Software & Systems

Все более актуальной становится задача утилизации отходов и попутных продуктов в производстве товарной продукции. Наиболее остро проблема энерго- и ресурсосбережения стоит в строительной индустрии, где традиционные технологии получения строительных материалов не отвечают требованиям по энергоэффективности, а запасы природного сырья истощаются.

Новый подход к разработке и использованию вяжущих веществ [1] позволяет значительно сократить как энергетические, так и материальные затраты, превращая не используемые в промышленном производстве в настоящее время мономинеральные отходы в современный высококачественный строительный материал. Использование технологий, исключающих стадию получения минерального вяжущего из природного или техногенного сырья, позволяет значительно упростить технологический процесс получения различных видов строительных материалов, сократив при этом затраты на их производство, а также использовать в строительном производстве отходы от добычи и пиления природных каменных материалов, не пригодных по своим физико-механическим харак- теристикам для получения традиционных вяжущих веществ [2].

Получение безобжиговых изделий на основе мономинерального сырья предусматривает гибкую систему управления технологическим процессом, что обусловлено, прежде всего, особенностями негидратационного твердения [3] и необходимостью жесткой регламентации рецептур сырьевых смесей во взаимосвязи с параметрами технологического процесса.

Изменение рецептуры предполагает изменение времени перемешивания, степени увлажненности пресс-порошка, давления прессования и других параметров. Таким образом, необходимость оперативного корректирования процессов вызвана обеспечением целого ряда взаимосвязанных факторов (рис. 1), в целом обеспечивающих получение готового продукта и его высокое качество [3, 4].

Эффективность процесса определяется организацией лимитирующего этапа ‒ процесса проектирования, представляющего собой решение сложной многокритериальной задачи, а также установлением обратных связей – контроля и анализа информации на соответствующих этапах техно- логического процесса. В данной работе подробнее рассматривается процесс проектирования, представленный на контекстной диаграмме (рис. 2).

Путем декомпозиции контекстной диаграммы разработана диаграмма (см. http://www.swsys.ru/uploaded/image/2018_1/2018-1-dop/12.jpg), детально описывающая составляющие процесса проекти- рования. Автоматизированный комплекс по про- ектированию включает отдельные программные продукты, необходимые для исследования топо- логического пространства дисперсной системы негидратационного твердения и определения ее основных топологических характеристик, для оптимизации зернового состава сырьевой смеси и подбора оптимальной влажности пресс-порошка а также для прогнозирования свойств полуфабрикатов и готового продукта и др.

На рисунке 3 изображен интерфейс одной из составляющих программного комплекса, позволяющего моделировать [5, 6] процесс формирования внутренней структуры бинарной сырьевой смеси и получать упаковки частиц, обеспечивающих образование максимального количества контактов в системе [3, 7]. Имитационная модель многоуровневого формирования топологического пространства системы негидратационного твердения позволяет проводить расчеты основных топологических ха- рактеристик системы – плотности упаковки и объемного наполнения элементарной ячейки компонентами бинарной смеси. Для создания модели применялся язык программирования Blitz3D с возможностью трехмерной визуализации [5].

Для подбора оптимального зернового состава сырьевой смеси [8] использован программный комплекс по расчету гранулометрического состава смеси n-го числа компонентов (рис. 4).

Принцип работы программы основан на цикличном генерировании случайных величин конечных объемных долей, формировании расчетного зернового состава и сравнении его с «идеальным», выраженным математической формулой, характеризующейся оптимальным распределением частиц, отвечающих механизму негидратационного твердения. Ввиду того, что оптимизация заключается в применении «идеальных» кривых распределения частиц по объему, применен ряд известных математических зависимостей – формулы Функа–Дингера, Фуллера, Гуммеля, Боломея и т.п. Эти зависимости имеют вид A = f(D), где A – проходы зерен, %; D – размеры зерен, мм.

Разработанные программы предназначены для расчета составов сырьевых смесей строительных композитов на основе мономинерального природного и техногенного сырья – двуводного гипса, известняка и доломита.

Все программы автоматизированного комплекса работают последовательно.

Автоматизация процесса проектирования мономинеральных композитов – сложной технической задачи, решаемой с использованием программных комплексов, и оперативное корректирование процесса проектирования позволят повысить эффективность технологии за счет выбора математически обоснованной рецептуры композита и оптимизации технологических параметров, сокращения погрешностей и временных затрат [9]. При этом возможно также сокращение потерь и общего количества затрат на производство безобжиговых изделий за счет обеспечения максимально эффективного процесса управления технологией их получения [9, 10].

Литература

1.     Buryanov A.F., Petropavlovskaya V.B., Novichenko- va T.B., Petropavlovsky K.S. Simulating the structure of gipsum composites using pulverized basalt waste. Key Engineering Materials, vol. 737, pp. 517–521. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM. 737.517.

2.     Палюх Б.В., Петропавловская В.Б. Применение методов искусственного интеллекта для управления синтезом безобжиговых строительных композитов нового поколения // Вестн. Белгородского гос. технологич. ун-та им. В.Г. Шухова. 2014. № 1. С. 44–51.

3.     Петропавловская В.Б., Белов В.В., Бурьянов А.Ф. Твердеющие кристаллизационные системы на основе порошков двуводного гипса // Строительные материалы. 2007. № 12. С. 46–47.

4.     Бурдо Г.Б., Семенов Н.А. Интеллектуальная поддержка принятия решений при диспетчировании технологических процессов в многономенклатурном машиностроении // Програм- мные продукты и системы. 2017. Т. 30. № 1. С. 21–27. DOI: 10.15827/0236-235X.117.021-027.

5.     Белов В.В., Новиченкова Т.Б., Образцов И.В. Расчет топологических параметров сыпучих дисперсных систем. Патент 2011615905; зарегистр. 28.07.11.

6.     Волошин В.П., Медведев Н.Н., Фенелонов В.Б., Пар- ман В.Н. Исследование структуры пор в компьютерных моделях плотных и рыхлых упаковок сферических частиц // Журнал структурной химии. 1999. Т. 40. № 4. С. 46–60.

7.     Хархардин А.Н., Топчиев А.И. Уравнения для координационного числа в неупорядоченных системах // Успехи современного естествознания. 2003. № 9. С. 47–53.

8.     Петропавловская В.Б., Белов В.В., Новиченкова Т.Б., Полеонова Ю.Ю., Бурьянов А.Ф. Использование отходов природного гипсового камня в производстве безобжиговых материалов // Строительные материалы. 2012. № 7. С. 28–30.

9.     Калабин А.Л., Удалов Е.В., Хабаров А.Р. Программная система исследований динамики технологических процессов формования химических волокон // Программные продукты и системы. 2015. № 1. С. 139–144. DOI:10.15827/0236-235X.109. 139-144.

10.   Белов В.В., Бурьянов А.Ф., Петропавловская В.Б. Современные эффективные гипсовые вяжущие, материалы и изделия: науч.-справ. изд. Тверь: Изд-во ТГТУ, 2007. 132 с.