ПРЕДИСЛОВИЕ

На современном уровне развития техники, особенно машиностроения, требуются новые конструкционные материалы с заданными свойствами и характеристиками. К таким материалам в первую очередь относятся композиционные материалы, которые находят широкое применение в различных отраслях народного хозяйства — химической, авиационно-космической, строительной и др. В химической промышленности применяют изготовленные из композиционных материалов резервуары, реакторы, насосы, трубопроводы, в строительной индустрии — листовые панели, уголки, швеллеры; в ракетостроении — оболочки, сферы и другие конструкции.

Композиционные материалы состоят в основном из твердых армирующих наполнителей (стекло- или органоволокна) и полимерных связующих (смол). Выбором типа и количества наполнителя и связующего можно в достаточно широких пределах варьировать различные свойства композиционных материалов (прочность, теплопроводность, герметичность, удельный вес, коррозионную стойкость и др.). Добавки (ускорители, отвердители, растворители и т. п.), вводимые в полимерное связующее, позволяют регулировать как скорость процесса отверждения композиционных материалов, так и отдельные технологические характеристики изделий из них.

Свойства изделий из композиционных материалов в значительной мере зависят от способа производства. Изделия из композиционных материалов получают прессованием, напылением, экструзией и намоткой. Эти способы существенно различаются по аппаратурному оформлению. Но все они характеризуются рядом последовательных (иногда совмещенных во времени) технологических процессов: изготовление наполнителя и связующего, пропитка волокнистого наполнителя связующим, формование полуфабриката, отверждение композиционных материалов, обработка изделия и контроль качества (испытания) продукции. Режимы этих технологических процессов также существенно влияют на свойства композиционных материалов и качество изделий из них.

В связи с возрастающими потребностями народного хозяйства в композиционных материалах возникает необходимость в увеличении выпуска продукции из композиционных материалов, повышении ее качества и снижении себестоимости. Эти задачи можно решить, применяя новые исходные компоненты, высокопроизводительное технологическое оборудование и оптимизируя технологические режимы производства изделий из композиционных материалов. При этом существенное значение имеет комплексная автоматизация производства на базе современных средств вычислительной техники, позволяющая осуществлять оптимальное управление технологическими процессами производства изделий из композиционных материалов и улучшать его технико-экономические показатели.

Автоматизация производства изделий из композиционных материалов осложнена непрерывно-дискретным характером основных технологических процессов, их территориальной и временной разобщенностью. Этим предопределяется создание ряда локальных автоматизированных и автоматических систем управления и координирующей системы управления.

Локальные АСУ и АСР осуществляют контроль, регулирование, управление и оптимизацию отдельных технологических процессов производства. Для создания таких АСУ и АСР требуется широкая гамма специальных средств контроля и регулирования (измерителей температуры, вязкости, отверждения, натяжения, дефектоскопов и т. п.), так как в условиях производства изделий из композиционных материалов (наличие вязких и быстротвердеющих сред, движущихся материалов, многокомпонентных сред и т. п.) применение серийных технических средств автоматизации невозможно.

Координирующая АСУ осуществляет согласование режимов функционирования локальных систем управления и регулирования, сбор, переработку и хранение информации о всех технологических процессах производства изделий и характеристиках товарной продукции.

К особенностям производства изделий из композиционных материалов относится частая смена типов и видов продукции и исходных компонентов и, как следствие, технологических режимов функционирования оборудования. Поэтому необходимо решать ряд дополнительных научно-исследовательских и проектных задач, связанных с изучением свойств новых исходных веществ, кинетики физико-химических процессов, подбором оптимальных рецептур, построением математических моделей и определением оптимальных технологических режимов работы оборудования, выбором новых методов контроля качества изделий. Автоматизацию подобных научных исследований и проектных работ целесообразно осуществлять путем создания подсистем АСНИ и САПР на базе локальных и координирующей АСУ. Такая интегрированная АСУ выполняет функции автоматизированного управления отдельными процессами, и всем производством изделий из композиционных материалов и обеспечивает в качестве фоновых задач реализацию функций АСНИ и САПР.

Перечисленные проблемы освещены в настоящей книге.

В главе 1 кратко описаны основные технологические процессы производства изделий из композиционных материалов; в главе 2 рассмотрены специализированные средства контроля температуры, вязкости, концентрации, натяжения основных компонентов и композиционных материалов, а также приборы интроскопического контроля качества изделий из композиционных материалов.

В главе 3 изложены особенности автоматизации технологических процессов приготовления исходных компонентов композиционных материалов — стекловолокна и связующих материалов.

В главе 4 дан анализ технологических процессов пропитки и транспортировки композиционных материалов как объектов автоматизации, описаны действующие и разрабатываемые системы автоматического регулирования и управления.

Глава 5 посвящена математическому моделированию и оптимизации технологического процесса отверждения намотанных изделий. Рассмотрены модели адгезии, отверждения и нагревания композиционных материалов, а также модели образования напряжений в намотанном изделии. Рассмотрены методы нахождения оптимального температурного режима отверждения. Описана локальная система автоматизации процесса отверждения.

В главе 6 рассмотрена автоматизированная испытательная система (АИС), предназначенная для исследования качества намотанных изделий из композиционных материалов. Изложен метод проектирования оптимальной АИС, приведены основные виды ее обеспечения.

В главе 7 кратко описаны структура и функции интегрированной автоматизированной системы управления производством изделий из композиционных материалов.

Настоящая книга является результатом многолетней исследовательской работы авторского коллектива. Разделы 1.1, 3.1 — 3.3 написаны И. Б. Зарецким (разд. 3.1 совместно с В. С. Балакиревым); разд. 1.2 — 1.6, 2.3 — В. И. Олексюком и В. С. Балакиревым; разд. 2.4 — В. И. Олексюком, В. М. Евстифеевым и В. И. Гончаровым, 2.1, 2.2, 4.2 — Е. И. Фандеевым (с участием Д. А. Пятницына); разд. 4.1 и 4.3 — Е. И. Фандеевым (с участием Г. И. Давидсона), 5.2 и 5.4 — А. А. Большаковым, 5.1 — A. А. Большаковым и А. В. Заевым, 5.3 — В. Н. Акишиным, Приложение 1 — А. Н. Королевым, разд. 5.5 — А. А. Большаковым и В. С. Балакиревым; разд. 6.1 и 6.2 написаны B. А. Кощеевым и В. С. Балакиревым; разд. 6.3 и Приложение 2 — В. А. Кощеевым. Глава 7 написана А. В. Заевым и А. А. Большаковым.

Общее редактирование книги осуществлено проф. В. С. Балакиревым.

Авторы выражают благодарность М. И. Людмирскому за полезные советы по структуре и содержанию книги. Просьба направлять пожелания и замечания по книге в издательство «Химия» по адресу: 107076, Москва, Стромынка, 21, корп. 2.

Назад, на страницу описания