Методическое пособие 734

ВЫПУСК № 1 (1), 2013

ISSN 2307-177X

ВЫПУСК № 1 (1), 2013

ISSN 2307-177X

семантических моделей, адекватно отра-

разность представления основного произ-

жающих семантический смысл технологиче-

водства алюминия в виде системы, состоя-

ских процессов, синтез

информационно-

щей

из

девяти

организационно-

семантических систем и систем баз знаний

технологических подсистем (рис.1). Ядром

для них нереален [3,4,5]. Особенно это важ-

этой системы является организационно-

но для сложных производственных и тех-

технологическая подсистема ОТС "Электро-

нологических объектов. К категории таких

лиз".

объектов можно отнести процесс производ-

С целью структуризации знаний о про-

ства электролитического алюминия. В на-

цессе электролиза необходимо, прежде все-

стоящее время этот процесс относится к

го, разработать его концептуальную модель

наименее формализуемым объектам. Связа-

и выполнить ее исследование.

Анализ тео-

но это, прежде всего с тесным взаимовлия-

ретических

гипотез и

экспериментальных

нием технологических процессов, проте-

данных, накопленных в последнее время, по-

кающих одновременно в ограниченном про-

зволяет представить эту модель в виде неод-

странстве электролизера. В результате,

нородного графа со сложной циклической

большинство параметров процесса, характе-

структурой (рис.2). Вершины этого графа

ризующих технологический режим электро-

представляют собой технологические опера-

лизера, не поддаются автоматическому из-

торы, имеющие место в реальном процессе.

мерению [6], а управление параметрами про-

Достоверность существования этих операто-

цесса основано в большей мере на ста-

ров находит подтверждение в соответст-

тистических данных и опыте технологиче-

вующих научных источниках [6] .

ского персонала. В связи с этим, создание

Из этих же источников выявляется се-

автоматизированных экспертных систем и

мантическая сущность каждого технологи-

баз знаний для управления такими процес-

ческого оператора (табл.1) и материально-

сами является актуальным. Основой таких

энергетические потоки, связывающие эти

систем могут быть только глубокие знания о

операторы (табл.2).

семантической сущности

технологических

Анализ процесса показывает, что выде-

процессов, имеющих место в электролизере.

ление и структуризация знаний будет пред-

Методика структуризации этих знаний явля-

ставлять сложность по операторам 2,4 и 11,

ется предметом исследования в предлагае-

так как они определяют рециклы в процессе

мой статье.

и их состояние во многом зависит от началь-

ных и смежных операторов. Это указывает

на трудность синтеза семантических моделей

этих операторов. Данный вывод подтвер-

ждается

специальными

теоретическими и

экспериментальными исследованиями [6].

Таким образом, первоочередными объ-

ектами

исследования процесса

электролиза

могут быть выбраны операторы 1, 3, 5, 6, 7,

3, 9, 10, 13. Среди этих операторов имеются

внутренние (3, 5, 7, 10) и внешние (I, 6, 8, 9,

13). Параметры выходных потоков внешних

операторов могут быть проконтролированы,

если не автоматическими приборами, то ла-

Рис.1. Организационно-технологическая

бораторными анализами и визуально. В свя-

структура основного производства

зи с этим объектами исследования с целью

электролитического алюминия

синтеза семантических моделей следует оп-

Исследования [2] показали целесооб-

ределить технологические операторы 1, 6, 8,

ВЫПУСК № 1 (1), 2013

ISSN 2307-177X

№

Наименование функ-

№

циональных технологи-

оператора

Семантическая сущность оператора

п/п

ческих операторов

по схеме

1

Смеситель 1

1

Подготавливает смесь исходных материалов

2

Смеситель 2

Обеспечивает заданный состав электролита после

2

смешения с загруженной партией

3

Реактор 1

Электролитическая реакция разделения

3

электролита

4

Разделитель 1

4

Разделяет потоки ионов в электролите

5

Реактор 2

5

Абсорбция анионов на аноде

6

Реакционный массооб-

6

Сгорание угольной части анодного блока

менник 1

7

Реактор 1

7

Десорбция и образование окиси алюминия

8

Разделитель 2

8

Разделение потоков газа и циркуляционного потока

электролита

9

Реактор 4

9

Реакция кристаллизации электролита

10

Реактор 5

10

Реакция восстановления катионов в электролите

11

Разделитель 3

11

Осаждение алюминия на катоде

12

Реактор 12

12

Реакция обратимого окисления алюминия

13

Реакционный массооб-

менник 2

13

Реакции разрушающих воздействий на катод

№ п/п

Наименование потока

Номер потока

Метка потока

1

Фтористый алюминий

1

1

2

Криолит свежий

2

1

3

Окись алюминия

3

1

4

Криолит флотационный

4

1

5

Прочие добавки

5

1

6

Смесь исходная

6

0

7

Смесь конвекционная (электролит)

7

0

8

Смесь в зоне разложения

8

0

9

Поток анионов

9

0

10

Углеродокомплексные соединения на аноде

10

0

11

Углекислый газ и окись углерода на аноде

11

0

12

Смесь газовая с возвратом окоси алюминия

12

0

13

Возвратный поток глинозема

13

0

14

Анодные газы

14

2

15

Поток катионов

15

0

16

Смесь восстановленных и невосстановленных катионов

16

0

17

Электролит циркулирующий

17

0

18

Электролитическая пена

18

2

19

Обратный поток катионов

19

0

20

Поток окисленного металла

20

0

21

Алюминий сырец чистый

21

0

22

Подина

22

1

23

Алюминий сырец сливной

23

2

24

Отработанная подина

24

2

25

Анодные блоки

25

1

26

Огарки анодных блоков

26

2

27

Электроэнергия (входная клемма)

27

1

28

Электроэнергия (выходная клемма)

28

2

Метка потока: 1 - входной поток , 2 – выходной поток,

0 - внутренний поток

Объектом исследования определен ИНТИ, 1985. -51с., ил.

технологический функциональный оператор

3. Минский М. Фреймы для представ-

6 - реакционный массообменник 1,

обеспе-

ления знаний. - М.:Энергия, 1979,-152с.

чивающий подвод электроэнергии постоян-

4. Построение экспертных, систем:

ного тока к электролизеру и характеризуе-

Пер. с англ. /Под ред. Ф.Хейес-Рота, Д. Уо-

мый сгоранием угольной части анодного

термана, Д.Лената.-М.: Мир, 1987. - 400с.

блока в процессе электролиза.

5. Перспективы развития вычислитель-

Библиографический список

ной

техники:

В

11кн.:Справ.

по-

1. Тамм Б. Г. и др. Анализ и моделиро-

собие / Под ред. Ю.М, Смирнова. Кн. 1.:

Информационно-семантические

системы/

вание производственных систем. - М.: Фи-

нансы и статистика, 1987.-191 с., ил.

Н.М. Соломатин. - М.: Высш. школа, 1989. -

2. Мухамадиев Б. М.,

Кутявин И. С.

127 с., ил.

Системные

принципы

создания

АСУ

6. Справочник металлурга по цветным

технологическим комплексом производства

металлам. Производство алюминия. - М. :

электролитического алюминия. Деп. рук.

Металлургия, 1971. - 560с., ил.

№18(348)

Та-Д85,- Душанбе: ТаджикНИ-

ВЫПУСК № 1 (1), 2013

ISSN 2307-177X

Введение

УЗ метод контроля степени кристалличности

Существующие методы

оценки сте-

базируется на математической модели связи

пени кристалличности полимеров, их компо-

непосредственно измеряемой и искомой ве-

зитов и резинотехнических изделий затруд-

личин. В данном случае степени кристал-

нительно использовать при

оперативном

личности и акустических свойств полимеров.

контроле степени кристалличности из-за

В связи с этим актуальной является задача

трудоемкости и длительности измерений [1].

синтеза математической модели косвенного

Для синтеза методов экспресс-анализа сте-

оперативного измерения степени кристал-

пени кристалличности, отвечающих требо-

личности на основе ей связи с акустически-

ваниям компактности, высокой чувствитель-

ми свойствами полимера.

ности, оперативности, возможности автома-

Теоретический анализ

тизации измерений и неразрушающего кон-

Рассматривая аморфный полимер как

троля, отвечают акустические, в частности

сплошную вязкоупругую среду для струк-

ультразвуковые (УЗ) методы контроля.

турного синтеза модели необходимо связать

Как всякий косвенный метод контроля

выражение для податливости потерь, выве-

денное с использованием принципа суперпо-

зиции релаксационных процессов в частично

© Хвостов А.А., Тихомиров С.Г., Хаустов И.А.,

закристаллизованном полимере, и выраже-

ния для компонент комплексного модуля уп-

кристаллической и аморфной фаз [1]

ругости

′,

′′ [2].

′′связана с ком-

ρ = χ (ρк – ρа) + ρа.

(6)

Податливость потерь

E E

Тогда при подстановке (6) выражение

понентами комплексного модуляJ

упругости

(5) для податливости потерь преобразуется к

следующим выражением [2]:

′′

tg δ/E′

,

(1)

J

(ω, α, c) =

.

(7)

Jδ

= 1+tg 2δ

виду

′′

2α

где tg

– тангенс угла механических потерь,

[χ(ρk −ρa )+ρa ]ωc

основании

′′

Податливость

потерь

на

(2)

принципа

суперпозиции

релаксационных

E ′

процессов в частично закристаллизованном

Связь компонент комплексного модуля

полимере описывается следующим выраже-

tgδ = E

упругости с акустическими свойствами для

нием:

вязкоупругой сплошной среды [3]:

полимера; Lа(τ) – плотность спектра времен

E

(ω, α, c) = ρc

1+ αωc 2 2

αc

2

L(τ) = χLк(τ) + (1 –

χ)Lа(τ),

(8)

′

2

1− ω

;

(3)

где Lк(τ) – плотность спектра времен τ запаз-

E

дывания

полностью

закристаллизованного

′′

(ω, α, c) = 2ρc

2

1+ αωc

2 2

Используя

ω

,

(4)

мера.

αc

запаздывания полностью аморфного поли-

где

α

ω

а

Y = ∫ 1+ω τ , Y = ∫ 1+ω τ

– плотность полимера;

– скорость

∞ ωτLk

(τ)dτ

∞ ωτLa (τ)dτ,

звука;ρ

– коэффициент затуханияc

звука, -

k

a

(9)

частота.

(7):

2

2

0

2 2

Методика

также (8) и0

) a

′′ (

)

k

2α

Подставим выражения для компонент

,

(10)

комплексного модуля упругости как функ-

[χ(ρk −ρa )+ρa ]ωc

ции акустических свойств полимера (3), (4) в

проведяJ ω = χY

промежуточные+ (1 − χ Y =

преобразования

выражение для тангенса угла механических

правой и левой частей выражения (10), полу-

потерь (2) с учетом (1) получим выражение

чим окончательный вид выражения для оп-

для податливости потерь, связывающее ее со

ределения степени кристалличности χ с уче-

скоростью

и

коэффициентом

затухания

том введенных обозначений (9) следующий:

J

(ω, α, c)

=

ρωc

.

(5)

1=

− 2

+

2−4 1

3

.

(11)

к

а

к

а

ультразвука:

2α

2 1

′′

Полученная зависимость

показывает,

А =(ρ – ρ )[Y

– Y ];

что вычисление величины податливости по-

А2 = ρк Yа + ρаYк – 2ρаYа;

(12)

терь может быть осуществлено при измере-

А3 = ρаYа – 2α / (ωс).

нии скорости и коэффициента затухания

Введем новые обозначения для коэф-

ультразвука на частоте ω, а также при зна-

нии значения плотности частично закристал-

фициентов, входящих в (11), и выделим ско-

лизованного полимера ρ. Однако плотность

рость звука и коэффициент затухания ульт-

частично

закристаллизованного

полимера

B

=

; B

=

−

; B

= .

развука:

−A2

A

2

ρa Ya

2

возможно исключить из модели предлагае-

1

2

3

(13)

мого метода следующим образом.

Степень кристалличности χ полимера

2A

1

4A12

A1

A1

связана

с

его плотностью

через

плотности

Тогда структура математической моде-

ли ультразвукового измерения степени кри-

ВЫПУСК № 1 (1), 2013

ISSN 2307-177X

сталличности χ каучука по скорости и ко-

свойствами может служить основой для раз-

эффициенту затухания α ультразвукасбудет

работки экспресс-анализаторов степени кри-

сталличности полимеров и их композитов.

иметь общий вид

χ = B1 +

B2 + B3

α .

(14)

Библиографический список

1. Бухина, М.Ф. Кристаллизация кау-

ωc

чуков и резин [Текст] / М.Ф. Бухина– М.:

Таким образом

, при определении ко-

Химия, 1973. – 240 с.

эффициентов В1, В2, В3

для конкретных ма-

рок каучуков

возможно с

использованием

2. Перепечко, И.И. Акустические ме-

тоды исследования полимеров [Текст] / И.И.

структуры математической модели (14) рас-

Перепечко. – М.: Химия, 1973. – 296 с.

считать значения степени

кристалличности

каучуков на основании измеренных значе-

3. Битюков, В. К. Контроль показате-

лей качества эластомеров акустическим ме-

ний скорости с и коэффициента затухания α

тодом с учетом их частотно-температурных

ультразвука, проходящего через образец.

характеристик [Текст] / В.К. Битюков, С.Г.

Вывод

Тихомиров, А.А. Хвостов, М.А. Зайчиков //

Рассмотренная

структура математиче-

ской модели связи степени кристалличности

Мехатроника, автоматизация и управление. –

полимерных материалов с их акустическими

2007. – №7 – С. 11-14.

Воронежская медицинская академия им. Н.Н. Бурденко

The Voronezh medical academy of N. N. Burdenko, Chief of the

Начальник Центра маркетинга, мониторирования

Center of marketing, monitoring personnel resources

кадровых ресурсов и связи с практическим здравоохранением,

and communication with practical health care

Д-р техн. наук, профессор Т.Н. Князева

D. Sc. in Engineering, Prof. T. N. Knyazeva

Воронежский институт высоких технологий, филиал

Voronezh institute of high technologies, branch A.F.Konto's

Московского учебного центра А.Ф. Конто

Moscow training center

Преподаватель М.А. Любимова

teacher M.A. Lubimova

Россия, г.Воронеж, тел.: 8-950-776-47-28

Russia, Voronezh, ph.:8-950-776-47-28

E-mail: mashenka_vrn@mail.ru

E-mail: mashenka_vrn@mail.ru

Мировые тенденции в области меди-

исследований.

цинского приборостроения в последние годы

На данном этапе одним наиболее ин-

претерпели значительные изменения. В ос-

формативных методов является томография,

новном это вызвано необходимостью повы-

дающая намного больше информации о каж-

шения качества диагностики, что приводит

дом элементарном

объеме исследуемого

как к созданию новых высокоинформатив-

объекта, чем другие известные методы диаг-

ных диагностических приборов, так и к со-

ностики.

вершенствованию

традиционных техноло-

Качество изображения зависит от мно-

гий.

гих факторов: системы коллимации (парал-

Современный

уровень медицинской

лельности лучей и толщины среза), алгорит-

техники позволяет выявить структурные и

ма реконструкции, физических процессов,

функциональные изменения одного и того

участвующих в сборе данных и т.д.

же органа с помощью устройств, имеющих

При цифровой обработке изображений

различный принцип действия, при этом дос-

обычно используется

его

представление в

товерность полученных данных будет сопос-

1 <= 1 <= , 1 <= 2

<= 2

тавима. В подобных условиях на первое ме-

памяти в виде матрицы пикселей .( 1, 2),

сто выходит информационная составляющая

Алгоритмы линейной фильтрации изо-

бражений. Рассмотрим схему искажения и

©

Князева Т.Н., Любимова М.А., 2013

фильтрации изображений (рис.1).