Расчет состава смесей с заданным набором свойств

Предложенный алгоритм был реализован (*1) в виде оригинальной расчетной программы Expert" для IBM-совместимых компьютеров с использованием системы программирования Borland С++. Программа "Ехpert" рассчитана на подбор состава смесей до 5-компонентных включительно и может учитывать до 5 независимых показателей. Первый вариант программы не требует наличия компьютерной базы данных и их автоматизированного ввода; свойства компонентов, как и "идеальные" свойства смеси, вводятся вручную. Значения Ri задаются пользователем в процентах от Fi, причем по разным показателям эти проценты могут не совпадать. Пользовательский интерфейс (на русском языке) рассчитан на интерактивный режим, он обеспечивает сохранение, дополнение или корректировку всех введенных параметров, а также выдачу на печать протокола эксперимента. Протокол воспроизводит исходные данные, содержит одно из допустимых решений системы (2)-(4), то есть набор xj, а также результаты подстановки этого решения в формулу (1). При несовместности системы пользователь получает сообщение, что достичь заданной близости свойств композиции к идеалу на основе данного набора компонентов нельзя.

Программа рассчитана на пользователя-технолога, проводящего серию последовательных расчетов (интерактивный режим компьютерного эксперимента). Если имеется база данных по свойствам возможных компонентов, но качественный состав композиции и даже число компонентов в ней заранее не определены, то рекомендуется начинать с проверки наиболее простых композиций. Вначале следует задавать достаточно большие отклонения, например Ri = 0,2 Fi. Отрицательный результат укажет на необходимость немедленно перейти к проверке смеси иного качественного состава, по усмотрению пользователя. В случае положительного результата пользователь может повторять расчет, последовательно уменьшая величину Ri (корректировка условия задачи и единичное решение ее занимают не более минуты). В результате серии расчетов будет получено либо достаточно точное совпадение всех показателей смеси с идеалом, либо выявлен тот набор минимальных значений Ri, ближе которого к идеалу подойти при данном качественном составе смеси нельзя.

Пример. В производстве определенного вида резины желательно было заменить уникальную импортную сажу А композицией из отечественных саж того же типа (*2). При этом надо было добиться как можно более полного совпадения трех адсорбционных показателей композиции (условно обозначены как ,  и ) со свойствами А. Аддитивность адсорбционных свойств композиций, составляемых из однотипных саж, ранее была доказана экспериментальным путем [3], что и позволило нам применять вышеописанный алгоритм и программное обеспечение. Вначале проверялась 3-компонентная композиция из саж Б, В и Г, выбранная технологами интуитивно (показатели сажи Б отличаются от А всего на 10% (запись эксперимента прилагается), тогда как сажи В и Г имеют соответственно существенно более высокие и более низкие показатели. Предполагалось, что В и Г могут быть регулирующими добавками. Проверка вначале проводилась при Ri = 0,05 Fi . Как видно из таблицы, составленной на основе информации, выданной ЭВМ на печать, моделирование А 3-компонентной смесью Б, В и Г действительно должно при некоторых их соотношениях приводить к отклонениям, не превышающим 5% отн., например, при доле В = 7,65% и Г = 10,23%. Повторный расчет при Ri = 0,03 Fi показал, что с этой точностью идеал также достигается, но уже при более высоких содержаниях добавок. Однако следующий расчет при Ri = 0,02 Fi не выявил допустимых решений, то есть дальнейшая оптимизация состава и свойств композиции Б, В и Г оказалась невозможной.

Аналогичные расчеты для композиций другого качественного состава привели к принципиально иным прогнозам. Так, было показано, что используя 2-компонентные смеси В и Г, мы при любых их соотношениях будем получать отклонения от идеала, превышающие 5%. Если же смешивать сажи Б и Д, можно при некотором их соотношении ожидать получения композиции, отличающейся от свойств сажи А по всем трем показателям всего на 1% . Так как погрешность измерения адсорбционных показателей в технологии сажевого производства более 1%, мы посчитали процесс оптимизации завершенным. Суммарное время компьютерного эксперимента по перечисленным сажевым композициям не превысило 50 мин.

Для проверки компьютерного прогноза была изготовлена реальная композиции Б + Д с вычисленным соотношением компонентов. Ее свойства исследовались в лабораториях Института техуглерода СО РАН (Омск) по стандартным методикам. Результаты подтвердили совпадение рассчитанных и реально полученных свойств композиции, то есть адекватность модели аддитивного смешения. Судя по экспериментальным данным, расхождения всех показателей композиции со свойствами уникальной сажи типа А не превышали 3% отн. и были статистически незначимы.

Перейти на страницу:
1 2 3

Мухи
Эти миниатюрные создания проявляют удивительную способность ощущать окружающий мир, целенаправленно действовать соответственно обстановке, быстро двигаться, ловко манипулировать своими коне ...

Основы учения о биосфере
Основы учения о биосфере Все живые существа тесно связаны между собой и с окружающей средой, образуя экосистемы — сообщества взаимодействующих организмов. Экосистемой является и лишайник ...

Социальное поведение медоносных пчел
Деятельность всех пчел в улье целиком направлена на то, чтобы обеспечить благосостояние семьи. Искусственно изолированная от семьи пчела оказывается не жизнеспособной и вскоре погибает. ...