Компьютерный тренажер для операторов гибкого многоассортиментного производства сорбционно-каталитических материалов

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Компьютерный тренажер для операторов гибкого многоассортиментного производства сорбционно-каталитических материалов

Чистякова Т.Б., Новожилова И.В., Шляго Ю.И.

Наиболее эффективным средством решения задач качественной и эффективной подготовки производственного управленческого персонала промышленных предприятий являются технические средства обучения, необходимость использования которых диктуется стремлением обеспечить максимальную эффективность производства и добиться высокой степени готовности персонала к действиям при возникновении различных нештатных и аварийных ситуаций. Для эффективного и безаварийного управления производством сорбционно-каталитических материалов персоналу необходимо знать особенности производства, владеть современными способами управления и уметь своевременно анализировать контролируемую информацию о ходе технологического процесса. Таким образом, разработка компьютерного тренажера для обучения персонала управлению гибким многоассортиментным производством сорбционно-каталитических материалов является актуальной задачей. Тренажерный комплекс позволит решить задачу обучения управлению производством не только в номинальном режиме функционирования, но и при переходе на новый вид продукции, и при возникновении нештатных ситуаций в условиях гибкого многоассортиментного производства.

Процесс синтеза гранулированных пористых материалов (катализаторов, сорбентов и носителей) является сложным, многостадийным, характеризуется большим числом контролируемых параметров, многообразием вариантов аппаратурного оформления процесса, состава и качества исходного сырья, требований, предъявляемых к качеству готового продукта, сложностью управления при возникновении нештатных ситуаций [1,2]. Обобщенная схема рассматриваемого производства представлена на рисунке 1.

Многоассортиментность данного производства, его гибкость заключается в возможности построения различных технологических линий для выпуска продукции определенного класса. Формирование конкретных технологических цепочек путем интеграции отдельных технологических стадий и соответствующего оборудования позволяет производить продукцию различного назначения с заданными свойствами, а также экономить технологические ресурсы. Контроль полупродуктов синтеза сорбционно-каталитической продукции позволяет определить последовательность стадий (варианты технологических связей между стадиями процесса) для достижения заданных конечных свойств синтезируемого материала.

Рисунок 1 - Общая схема многостадийного гибкого технологического процесса синтеза сорбционно-каталитических материалов

Поскольку к качеству гранулированных пористых материалов из тонкодисперсных частиц предъявляются высокие требования необходимо оперативное устранение аварийных ситуаций, связанных с неполадками оборудования, и нештатных ситуаций, связанных с ухудшением показателей качества продукции (повышенная влажность материала, пониженная пластичность формуемой массы, пониженная прочность гранул, несоответствие гранул требованиям к кристаллохимическим и структурно-прочностным характеристикам, неравномерная окраска и увлажнение гранул и т.д.).

Для рассматриваемого производства можно выделить следующие задачи обучения:

· изучение способов устранения нештатных ситуаций, выявления причин их возникновения, формирования управляющих воздействий по переводу объекта управления в регламентные ограничения параметров;

· изучение режимов эксплуатации объекта управления при изменении производительности, качества продукции, состава сырья, типа продукции (сорбент, носитель, катализатор) и т.д.;

· изучение способов оптимального управления отдельными стадиями процесса синтеза гранулированных пористых материалов, направленных на улучшение показателей качества, как полупродуктов (вязкость, влажность, температура материала), так и конечной продукции (прочностные, структурные свойства гранул).

Для решения поставленных задач нами предложена функциональная структура компьютерного тренажера для обучения персонала управлению производством сорбционно-каталитических материалов, которая представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Функциональная структура тренажерного комплекса для операторов гибкого многоассортиментного производства сорбционно-каталитических материалов

При формировании функциональной структуры тренажерного комплекса создаются модули, выполняющие функции обучения: модели объекта управления (информационная модель, математическая модель, модель представления знаний), инструментальные средства создания моделей и компонент комплекса, интерфейс инструктора, интерфейс обучаемого. Рассмотрим задачи и основные компоненты блоков, составляющих тренажёр.

Разработанное информационное обеспечение компьютерного тренажера включает всю информацию о производстве гранулированных пористых материалов, включенную в базы данных характеристик продукции, сырья, рецептур, оборудования, стадий производства, технологических режимов, параметров, настроечных коэффициентов математических моделей, ограничений по качеству конечных продуктов. Структура разработанного информационного обеспечения предусматривает перенастройку системы в соответствии с заданным видом продукции и производительностью.

Для того чтобы оператор-технолог мог быстрее ориентироваться в опасных ситуациях, в состав тренажерного комплекса включена продукционная модель представления знаний о нештатных ситуациях, которая составляется для каждого типа продукции по результатам интервьюирования экспертов и изучения норм, внесенных в технологические регламенты. База знаний включает в себя код причины, причину возникновения аварийной ситуации, контролируемый параметр, допустимый диапазон его изменений, рекомендации по устранению неисправности. Также, в базу знаний технологических ситуаций и рекомендаций включена таблица, в которую заносятся неполадки оборудования, которые могут возникать на многоассортиментном производстве гранулированных пористых материалов, для этих неполадок предлагаются рекомендации по их устранению.

Для синтеза тренажерных математических моделей в состав информационного обеспечения комплекса включены: библиотека базовых детерминированных математических моделей ключевых стадий производства, описывающих функционирование объекта изучения в номинальном, допустимом по регламенту режиме; библиотека параметров математических моделей, настраиваемых на различные характеристики сырья, конечных продуктов и нештатные ситуации; библиотека методов решения математических моделей при реализации различных стратегий обучения.

Библиотека математических моделей содержит математические модели ключевых стадий производства [3-5] (гранулирования, сушки, прокаливания), оказывающих наиболее значительное влияние на выходные качественные характеристики конечного продукта. Разработанные математические модели ключевых стадий производства гранулированных пористых материалов учитывают различные технологические режимы, варианты аппаратурного оформления процесса, позволяют рассчитывать и прогнозировать параметры процесса, выбирать управляющие воздействия для обеспечения требуемого качества продукции при соблюдении заданных ограничений.

Для каждой из стадий производства сорбционно-каталитических материалов нами составлено формализованное описание, выделены вектора входных (Xj) и выходных переменных (Yj), управляющих воздействий (Uj), коэффициентов математических моделей (Kj), где j - индекс принадлежности к стадии производства. Изменение параметров базовых моделей Xj, Uj, Kj позволяет моделировать эксплуатационные ситуации. Для моделирования причин ситуации в базовой модели изменяются компоненты модели по отношению к номинальным. Например, изменение управляющего воздействия на стадии сушки (уменьшение времени сушки) приводит к нештатной ситуации - повышенная влажность гранул; уменьшение управляющих воздействий на стадии прокаливания - времени и (или) температуры прокаливания приводит к пониженной механической прочности гранул, что приводит к ситуации - несоответствие прокаленных гранул требованиям регламента к фазовым и структурно-прочностным характеристикам.

Для проведения обучения инструктор имеет возможность производить настройку системы, моделировать различные нештатные ситуации, просматривать и редактировать базы данных рецептов, исходного сырья, состава изготавливаемой катализаторной пасты; контролировать и оценивать действия обучаемого. При задаче обучения способам оптимального управления инструктором задаются критерий оптимальности, критериальные ограничения (например, качество продукции), их предельные значения, типы и число варьируемых управляющих воздействий. При обучении управлению в нештатных ситуациях инструктором задаются тип нештатной ситуации, тип причины, вызывающей ситуацию, время возникновения (момент системного времени) нештатной ситуации. Вся информация о компонентах и параметрах обучения заносится в файл сценария, на основании которого реализуется сформированный сценарий для обучаемого, при этом сценарий обучения может содержать несколько задач различного типа, которые будут последовательно реализовываться в соответствии с их временем моделирования. При завершении обучения инструктор может ознакомиться с результатами работы обучаемого, содержащимися в протоколе обучения, и производить изменения в сценарии обучения.

Обучаемый может контролировать и регулировать параметры объекта управления (изучения) на отдельных стадиях производства для обеспечения требуемого качества сорбционно-каталитической продукции; просматривать базы данных рецептов, исходного сырья, состава изготавливаемой катализаторной пасты; выбирать оборудование для каждой из стадии процесса синтеза; просматривать трехмерные геометрические модели оборудования; устранять нештатные ситуации путем изменения параметров процесса, получать советы и рекомендации по управлению.

Тренажерный комплекс, разработанный с использованием визуальной среды разработки баз данных Microsoft Access и интегрированной объектно-ориентированной среды программирования Borland C++ Builder, позволяет проводить обучение получению сорбционно-каталитических материалов заданного качества, обучение использованию различных рецептур при производстве гранулированных пористых материалов, определению характеристик оборудования, технологических режимов. Благодаря возможности соответствующей настройки параметров базовых моделей ключевых стадий производства, осуществляется имитационное моделирование нештатных ситуаций, связанных с нарушением качества продукции и неполадками оборудования. Использование компьютерного тренажера позволит повысить уровень безопасности производства гранулированных пористых материалов, качество продукции, повысить профессиональный уровень производственного персонала.

Литература

тренажерный оператор производственный

1. Мальцева Н.В., Власов Е.А., Шляго Ю.И. Разработка ассортимента и универсальной технологии сорбентов, носителей и катализаторов для установок газо- и воздухоочистки. - Сб. Экология и безопасность жизнедеятельности: Матер. III Междунар. научн. конф. /под ред. проф. Ю.И. Вдовина/. - Пенза: МНИЦ ПГСХА, 2003. - С. 117-118.

2. Мальцева Н.В., Власов Е.А., Вишневская Т.А., Шляго Ю.И. Технология малотоннажного производства формованных пористых оксидных материалов - носителей, сорбентов и катализаторов газоочистки. - Сб. Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии: Матер. ХVI Междунар. научн.-техн. конф. /РЕАКТИВ-2003/. - Уфа: Реактив, 2003. - С. 154-155.

3. Логинов В.Я., Равичев Л.В., Беспалов А.В., Старостина Н.Г. Математическая модель формования наполненных композиций в одношнековом прессе // ТОХТ. - 1999 - том 33 - №2. - с. 208-216.

4. Чистякова Т.Б., Шляго Ю.И., Юдинцева Ю.Е. Математическая модель процесса сушки гранулированных материалов. - Сб. Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-16: Труды XVI Междунар. науч. конф. в 10 т., т. 10. секция 11. /под общ. ред. проф. В.С. Балакирева/. СПб.:СПб ГТИ (ТУ). 2003. - с. 13-14.

5. Чистякова Т.Б., Шляго Ю.И., Юдинцева Ю.Е. Математическая модель процесса прокаливания для управления гибким многоассортиментным производством синтеза гранулированных пористых материалов. - Сб. Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-17: Труды XVII Междунар. науч. конф. в 10 т., т. 10. секция 11. /под общ. ред. проф. В.С. Балакирева/. Кострома, 2004. - с. 13-14.

Размещено на Allbest.ru