Имитация технологического процесса на агрегате с использованием математической модели.

Для имитации технологического процесса, происходящего на агрегате, в мультимедийных обучающих системах (МОС), разрабатываемых компанией ООО «Корпоративные системы», зачастую используется математическая модель.
В чем заключается принцип моделирования технологического процесса?
Принцип моделирования технологического процесса в МОС заключается в следующем:
• Ученику в соответствии с указанными параметрами необходимо получить продукцию заданного качества (например, выплавить сталь определенной марки). Задание на плавку представляет совокупность параметров, определяющих начальное состояние на момент включения в технологический процесс, характеристики материалов, с которыми будет работать пользователь и качество продукции которую нужно получить.

• Ученик проводит технологический процесс (например, процесс имитации выплавки стали, управляет оборудованием, добавляет легирующие материалы и т.п.) с помощью виртуальной системы управления технологическим процессом, воссозданной в МОС и полностью соответствующей реальной системе управления на агрегате, включая кнопки, рычаги, лампы, индикаторы и т.д.
• В результате работы ученика в виртуальной системе управления технологическим процессом работы формируется отчет (например, паспорт плавки), на основе которого можно судить о том, какую продукцию требовалось получить, и что получено в итоге.
Имитация того, как из начального сырья ученик получил конечный продукт, осуществляется с помощью математической модели.
Что такое математическая модель?
Математическая модель - модель физико-химических процессов, происходящих на агрегате, представляющая собой математические закономерности, с помощью которых описаны основные характеристики моделируемого процесса.
Некоторые примеры использования математической модели в МОС, разработанных компанией ООО «Корпоративные системы»:
• МОС «Сталевар Дуговой сталеплавильной печи», МОС «Сталевар агрегата печь-ковш», МОС «Машинист дистрибутора»: используется модель расчета химического состава, температуры металла в зависимости от начального состава материалов, в результате расхода материалов, энергии.
• МОС «Оператор машины непрерывного литья заготовок»: модель расчета химического состава, температуры металла в зависимости начального состава расплава, от скорости разливки, требуемого сечения сляба/сорта.
• МОС «Оператор сортопрокатного стана 170»: модель расчета профиля прокатки, в зависимости от начального сечения заготовки, в результате воздействия температуры и калибра клети.
Математическая модель «за» и «против».
Система с математической моделью
Математическая модель позволяет на основе входных параметров рассчитывать промежуточные данные, пересчитываемые ежесекундно в результате изменения внешних условий, и получить конечные данные, являющиеся результатом проведения технологического процесса на агрегате.
Например:
Входными данными для модели могут быть: химический состав, длина, диаметр, температура, масса заготовки.
Выходные данные (продукция, которая будет получена в результате проведения технологического процесса): длина, наружный диаметр, толщина стенки трубы.
Факторы, влияющие на процесс: нагрев заготовок, прошивка, прокатка, калибровка, охлаждение.
В результате проведения технологического процесса делаем вывод о качестве продукции, которую получил ученик.
Несмотря на то, что математическая модель позволяет более точно воссоздать процессы, происходящие на агрегате, есть процессы, имитация которых средствами математической модели несоизмеримо со стоимостью МОС в целом. Для таких процессов можно применить вариант моделирования процесса без использования математической модели, который, конечно, имеет свои недостатки.
Система без математической модели
Моделирование технологического процесса без использования математической модели не позволяет определить параметры полученной продукции.
Моделирование процесса в данном случае представляет совокупность входных параметров (исходных данных); выходных - параметров качества продукции, которую необходимо получить; параметров проведения технологического процесса, которые являются эталоном проведения процесса для получения соответствующих параметров продукции.
Например:
Входные данные: длина, диаметр, температура, масса заготовки.
Выходные данные (продукция, которую нужно получить): длина, наружный диаметр, толщина стенки трубы.
Параметры проведения технологического процесса (эталон для получения продукции заданного качества): нагрев заготовок до температуры – t; калибровка по толщине стенки – a; доводка до необходимого размера по наружному диаметру – d; охлаждение до температуры - t.
При несоответствии параметров, которые задает ученик при проведении технологического процесса эталону, делаем вывод, что продукция заданного качества не получена.

Таким образом, главным отличием моделирования процесса с использованием математической модели и без, является то, что в первом случае мы определяем параметры готовой продукции расчетным путем, а во втором случае на основе допустимых диапазонов.