Анотація

Виникнення різноманітних оптимізаційних задач вимагає все нових алгоритмів для їх вирішення. Характерною особливістю багатьох актуальних завдань є висока обчислювальна складність цільових функцій і обмежень, отже, кожне їх обчислення потребує істотних витрат часу.

В дипломному проекті розробляється програмне забезпечення для оптимізації складу чотирикомпонентних нанонаповнених сумішей полімерів, яке дозволить визначати полімерні композиції для отримання виробів з покращеними властивостями. Для цього у програмі реалізовано методи лінійної згортки, штрафних функцій та градієнтного спуску.

Робота містить:

Сторінок –

Рисунків –

Таблиць –

Плакатів –

Джерел –

Annotation

The emergence of various optimization problems requires all new algorithms for solving them. A characteristic feature of many pressing problems is the high computational complexity of objective functions and constraints, hence each of their calculation requires significant investment in time.

In the thesis project developed software for optimization of chotyrykomponentnyh nanonapovnenyh polymer blends, which will determine the polymer compositions to obtain products with improved properties. For this program implemented by linear convolution penalty functions and gradient descent.

The work includes:

Pages -

Figures -

Tables -

Poster -

Sources -

Технічне завдання

1. Найменування та галузь застосування.

Розроблений програмний продукт – це програмне забезпечення для оптимізації складу чотирикомпонентних нанонаповнених сумішей полімерів. Воно може застосовуватися в навчальному процесі Київського національного університету технологій та дизайну при підготовці спеціалістів, а також на фабриках легкої та хімічної промисловості.

2. Підстава до розробки.

Основою для розробки є завдання на дипломне проектування, видане кафедрою Інформаційних технологій проектування Київського національного університету технологій та дизайну.

3. Мета і призначення розробки

Метою дипломного проекту є розробити програмне забезпечення для оптимізації складу сумішей полімерів, яке дозволить отримувати полімерні вироби з підвищеними експлуатаційними властивостями, що в свою чергу скоротить час та матеріали у галузі досліджень модифікацій полімерних композицій.

4. Джерела розробки.

Джерелом даної розробки є аналізування потреб сучасного ринку програмних продуктів для дослідницько-наукових установ та фабрик легкої й хімічної промисловості.

5. Технічні вимоги включають в себе:

• Вимоги якості та надійності.

Дане програмне забезпечення має якісно й надійно працювати при його застосуванні відповідно до ГОСТ 22261-82.

• Вимоги до технології й метрологічного забезпечення розробки, експлуатації й виробництва.

Програмне забезпечення має забезпечувати роботу усіх закладених в нього функцій й повинно відповідати всім технологічним вимогам для автоматизованих робочих місць.

• Вимоги до уніфікації і стандартизації.

Програмне забезпечення може бути застосоване при наявності персонального комп’ютера із операційною системою Windows-ХР і вище.

• Вимоги впливу й безпеки на навколишнє середовище.

Вимоги впливу й безпеки на навколишнє середовище мають відповідати міжнародним стандартам MPR-II, ISO 9000, TCO-92(95,99).

• Ергономічні і еcтeтичнi вимоги;

Програмне забезпечення має бути зрозумілим, простим й зручним графічним інтерфейсом для користувачів.

• Вимоги до патентної чистоти.

Прoгрaмне забезпечення не повинне пoрушувaти ні чиїх авторських прав на інші прoгрaмнi продукти.

• Умови використання.

• Комп'ютер типу Pentium III й вище, дисплей, мишка, oпeрaтивнa пaм'ять нe мeншe 1 ГБ, клавіатура, жорсткий диск об’ємом не менше 50 ГБ, встановлена ​​ОС Windows-ХР .

6. Cтaдiї та етапи розробки.

1. Ознайомлення із інформацією про галузь використання.

2. Розроблення концепції й структури даної програми.

3. Розроблення і реалізація ПЗ.

4. Тестування виготовленого програмного забезпечення.

5. Адаптація базового ПЗ згідно відповідності вимогам замовника.

ЗМІСТ

АНОТАЦІЯ 3

ANNOTATION 4

ТЕХНІЧНЕ ЗАВДАННЯ 5

ВСТУП 8

РОЗДІЛ 1 10

ОСНОВНА ЧАСТИНА 10

1.1 Вступні положення 10

1.2 Суть специфічного волокноутворення 12

1.3 Нанодобавки 15

1.3.1 Вуглецеві нанотрубки 16

1.3.2 Нанокомпозити і нанонаповнені волокна 17

1.4 Особливості планування експерименту для чотирикомпонентних сумішей. 19

1.5 Оптимізація, її методи та застосування 22

1.5.1 Багатокритеріальна оптимізація системи 25

1.5.2 Зведення багатокритеріальної задачі до однокритеріальної 28

29

1.5.3 Однокритеріальна оптимізація системи 31

Методи безумовної оптимізації: 34

Градієнтні методи; 34

Методи одновимірної мінімізації; 34

Метод Ньютона і його варіації; 34

Метод сполучених градієнтів і напрямів; 35

1.5.4 Застосування однокритеріальної оптимізації 36

1.6 Опис програмного середовища 38

1.7 Опис програми 41

1.8 Демонстрація роботи програми 42

Висновок до розділу 1 43

РОЗДІЛ 2 44

ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ 44

ВСТУП 44

Виробництво полімерних матеріалів це галузь промисловості, що характеризується підвищеною потенційною небезпекою професійних захворювань й отруєнь працюючих. 44

Головною причиною цього є контакт робітників з хімічними речовинами, що мають ті чи інші токсичні властивості. 44

Токсичні речовини негативно впливають на організм людини це може призвести до різних порушень, наприклад: 44

гострі отруєння, які мають місце при впливі значних концентрацій шкідливих речовин на протязі однієї зміни; 44

хронічні отруєння – при тривалій поступовій дії на працівників незначних концентрацій токсичних речовин, як наслідок виникнення професійного захворювання. 44

Досягнення оптимальних концентрацій шкідливих речовин у повітрі робочого приміщення, досягається вдосконаленням чи заміною технологічних процесів. Але вони вимагають великих витрат. 44

Але більш всього користувач ПЗ для оптимізації складу чотирикомпонентних нанонаповнених сумішей полімерів ймовірно не піддаватиметься негативному впливу полімерів, хоча, коли поблизу його робочої зони має місце саме таке середовище, то необхідно прийняти заходи щодо захисту. Тож можна рекомендувати наступні дії, які допоможуть попередити це: 44

перенести ПК в інше приміщення; 44

при роботі з ПЗ користувач має застосовувати певні засоби захисту. 44

2.1 Аналіз шкідливих та небезпечних факторів 45

2.1.1 Параметри мікроклімату 46

2.1.2 Небезпека ураження електричним струмом 46

2.1.3 Електромагнітне випромінювання 47

2.1.4 Освітленість робочого місця 48

2.2 Розрахунок штучного освітлення 48

2.3 Пожежна безпека 51

Висновок до розділу 2 53

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ 54

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 55

ДОДАТКИ 57

ВСТУП

Актуальність теми. Одним із перспективних методів отримання синтетичних мікроволокон є переробка розплавів сумішей полімерів. В основі цього лежить явище специфічного волокноутворення. Дослідження цього явища є важливим, оскільки його реалізація дає змогу одержувати волокна із унікальними властивостями і застосовувати їх, зокрема, в різноманітних фільтрувальних установках.

Одним з найперспективніших напрямків науки і техніки в наш час є розробка принципів отримання нанокомпозитів та нанонаповнених волокон. Зокрема, вуглецеві нанотрубки мають унікальні механічні, теплофізичні та електричні властивості та за допомогою компатибілізаторів здатні ефективно диспергувати у розплаві полімерів, тому їх можна із успіхом використовувати для надання виробам з полімерних матеріалів унікальних властивостей. Таким чином, вивчення особливостей поведінки чотирикомпонентних сумішей полімерів є важливим і тема роботи актуальна.

Метою дипломного проекту є створення програмного забезпечення для оптимізації складу чотирикомпонентних нанонаповнених сумішей полімерів, яке дозволить визначати полімерні композиції для отримання виробів з покращеними властивостями.

Для досягнення поставленої мети потрібно вирішити наступні задачі:

• вивчення теоретичних основ переробки суміші полімерів;

• математичне моделювання поведінки чотирикомпонентних полімерних сумішей;

• аналіз методів оптимізації;

• розробка програмного забезпечення для оптимізації складу чотирикомпонентних нанонаповнених сумішей полімерів.

Об’єкт дослідження – процес оптимізації складу сумішей полімерів.

Предмет дослідження – мінімізація витрат матеріалів й часу при дослідженні суміші полімерів.

Методи досліджень. Теоретичні дослідження базуються на основних положеннях хімії полімерів, технології переробки полімерів, теорії оптимізації, теорії планування експерименту, інформатики та програмування.

Так, як математична модель задачі, що досліджується в роботі, є багатокритеріальною задачею оптимізації для зручності розв’язання, потребує зведення до однокритеріальної задачі. Для цього був використаний метод лінійної згортки – це найпоширеніший спосіб впорядкування альтернатив. Кожному критерію привласнюється певна вага.

Для вирішення задачі при наявності обмежень на її змінні (задачі умовної оптимізації) використано метод штрафних функцій. Ідея методу – це перехід від задачі параметричної оптимізації із обмеженнями до задачі без обмежень, або задачі безумовної оптимізації.

Для розв’язку задачі безумовної оптимізації було використано метод градієнтного спуску. Основною ідеєю методу є те, щоб здійснювати оптимізацію у напрямку найшвидшого спуску, а цей напрямок задається антиградієнтом.

Наукова новизна отриманих результатів дослідження полягає в тому, що:

• запропоновано програмне забезпечення визначення оптимального складу суміші полімерів для отримання полімерних виробів з підвищеними експлуатаційними властивостями;

• зроблено внесок в теоретичні дослідження розплавів чотирикомпонентних сумішей полімерів.

Практичне значення результатів полягає в тому, що створене програмне забезпечення дозволить підвищити ефективність досліджень в області модифікації полімерних композицій за допомогою зменшення витрат матеріалів й часу.