CC BY
3
УДК 621. 43.044.1
СИСТЕМА ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПО УПРАВЛЕНИЮ ПРОЦЕССОМ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕЗИСТИВНОГО ГЕРМЕТИКА ДЛЯ СВЕЧЕЙ ЗАЖИГАНИЯ
Лютов А.Г., д-р техн. наук, профессор Нльин А.Н., канд. техн. наук, доцент Филонина Е.А., аспирант
ФГБОУ ВО «Уфимский государственный авиационный технический университет» (УГАТУ), Уфа Контакты: lutovKcdmail.ru
В статье рассматриваются вопросы построения системы поддержки принятия решений для определения электрического сопротивления резистивного герметика свечи зажигания и возможности корректировки параметров технологического процесса его изготовления.
Ключевые слова: система поддержки принятия решений, свечи зажигания, резистив-ньш герметик.
При управлении процессом изготовления резистивного герметика для свечей зажигания актуальной задачей является контроль его электрического сопротивления и оперативное изменение параметров технологического процесса для обеспечения соответствия этого показателя качества требованиям, предъявляемым к свечам зажигания для двигателей различного назначения.
Предметом исследования в данной статье является разработка системы поддержки принятия решений (СППР) по управлению процессом изготовления герметика с учётом оценки показателя электрического сопротивления и математической модели динамики изменения этого показателя. Разработка системы заключается в построении процедур вычисления времени достижения заданного показателя качества при определённых начальных условиях. Вычисленные значения оформляются в виде рекомендаций техноло-
65
гу-оператору по изменению управляющих воздействий на объект управления (рис. 1).
I аблинм
Чср|сжм
Тел нолем и чес к ни iiiimi
l'íHlfM. »IMIIflIlllC llil bictipipin-lilit COIipOIWníNIW KpMflUM И СМЧМ
Ирпжк l|Mf)UH|«IIMNI« > I 'IHU flfUKl üOKV [Uin 'h°t> MNVtD, (IMHiCVItC
с»ямм н пярафммимал jo4<mrI, T(«iii«(iir>rtiuil ре*ич mitíM* nh|v* im i(|iatu и HkMé irmim.
llpillWU 4рмнри«и| { MMiniHi'
ормироакм. мьмср**н. »ром» мереное« i№i иросс);
i р*М) lapiiMll bivian mm.iimí <мыа
J. ПК
гер^е
acici HtMirmiii.i
■ICCKOI O COlipo I lili. Il'llllll
к к а сречи шжмпииш
R — f( T, к(сф}, k(Sic+itéC))
M j i ем* i нческаи модели
Рис. 1. Расчет величины электрического сопротивления герметика свечи зажигания: Я - электрическое сопротивление герметика, Т - температура, к(сф) - концентрация стекло фритты в составе герметика, к(51С+В4С) - концентрация смеси карбида кремния и карбида бора в составе герметика
Ввиду наличия неконтролируемых возмущений, связанных с неоднородностью используемого сырья по составу и наличию микропримесей, а также неучтённых в математической модели факторов параметры математической модели динамики изменения электрического сопротивления герметика могут незначительно изменяться от партии к партии.
СППР выдаёт рекомендации по изменению массы каждого компонента герметика, при которой будет гарантировано достижение заданного значения электрического сопротивления и выходное значение полной массы. Алгоритм получения, обработки информации и выдачи рекомендаций функционирует следующим образом.
66
После ввода заданных значений концентрации компонентов выполняется расчёт массы каждого из них. По истечении заданного времени осуществляется процедура текущей идентификации и уточнение параметров математической модели в соответствии со среднеквадратичным критерием. После проверки адекватности модели экспериментальным данным и оценки погрешности расчётов проверяется попадание значения электрического сопротивления в заданный регламентом диапазон значений. В случае попадания значения сопротивления в заданный диапазон СППР выдаёт сообщение о нормальном ходе технологического процесса и коррекция массы компонентов не требуется. В случае выхода значения сопротивления герметика за пределы допустимого диапазона, если (Я ± 8Я) > Ян (где Ян - нормативное значение сопротивления, 8 - погрешность), ситуация означает превышение заданного значения электрического сопротивления. В этом случае необходимо изменить массы компонентов смеси, при этом оставаясь в рамках заданной общей массы. По математической модели просчитываются варианты, обеспечивающие условия Кнтш < (Я ± 8Я) < Кнтах. В диалоговом режиме технологу-оператору представляются варианты изменений массы компонентов для принятия решений по управлению процессом, например:
Ш51С+В4С = (.^Б1С+В4С + 4с) " М,
где М - общая масса смеси, т^с+в4С - концентрация карбида кремния и карбида бора, к^с+в4С - концентрация компонента, АкзгС+в4С ~ изменение концентрации компонента. Для полноты восприятия развития процесса изготовления герметика во времени оператору предлагается графическое изображение кривых 11(1:) в виде, представленном на рис 2.
67
Рис. 2. Представление текущего процесса изготовления герметика для технолога-
оператора
Блок-схема алгоритма выдачи рекомендаций по управлению технологическим процессом изготовления резистивного герметика представлена на рис. 3.
Для обеспечения высокой точности прогноза значения электрического сопротивления герметика необходимо иметь минимальное и достаточное множество измерений этого показателя в ходе технологического процесса. Для этого необходимо на математической модели провести серию вычислительных экспериментов по заданию разных диапазонов текущей идентификации для расчёта величины сопротивления при заданных массах компонентов или расчёта масс компонентов при заданном сопротивлении. Это позволит определить временной интервал, в котором будет осуществляться процедура текущей идентификации математической модели и при этом будет обеспечена приемлемая точность прогноза показателя качества.
68
Рис. 3. Блок-схема алгоритма выдачи рекомендаций по управлению технологическим процессом изготовления резистивного герметика
Вычислительный эксперимент организован следующим образом. По имеющимся экспериментальным данным, снятым в процессе изготовления партии резистивного герметика, производится выбор крайних значений электрического сопротивления в ходе цикла изготовления для реализации наибольшего разброса по этому показателю и большей представительности данных. Далее производится параметрическая идентификация математической модели по экспериментальным данным. Следующий этап заключается в последовательном увеличении количества экспериментальных точек расчёта и одновременной оценке достигаемой точности прогноза электрического сопротивления. По достижении заданного предела по погрешности расчёта фиксируется текущее время. За приемлемое время текущей идентификации принимается максимальное значение времени, при котором достигнута заданная точность прогноза [1].
69
На первом уровне СППР осуществляется введение величины общей массы смеси и передача типовых значений концентрации компонентов смеси на уровень интеллектуальной обработки.
На следующем уровне в зависимости от режима использования СППР осуществляется или её обучение, или штатная эксплуатация и реализуются соответствующие алгоритмы. В режиме обучения осуществляется оценка степени влияния факторов на показатель электрического сопротивления, которая позволяет выявить среди них наиболее значимый.
Далее осуществляется процедура параметрической идентификации математической модели электрического сопротивления рези-стивного герметика по полученной серии проведённых измерений и выбранных параметров для оценки качества от начала процесса изготовления герметика до его окончания. Результатом является вывод о пригодности математической модели по её адекватности описываемому процессу и приемлемой погрешности расчётов.
В режиме функционирования СППР алгоритм оценки качества и выработки рекомендаций по управлению технологическим процессом изготовления герметика реализуется следующим образом. По проведённому текущему измерению осуществляется процедура оценки параметра, выбранного на этапе обучения в качестве основного, осуществляется накопление данных о значении электрического сопротивления, измеренных через заданные промежутки времени от начала процесса изготовления герметика. При достижении заданного интервала времени от начала процесса осуществляется процедура текущей идентификации, проверка адекватности модели процессу и погрешности расчётов. После процедуры текущей идентификации по математической модели динамики изменения электрического сопротивления происходит расчёт массы каждого компонента смеси, при которых обеспечивается заданное значение электрического сопротивления рези-стивного герметика для свечей зажигания.
70
После этого производится проверка попадания рассчитанной массы компонента в заданный регламентом диапазон. В случае попадания не происходит выдачи рекомендации по изменению технологического процесса и технологу-оператору выводится сообщение о нормальном его ходе. В случае отклонения возможны следующие ситуации. Если рассчитанная масса компонента превышает верхнюю нормативную границу (шрасч ± 8т) > шнтах (где 8 - погрешность), то происходит вычисление разницы между этими массами и выдаётся рекомендация об уменьшении массы компонента на величину разницы. Если же рассчитанная масса компонента окажется меньше нижней нормативной границы (шрасч ± 8ш) < шнтш, то происходит вычисление разницы между этими массами и выдаётся рекомендация об увеличении массы компонента на величину разницы. В случае, когда нет возможности обеспечить заданную величину электрического сопротивления только за счёт изменения массы компонента в пределах технологического регламента, реализуется дополнительный расчёт электрического сопротивления герметика на ближайшей границе регламентного значения массы этого компонента [2]. Далее выдаётся рекомендация по коррекции другого параметра технологического процесса - массы второго или третьего компонента, либо температуры, обеспечивающих заданное значение сопротивления в конце процесса. Возможна ситуация, когда даже на границе регламентных значений массы компонентов коррекция по температуре выводит величину сопротивления за допустимые пределы. В этом случае системой выдаётся сообщение о невозможности коррекции электрического сопротивления без нарушения технологического регламента, что является поводом для пересмотра состава герметика или других характеристик технологического процесса.
Оценка погрешностей теоретической модели и экспериментальных данных изготовления резистивного герметика производится в соответствии с критерием Фишера. В работе [3] описано
71
проведение многофакторного эксперимента, выявлены наиболее значимые факторы, влияющие на свойства герметика, построена регрессионная модель электрического сопротивления герметика, которая проверена на адекватность.
Выводы и результаты. Разработанная СППР при ее интеграции в технологический процесс изготовления резистивного герметика для свечей зажигания позволит повысить эффективность процесса, а также учитывать при выдаче управляющих воздействий оперативную информацию о величине электрического сопротивления герметика.
Источники
1. Рылев, С.С. Автоматизированная система поддержки принятия решения по управлению процессом выпечки хлебобулочных изделий // Системы управления и информационные технологии. 2012, №3 (49). С. 95-99.
2. Walters, Howson, Howlett. Production testing of spark plugs using a neural network. KES 2005, LNAI 3684. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. 2005. PP. 74-80.
3. Ильин A.H., Филонина E.A. Автоматизированная система управления качеством изготовления резистивного герметика автомобильных свечей зажигания // Вестник УГАТУ. 2013, Т. 17. №2 (55). С. 29-33.
DECISION SUPPORT SYSTEM FOR SPARK PLUG RESISTIVE SEALANT MANUFACTURING PROCESS MANAGEMENT Lutov A.G., Ilin A.N., Filonina E.A.
Decision support system development questions for production process of spark plug resistive sealant are discussed in the article. Decision support system is used for sealant electrical resistance value definition and production technological process parameters possibility of adjusting.
Keywords: decision support system, spark plugs, resistive sealant.
Дата поступления 25.06.2016.
72
