Технические науки/
12.Автоматизированые системы управления
Мазанова В.И.
Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича
и Николая Григорьевича Столетовых
Управление процессом закалки
гнутого автомобильного стекла
Основной целью производства автомобильного
стекла является выпуск продукции конкурентоспособной на внутреннем и внешнем рынке. Все это требует высокой оперативности
управления производством, которая достигается благодаря использованию современных автоматизированных систем управления. Задача повышения качества гнутого
закаленного стекла сводится к управлению режимом закалки. Поставленная задача
решается путем разработки математических моделей и алгоритмов управления
процессом закалки стекол и использованием их для выработки решений по коррекции
режима закалки.
Для управления процессом закалки стекла
были использованы модели на нейронных сетях [1], описывающие зависимость отклонения
формы закаленного стекла от режимов закалки:
, (1)
где
Y – вектор выходных
показателей качества стекла [2];
Xinf –
вектор параметров технологического режима, влияющих на показатели качества; 
– оператор системы, описывающий
связь между указанными величинами.
Управление процессом закалки представляет
собой многокритериальную задачу принятия решений. Выбираемое решение
оценивается совокупностью критериев, характеризующих отклонения формы
закаленного стекла от чертежа. В данной работе для управления использовался метод
оптимизации нулевого порядка. В качестве критерия управления выбраны отклонения
формы закаленного стекла от чертежа [2]. Ввиду нестабильности формы изделий и
значительной их вариации, в качестве критерия управления выбрана сумма
отклонений формы стекла от чертежа в точках контроля. При этом должны
выполняться ограничения на максимально допустимое отклонение неприлегания
стекла к контрольному шаблону и одновременно выдерживаться режимные переменные в заданном диапазоне. С
учетом сказанного функция цели управления технологическим процессом закалки
стекла принимает вид:
при
, (2)
где yiz –ограничения
на величину отклонения формы стекла yi в точках контроля;
- максимальное значение контролируемого параметра.
Управление процессом закалки сводится к решению задачи безусловной
минимизации с использованием метода штрафных функций. Критерий представлен в виде суммы двух компонент - целевой функции и штрафа:
(3)
Для проверки эффективность алгоритма
управления поставлен вычислительный эксперимент с использованием реальных
данных, собранных с производства. Вычислительный эксперимент проводился в среде
имитационного моделирования AnyLogic (рисунок 1).
Рисунок
1 – Диаграмма имитационной модели неприлегания стекла по стороне у1
Результаты имитационного моделирования
алгоритма управления качеством закаленного стекла отражены в таблицах 1,2 и
рисунке 2.
Таблица
1 – Результаты вычислительного эксперимента
|
№ опыта |
Ручное
управление |
Автоматическое
управление |
||||||||
|
y1 |
y2 |
y3 |
y4 |
y5 |
y1 |
y2 |
y3 |
y4 |
y5 |
|
|
1 |
0,7 |
1,0 |
1,5 |
0,8 |
0,32 |
0,629307 |
1,291812 |
1,493595 |
0,731299 |
0,416220 |
|
2 |
0,9 |
1,0 |
1,2 |
0,6 |
0,42 |
0,829307 |
1,291812 |
1,392022 |
0,723039 |
0,406336 |
|
3 |
0,9 |
0,9 |
1,7 |
2,1 |
0,11 |
0,729307 |
1,293598 |
1,416796 |
1,887841 |
0,423248 |
|
4 |
0,9 |
0,8 |
1,5 |
1,9 |
0,15 |
0,675032 |
1,293598 |
1,454916 |
1,856049 |
0,476149 |
|
5 |
1,3 |
1,3 |
1,0 |
0,5 |
0,63 |
0,943869 |
1,219272 |
1,170166 |
0,885100 |
0,382194 |
|
6 |
0,8 |
0,7 |
0,8 |
0,8 |
0,75 |
0,943869 |
1,219272 |
1,134237 |
0,892292 |
0,429995 |
|
7 |
1,0 |
1,0 |
0,8 |
0,8 |
0,70 |
0,943869 |
1,219272 |
1,105122 |
0,905727 |
0,429995 |
|
8 |
1,1 |
2,6 |
1,5 |
1,4 |
0,01 |
0,400556 |
1,365109 |
1,551251 |
1,643529 |
0,395285 |
|
9 |
0,5 |
1,2 |
0,7 |
1,2 |
1,26 |
0,613464 |
1,163342 |
1,263508 |
0,894886 |
0,314477 |
|
10 |
0,6 |
0,8 |
1,0 |
0,7 |
0,94 |
0,613464 |
1,163342 |
1,376858 |
0,876039 |
0,269904 |
|
11 |
0,9 |
1,3 |
1,8 |
1,7 |
0,19 |
0,298829 |
1,332658 |
1,923276 |
1,721968 |
0,297184 |
|
12 |
1,0 |
0,7 |
0,8 |
1,2 |
0,74 |
0,929307 |
1,255569 |
1,043230 |
1,328244 |
0,590538 |
|
13 |
1,0 |
1,1 |
0,7 |
1,2 |
0,65 |
1,146991 |
1,281413 |
0,638328 |
0,913040 |
0,569651 |
|
14 |
1,1 |
0,9 |
1,0 |
1,0 |
0,61 |
0,929307 |
1,255569 |
1,084129 |
1,331644 |
0,576060 |
|
15 |
1,7 |
0,8 |
1,9 |
1,0 |
0,10 |
0,958445 |
1,115318 |
1,485238 |
1,277729 |
0,266125 |
|
16 |
0,7 |
1,4 |
1,4 |
1,2 |
0,03 |
0,958445 |
1,115318 |
1,410404 |
1,269288 |
0,250312 |
|
17 |
0,9 |
1,3 |
1,7 |
1,3 |
0,08 |
0,958445 |
1,115318 |
1,330364 |
1,250261 |
0,234017 |
|
18 |
1,0 |
2,5 |
1,8 |
1,3 |
0,71 |
0,775032 |
1,223553 |
0,882364 |
1,375808 |
0,591247 |
|
19 |
1,3 |
0,8 |
0,3 |
1,5 |
0,21 |
0,504253 |
1,223553 |
0,504180 |
1,138605 |
0,591247 |
|
20 |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
0,34 |
0,775032 |
1,223553 |
0,882364 |
1,375808 |
0,591247 |
|
21 |
1,0 |
0,8 |
1,1 |
1,3 |
0,33 |
0,704339 |
1,082449 |
1,226416 |
1,206621 |
0,337424 |
В данной таблице приведены отклонения формы
стекла от чертежа в мм при ручном и автоматическом управлении процессом закалки
стекла.
На рисунке 2 представлен график колебания неприлегания стекла в точке контроля у1
при ручном и автоматическом управлении процессом закалки.
Рисунок 2 – Изменение неприлегания стекла в
точке контроля у1
В таблице 2 приведены сравнительные результаты автоматического управления с
ручным ведением процесса закалки.
Таблица 2 – Сравнительная характеристика показателей качества изделий при ручном и автоматическом управлении
|
Показатели качества |
Ручной режим управления |
Автоматическое управление |
||
|
Среднее значение |
Стандартное отклонение |
Среднее значение |
Стандартное отклонение |
|
|
Неприлегание стороны y1 от контура шаблона |
0,9476 |
0,2713 |
0,7743 |
0,2077 |
|
Неприлегание стороны y2 от контура шаблона |
1,1190 |
0,5142 |
1,2259 |
0,0752 |
|
Неприлегание стороны y3 от контура шаблона |
1,1810 |
0,4521 |
1,2271 |
0,3162 |
|
Неприлегание стороны y4 от контура шаблона |
1,1476 |
0,4182 |
1,2135 |
0,3443 |
|
Отклонение образующей линии от цилиндрической поверхности, y5 |
0,4419 |
0,3311 |
0,4209 |
0,1219 |
Как
видно из таблицы
2 алгоритм управления позволяет повысить
точность вырабатываемого закаленного стекла за счет уменьшения разброса
неприлегания стекла к шаблону.
Проведенное моделирование показало
возможность дальнейшего повышения качества вырабатываемых закаленных
автомобильных стекол на действующем технологическом оборудовании.
Литература:
1.
Мазанова В.И.
Исследование моделей нейронных сетей, описывающих зависимость формы стекла от
режима закалки Вестник Костромского государственного университета. – 2010. –
Том 16. – Серия технические и естественные науки «Системный анализ. Теория и
практика», №1, с. 23-24
2.
ГОСТ 5727 – 88. Стекло
безопасное для наземного транспорта. Общие технические условия. Москва: ИПК
Издательство Стандартов, 2001.-17с.