ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ

Исходные данные для оптимизации

Для получения модифицированной древесины с заданным набором свойств технологические режимы, приведенные в главах 2-3, нуждаются в систематизации и оптимизации. Модифицированная древесина обладает рядом характеристик (физико-механических, эксплуатационных, экономических и др.), причем в процессе получения улучшение одних показателей, как правило, сопровождается ухудшением других. Поэтому задача получения материала со всеми характеристиками, близкими к оптимуму, может быть решена только путем многокритериальной оптимизации всей совокупности технологических параметров.

Анализ управляемых факторов модифицирования древесины показал, что их всего 10 (соответственно от ХгХю): Хгисходная плотность; Х2- исходная влажность; Х3-степень прессования; Х4-температура древесины; Х5-содержание пластификатора; Х6-порода древесины; Х7-направление прессования; Х8- температура термообработки; Х9-продолжительность термообработки; Хю- скорость прессования.

Эти управляемые факторы представлены на модели технологического процесса в виде "черного ящика".

К неуправляемым контролируемым технологическим факторам относятся следующие (соответственно ZrZ4): Zi-скрытые пороки древесины; Z2 - механическая обработка древесины; Zз-pacпpeдeлeниe модификатора в заготовке; Z4-pacпpeдeлeниe влаги в заготовке.

Сложнее с выходными параметрами системы, т.е. характеристиками свойств модифицированной древесины. Существует более 60 показателей физико-механических, более 20 эксплуатационных и 5 экономических показателей. Совершенно очевидно, что все их заложить в модель не представляется возможным. Для получения моделей реально оставить 3...5 независимых друг от друга показателей, наиболее полно отражающих свойства получаемого материала.

В качестве таких показателей свойств модифицированной древесины выбраны следующие (соответственно Yi-Y5): Yi-плотность как универсальный показатель, определяющий остальные свойства; У2-предел прочности при сжатии вдоль волокон как характеристика прочностных свойств; У3-обьемное разбухание как важнейшая характеристика физических свойств; У4-ударная вязкость как характеристика хрупкости материала; У5-себестоимость как важнейший экономический показатель. Эксплуатационные свойства на данном этапе не рассматривались, так как для разных изделий требуются различные свойства.

Системный анализ технологии модифицирования древесины дает возможность четко разграничить два вида входных параметров и выделить 5 целевых функций многокритериальной оптимизации процесса.

Для оценки значимости технологических факторов и показателей свойств использовали метод ранговой корреляции. Для этого составляли 20 анкет, в которых указывалось 10 факторов, имеющих значимость при получении ДМ (табл. 36).

Таблица 36

Анкета опроса значимости технологических факторов получения модифицированной древесины

№/№

Наименование показателя

Пределы изменений

1

Исходная плотность, кг/м3

450...650

2

Исходная влажность, %

10...30

3

Степень прессования, %

30...50

4

Температура древесины, °С

8

О

(N

5

Содержание карбамида, %

5...15

6

Порода древесины (тополь, ольха, берёза)

7

Направление прессования (радиальное, тангенциальное)

8

Температура термообработки, °С

120...160

9

Продолжительность термообработки, ч

4...12

10

Скорость прессования, мм/мин

4...40

Такие же 20 анкет составляли для выявления наиболее значимых показателей физико-механических свойств ДМ (табл. 37).

Эти анкеты рассылались ведущим специалистам разных школ, результаты опроса сводили в табл. 38 и 39 , в которых по вертикали расположены ис следователи, которым в алфавитном порядке присвоили прописные буквы А-.У, а по горизонтали расположены порядковые номера факторов.

По табл. 38 и 39 число исследователей т=20 и количество факторов соответственно ki=10 и к2=5. Определяем среднее значение суммарных рангов.

Таблица 37

Анкета опроса основных показателей модифицированной древесины

Наименование показателя

Оценка по 10-балльной шкале

Предел прочности при сжатии вдоль волокон, МПа

Объемное разбухание, %

Ударная вязкость в тангенциальном направлении, кДж/м2

Конечная плотность, кг/м3 Себестоимость, USD

Подсчитаем сумму S(d2)=12382 и 1950.

Далее определяем ZTj f т.е.

По табл. 32 ITj=88,5 По табл. 33 ITj=28

Таблица 38

Результаты априорного ранжирования технологических факторов

Исследователи

Факторы

А

2,0

4,0

7,5

5,5

7,5

9,0

5,5

2,0

2,0

10

Б

3,5

6,0

3,0

6,0

4,0

6,0

3,5

6,0

1,5

1,5

В

7,0

2,5

7,0

5,0

2,5

9,5

7,0

2,5

2,5

9,5

Г

2,5

5,0

1,0

8,0

8,0

5,0

8,0

2,5

5,0

10

д

5,5

1,5

3,5

8,5

5,5

8,5

7,0

3,5

1,5

10

Е

6,0

4,5

2,0

4,5

2,0

10

9,0

2,0

7,0

8,0

Ж

3,5

5,0

1,5

3,5

1,5

5,0

7,5

6,0

7,5

10

3

3,0

4,5

1,0

7,0

2,0

9,5

9,5

7,0

7,0

4,5

И

6,5

3,0

4,5

4,5

8,0

6,5

10

1,5

1,5

9,0

й

3,0

5,0

2,0

5,0

1,0

10

9,0

5,0

7,0

8,0

к

3,0

3,0

3,0

6,0

3,0

8,0

9,0

3,0

7,0

10

л

3,0

4,0

1,5

5,0

1,5

7,0

9,0

7,0

7,0

10

м

4,0

3,0

1,5

6,0

1,5

9,0

8,0

6,0

6,0

10

н

9,5

3,5

3,5

8,0

3,5

305

3,5

3,5

7,0

9,5

О

1,5

4,5

3,0

7,5

4,5

7,5

7,5

1,5

7,5

10

п

4,5

9,0

4,5

2,0

1,0

10

7,5

4,5

4,5

7,5

р

2,0

2,0

2,0

4,5

4,5

9,0

6,5

8,0

10

6,5

с

2,5

5,0

1,0

7,5

5,0

9,0

7,5

2,5

5,0

10

т

8,0

8,0

1,0

10

2,0

5,5

5,5

3,5

3,5

8,0

У

3,5

3,5

1,5

5,5

1,5

9,0

7,5

5,5

7,5

10

Таблица 39

Результаты априорного ранжирования показателей свойств

Исследователи

Основные показатели

А

1,0

2,0

4,0

4,0

4,0

Б

1,5

1,5

3,0

4,5

4,5

В

2,0

2,0

2,0

4,5

4,5

Г

2,0

2,0

2,0

4,0

5,0

д

1,5

1,5

3,5

4,5

4,5

Е

4,5

1,5

1,5

3,0

4,5

Ж

2,0

2,0

2,0

4,0

5,0

Окончание табл. 39

Исследователи

Основные показатели

3

2,0

2,0

4,5

4,5

2,0

И

1,0

2,5

2,5

4,5

4,5

Й

1,0

2,0

3,5

3,5

5,0

К

2,0

4,5

2,0

4,5

2,0

л

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

м

2,0

2,0

2,0

4,0

5,0

н

1,5

3,5

1,5

4,0

5,0

О

1,0

2,0

3,5

3,5

5,0

п

1,0

3,5

3,5

3,5

3,5

р

1,5

1,5

3,5

3,5

5,0

с

4,0

2,5

1,0

2,5

5,0

т

1,0

2,0

4,0

4,0

4,0

У

1,0

3,0

2,0

4,5

4,5

s=s

34,5

46,0

54,5

78,0

87,5

di

-25,5

-14,0

-5,5

18,0

27,5

d,2

645,0

196,0

30,0

324,0

755,0

Тогда для данных случаев коэффициент конкордации Wk по табл. 28

по табл. 28

Оценку значимости коэффициента конкордации определяем по критерию, когда имеют место совпавшие ранги

При числе степеней свободы f=5___6 и 5 %-ном уровне значимости X2

(табличное 0,05) равно соответственно 16,9 и 9,49. Имеем соответствующие неравенства для Xw2, 16,9 « 71,5 и 9,49 <25,3.

Следовательно, коэффициент конкордации значим с 5-% уровнем значимости для обоих случаев.

Математическая обработка результатов табл. 37 и 38 показала, что по сравнительной степени влияния исходные технологические факторы располагаются в следующем порядке:

Хрстепень прессования, %;

Х2-содержание карбамида, %;

Х3-исходная влажность, %;

Х4 -исходная плотность, кг/м3;

Х5-температура термообработки, ч;

Х6-продолжительность термообработки, ч;

Х7-температура древесины, К;

Х8-направление сжатия;

Х9-порода древесины;

Хю-скорость прессования.

По сравнительной степени значимости показатели свойств ДМ располагаются в следующем порядке: плотность, кг/м3;

предел прочности при сжатии, МПа; объемное разбухание, % ; ударная вязкость, кДж/м2; себестоимость, дол. США.

Поскольку все технологические факторы и показатели свойств являются значимыми, то все они должны быть использованы при планировании эксперимента. Для показателей свойств из табл. 39 по значениям S=I определим вес каждого показателя

Тогда веса показателей будут: плотность - 0,ЗЮ;

предел прочности при сжатии - 0,234; объемное разбухание - 0,197; ударная вязкость - 0,137; себестоимость - 0,122.

Метод экспертных оценок позволил получить достаточно объективную картину веса выходных параметров процесса, что позволяет обоснованно решать задачи многокритериальной оптимизации.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >