Применение ЭВМ в технологии переработки полимеров

подсистемы, является каучуковая матрица). Сложная структура взаимосвязи ингредиентов резиновой смеси показывает, что изменения качеств того или иного ингредиента, тем более замена его другим, вызывает изменение по всей системе взаимосвязей. Поэтому разработчик резиновой смеси должен руководствоваться системным подходом. Системный подход предполагает не только декомпозицию изучаемой системы на подсистемы, но и учет как можно большего числа связей не только внутренних, но и внешних (поскольку данная система является подсистемой другой системы). Так, резиновая смесь является подсистемой процесса смешения и, в связи с этим, улучшение эксплуатационных качеств вулканизатов нельзя добиваться без учета технологических свойств. С другой стороны, вулканизат является техническим конструкционным материалом, эксплуатирующимся в условиях внешних воздействий. В этом случае резина является системой, преобразующей внешние воздействия вследствие физико- химических процессов, протекающих в резине (деструкции и структурирования, релаксации теплопроводимости, набухания и

т. п.).

2.4 Систематика основных классов полимерных материалов

Вопросы систематики, классификации, типологии неизбежно встают как практически важные в любой области науки, имеющей дело с множеством иерархических или параметрически организованных объектов.

Разработка различных типов систематик технических материалов (ТМ) становится все более актуальной не только из- за большого разнообразия ТМ и их огромного ассортимента, но и вследствие необходимой структуризации данных при создании тезаурусов, концептуальных и логических схем ИПС и АБнД, рациональной организации процедур запросов, создания удобного справочного аппарата конструктора и технолога на их

41

персональных ЭВМ.

Естественная систематика техники должна удовлетворять набору основных требований: полнота и однозначность, непротиворечивость, простота и удобство, построение на основе объективных законов строения и развития техники, информативность, инвариантность во времени, но в то же время отражение эволюции типов технических объектов, предсказательность.

Построение систематики на основе законов строения и развития техники приводит к необходимости построения функционально-структурной систематики. Это следует, в частности, из существования закона соответствия между функцией и структурой технических объектов. В основе функционально-структурной систематики лежит соподчинение двух иерархически соподчиненных признаков: функциональные различия между техническими объектами, а в их рамках - структурные различия.

Вбольшинстве материаловедческих справочников используется иерархическая классификация ТМ на высоких уровнях по физико-химической основе (металлы, полимерные, керамические материалы и т.д.) и достаточно произвольная классификация на более низких уровнях, что затрудняет рациональный выбор ТМ.

Важным этапом является комплексирование единичных признаков в некоторые обобщенные параметры.

Вэтой связи рассматриваются следующие виды систематик и классификаций:

1 Списочные.

2 Иерархические.

3.Комбинативные.

4.Параметрические.

5.Индексированные, в т.ч. с использованием бинарных операций. Выбор систематики естественным образом должен

42

быть увязан с возможностями программного обеспечения, языка описания данных и процедурного языка запросов.

Систематики должны учитывать следующие факторы:

1.Эксплуатационные свойства с выделением определяющих свойств.

2.Условия применения.

3.Физико-химическая структура и состав ТМ.

4.Тезаурус физико-химических и торговых названий ТМ.

5.Экономические показатели.

6.Способы и условия получения и обработки ТМ.

7.Место изготовления (фирма, предприятие).

8.Нормативно-техническая документация (ГОСТ, ТУ).

9.Кодирование и сжатие информации.

Полное соответствие указанному списку труднодостижимо в одной систематике, и выходом из указанного затруднения является использование современных технологий обработки информации - прежде всего, использование концепции баз данных, инвертированных файлов. В этом случае основной заботой разработчика является сбор полной, непротиворечивой и достоверной информации о ТМ. С помощью современных АБнД возможно представление справочных данных в следующем виде:

1 Создание списков ТМ с ограничением по одному или нескольким свойствам, в том числе упорядоченных по возрастанию или убыванию показателей (прямые и инверсные таблицы).

2 Создание таблиц марочного ассортимента.

3 Создание перечней областей применения для определенных видов ТМ и обратная задача.

4 Получение выборок ТМ, содержащих определенные компоненты.

43

5 Создание таблиц оптимальных пар изделие - материал с использованием многокритериальной оптимизации.

6 Сводная информация о составе, свойствах, технологии изготовления, заводах-изготовителях и т. д.

Так как ТМ характеризуется широким набором свойств, способов их получения и обработки, то, естественно, выдвигаются требования к систематике и описанию этой информации.

В этом отношении представляет интерес система Сперлинга, в которой с использованием бинарных операций и специальных индексов могут быть описаны многокомпонентные сложные ТМ:

a · Р1· Ох · b· Р2,

где Р1, Р2 - объекты (компоненты ТМ или исходные вещества), над которыми проводится операция соединения, модификации или декомпозиции Ох; а и b - количественные характеристики объектов.

Так, для описания смеси двух полимеров Р1 и Р2 в соотношении 1 к 5, полученной механическим способом, используется следующее отношение: Р1 • Ом • 5 Р2. Если ведется прививка полимера Р3 на эту смесь, то отношение преобразуется в вид

(Р1 · Ом ·5Р2) · ОGРз,

где ОG - операция прививки.

В таблице 2.2 приведена таксометрическая классификация низкомодульных полимерных материалов.

44

Таблица 2.2 Таксометрическая таблица низкомодульных материалов

45

Каждая строка таблицы образует служебную группировку ранга «тип»; столбец определяет структурные характеристики таксонов. Эта классификация неплохо описывает крупные классы материалов, но становится громоздкой при учете детальных структурных и функциональных характеристик, особенно при учете количественных параметров [13].

В основу системы, описанной в работе [12], положены ряды, составленные путем оценки материалов по потребительским свойствам, и таблицы, упорядоченные по кодам Общесоюзного классификатора продукции, и по значениям свойств. Эту систему можно назвать иерархически- параметрической. Основой предложенной систематики и построенной на ее основе информационно-поисковой системы являются 24 потребительских ряда, в которых пластмассы объединены по важнейшим потребительским свойствам (табл. 3.3). Задача рационального выбора ТМ сводится к отысканию оптимальной пары ТМ - изделие. Рациональный выбор не может быть сделан без эффективной стратегии поиска и алгоритмизации всего процесса.

Применение потребительских рядов позволяет резко сузить поисковое поле. Поиск в конструкционном ряду сокращает поисковое поле почти в 3 раза, в ряду прозрачных материалов - в 17 раз.

Интересный подход к проблемам классификации предложил С.М. Бреховских [16]. В его работе методология классификации вещественных объектов, физических полей, функциональных процессов, документов основывается на теории функциональных систем.

Важным вопросом является число учитываемых параметров (задача о минимально достаточном числе параметров для оценки и выбора ТМ), которое определяется по формуле:

46

где n - число, минимально достаточное для выбора полимерного материала из множества, содержащего К элементов; log2К - целая часть числа.

Согласно этой формуле, n определяется мощностью ряда, числом его элементов. В табл.2.3 приведено рассчитанное по формуле (2.2) число поисковых параметров для каждого ряда.

Из формулы (2.2) следует также, что существенное увеличение числа материалов, из которых делается выбор, не требует резкого увеличения числа поисковых параметров. Так, увеличение числа ТМ с 1000 до 4000 требует увеличения числа поисковых параметров всего лишь с 10 до 12.

Информативная ценность параметров может быть определена по выигрышу, обусловленному сужением поискового поля. Степень сокращения поискового поля за счет использования потребительских рядов и информативную цену параметра можно определить через энтропию рядов:

где КΣ - число элементов всего множества; Кi- число элементов ряда.

Формула (2.3) определяет меру выигрыша или цену параметра (в битах), по информации которого осуществляется переход из ряда в ряд. Рассчитанные величины выигрыша приведены в табл. 2.2.

В то же время следует отметить, что указанная система, хотя и имеет ряд удобств для пользователя, не вполне отвечает «машинной методологии» обработки информации, так как мощность современных ЭВМ позволяет обрабатывать большие информационные массивы данных с учетом многих параметров (т. е. без использования потребительских рядов и ограничения параметров выбора). В современных информационно- поисковых системах запросы ставятся в комплексной форме с применением логических отношений между атрибутами и их характеристиками.

47

Рассмотрим структуру ОКП, принципы кодирования ТМ и возможные пути сжатия информации и обобщения данных.

Класс 22 ОКП «Полимеры, пластические массы, химические волокна и каучуки» является составной частью Единой системы классификации и кодирования технико- экономической информации, используемой в автоматизированных системах управления.

Структура кодового обозначения объекта классификации, имеющего длину 10 цифровых знаков, представлена на рис. 2.6.

Пластмассы, материалы и полуфабрикаты на их основе

Пенопласты

На основе полимеров хлорпроизводных этилена

Пенопласт плиточный ПВХ-1

22 4 4 2 1 01 02

Сорт 2 Марка ПВХ-1-85

Рис. 2.6. Схема формирования кода материала по ОКП.

Например, код материала 22 4421 0102 означает, что объект относится к классу 22 - полимеры, пластические массы, химические волокна и каучуки. Если последние две цифры кода ОКП нули, то под такое обозначение подпадают все конкретизирующие определители для данной марки. Например, если какая-либо марка имеет знак качества, первый и второй сорт, то, заменив две последние значащие цифры нулями, мы общей кодовой записью объединяем три объекта. Аналогичным образом достигается обобщение и для марок.

Совпадение свойств ТМ, близких по составу и структуре, также может быть использовано для сжатия информации и обобщения данных путем снижения числа объектов и записи

48

интервального значения их свойств. С этой целью для первоначальной ориентации из всего многообразия ТМ выделяют ограниченное число укрупненных групп ТМ (табл.

2.3).

продолжение таблицы 2.3

Прямые таблицы имеют традиционный вид - для каждого объекта в отдельных графах приведены значения свойств (табл.

2.4).

Таблица 2.4

Фрагмент прямой таблицы механических свойств для группы пластмасс

Инверсные таблицы содержат колонки ранжированных в порядке возрастания значения свойства объектов и предназначены для выбора материала по конкретному свойству

(табл. 2.5).

50