Математические модели и программный комплекс для управления экструзионными процессами в гибких многоассортиментных производствах полимерных материалов

Abstract

Разработаны математические модели экструзионных процессов и программный комплекс, помогающий управленческому производственному персоналу решать задачи ресурсоэнергосберегающего управления экструдерами, применяемыми в гибких много-ассортиментных производствах упаковочных полимерных материалов. Для комплексной оценки производительности, энергопотребления процесса и показателей качества материала в экструдерах, отличающихся аппаратной гибкостью и сложностью структуры потоков, предложен комбинированный метод моделирования, базирующийся на использовании статических и динамических моделей. Программный комплекс настраивается на метод производства, тип продукции, требования к производительности,энергопотреблению. Он включает банк данных характеристик экструзионных процессов, модуль выбора аппаратурного оформления процесса, конструктор виртуальных моделей шнеков экструдеров, подсистему структурно-параметрического синтеза математической модели и расчета выходных параметров процесса,подсистему визуализации результатов, в частности, в виде трендов выходных параметров и 3D графиков их зависимостей от управляющих воздействий. Тестирование комплекса по данным производств поливинилхлоридных, полиэтиленовых пленок на заводах в России, Германии подтвердило его работоспособность и возможность использования в качестве эффективного инструмента поддержки принятия решений при определении конфигураций и режимов работы экструдеров, обеспечивающих заданные потребительские характеристики продукции. We develop mathematical models of extrusion and the software package helpingproduction staff to solve problems of resource and energy saving control of the extrudersapplied in flexible multi-assortment productions of packing polymeric materials. Also,we propose the combined modelling method for complex assessment of throughput,energy consumption of extrusion and quality indices of material in the extruders differingin hardware flexibility and complexity of flow structure. Themethod is based on use of staticand dynamic models. The software package is adjusted according to production method type of products, as well as requirements to throughput and energy consumption. Thesoftware package includes databank of extrusion characteristics, module for extrusionequipment choice, module for design of virtual models of extruder screws, subsystem forstructural and parametrical synthesis of mathematical model and calculation of outputparameters for extrusion, subsystem for visualization of results, in particular, in the formof trends of output parameters and 3D graphs of their dependences on controlling actions.The operability was confirmed by testing of the software package according to data fromproductions of polyvinylchloride and polyethylene films atthe factories in Russia andGermany. The software package can be used as the effective instrument for support ofdecision-making when determining configurations and operation modes of the extrudersthat ensure the set consumer characteristics of the products.