезисы докладов международ, конф. с элементами науч. шк. - Тамбов : Изд-во ИП Чеснокова А. В., 2014. - С. 124-125.

Свидетельства о регистрации программ для ЭВМ:

15. Свидетельство о государственной регистрации программы № 2014614738. Программа для реализации алгоритма функционирования информационно-измерительной системы неразрушающего контроля теплофизических свойств теплоизоляционных материалов и мониторинга режимных параметров / Селиванова 3. М., Стасенко К. С. — М. : Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам; 06.05.2014 г.

16. Свидетельство о государственной регистрации программы № 2014614760. Программа для реализации алгоритма контроля режимных параметров информационно-измерительной системы неразрушающего контроля теплофизических свойств теплоизоляционных материалов / Селиванова 3. М., Стасенко К. С. -М. : Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам; 06.05.2014 г.

Подписано в печать 19.01.2015. Формат 60 х 84/16. 0,93 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 17

Издательско-полиграфический центр ФГБОУ ВПО «ТГТУ» 392000, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106, к. 14