SISTEM CU INTELIGEN�� ARTIFICIAL� PENTRU ASISTAREA FABRIC�RII PRODUSELOR COMPOZITE

�.l.dr.ing. Bogdan ABAZA

conf.dr.ing. Tom SAVU Universitatea POLITEHNICA Bucure�ti

Centrul de Tehnologii Avansate – CTANM

Introducere În procesele de fabricare a produselor din materiale compozite, m�sura în care caracteristicile de form� �i mecanice ale produsului corespund cerin�elor impuse prin specifica�ii depinde în bun� parte de parametrii procesului de polimerizare. În instala�iile existente, parametrii tehnologici ce determin� calitatea procesului de polimerizare a materialului compozit (temperatur�, durat�, presiune în incinta de polimerizare) sunt reglabili, fie de c�tre operator fie prin intermediul unor echipamente automate. Sistemul descris în prezenta lucrare contribuie la formarea unei baze de cuno�tin�e care s� furnizeze valorile optime de reglat ale respectivilor parametri tehnologici Sursa principal� de informa�ii a sistemului o reprezint� un stand experimental pentru m�surarea în trei puncte a temperaturii dintr-o incint� de polimerizare utilizat� la fabricarea produselor din materiale compozite. Valorile m�surate ale temperaturilor (pentru diverse structuri ale materialului compozit) sunt utilizate pentru instruirea unei re�ele neuronale ce poate ulterior estima prin simulare modul de varia�ie a temperaturii într-o structur� aleas� a materialului. Pe baza varia�iei temperaturii, sistemul poate de asemenea determina modul de varia�ie a gradului de fabricare α pe parcursul procesului tehnologic.

Figura 1

Pentru cre�terea flexibilit��ii �i accesibilit��ii sistemului, acesta a fost realizat din dou� aplica�ii distincte (fig. 1): un server aflat lâng� sistemul de achizi�ie a datelor ce poate comunica simultan cu mai multe aplica�ii client ce alimenteaz� sau utilizeaz� baza de cuno�tin�e a re�elei neuronale.

Incint� de polimerizare

Traductoare Condi�ionatoare de

semnal SCXI

Plac� achizi�ie date

Aplica�ie SERVER

Fi�iere valori m�surate

temperaturi

Fi�iere configura�ii

re�ele

Aplica�ie CLIENT

Fi�iere valori simulate α Temperaturi

simulate Valori simulate

grad α

Sistemul de achizi�ie a datelor Standul experimental a fost instrumentat cu componente National Instruments (fig. 2), temperaturile din incinta sa de polimerizare fiind m�surate cu trei termocupluri (de tip T �i K) conectate la un modul de condi�ionare a semnalelor SCXI 1120, prin intermediul unui modul SCXI 1327. Modulul SCXI 1120, dedicat m�sur�rilor cu termocupluri, asigur� filtrarea �i amplificarea semnalelor de la traductoare �i dispune de un senzor pentru compensarea varia�iilor de temperatur� de la jonc�iunea rece. Modulul este instalat într-un �asiu SCXI 1000, acesta asigurând comunica�iile cu o plac� de achizi�ie Lab-PC+ printr-un bloc conector SCXI 1341.

Aplica�ia server Pe computerul de lâng� standul experimental (în care este instalat� placa de achizi�ie a datelor) ruleaz� o aplica�ie realizat� în LabVIEW 6.1 prin intermediul c�reia utilizatorul poate efectua urm�toarele opera�ii (fig. 3):

• specificarea caracteristicilor mate-rialului compozit al produsului aflat în studiu pe standul experimental (materialele pentru matrice �i elementul de ranforsare, grosimea materialului, punctul de m�surare a temperaturii)

• configurarea �i comanda sistemului de achizi�ie a datelor (indicii canalelor, tipul senzorului de referin�� �i tipurile termocuplurilor, rata de e�antionare etc.)

• monitorizarea valorilor m�surate ale temperaturilor • stocarea valorilor m�surate (în fi�iere cu format specific, rela�ionate între ele în scopul

form�rii bazei de cuno�tin�e) în scopul utiliz�rii acestora pentru instruirea sistemului de inteligen�� artificial�

Pentru optimizarea regimului de lucru al aplica�iei, subVI-urile pe care mediul de programare grafic� LabVIEW le pune la dispozi�ie pentru comanda pl�cilor de achizi�ie de date au fost dezmembrate pân� la nivelul func�iilor Code Interface Node (fig. 4), acestea din urm� fiind direct utilizate în diagrama aplica�iei. Aplica�ia permite stocarea în fi�ierele de date a valorilor m�surate atât în mod automat (salvând toate valorile m�surate pe parcursul unui ciclu de fabrica�ie) cât �i selectiv (pentru un interval de timp sau pentru un interval de temperaturi specificate de c�tre utilizator). Pe lâng� valorile m�surate ale temperaturilor, fi�ierele con�in �i informa�ii referitoare la caracteristicile materialului compozit, parametrii de configurare ai sistemului de achizi�ie a datelor, utilizatorul care a comandat achizi�ia datelor, dat� �i timp

Îndeplinind rolul de server, aplica�ia are posibilitatea de a permite, prin intermediul unei conexiuni TCP/IP, atât configurarea �i comanda sistemului de achizi�ie a datelor cât �i transmiterea valorilor m�surate sau a fi�ierelor de valori rezultate din m�sur�ri anterioare. Atunci când mai mul�i utilizatori sunt conecta�i simultan la aplica�ia server, doar unul dintre ei poate comanda la un moment dat standul experimental, ceilal�i având doar posibilitatea de a primi valorile rezultate din m�sur�ri. Pe panoul aplica�iei server sunt de asemenea afi�ate informa�ii referitoare la conexiunile TCP/IP curente:

• starea, activat� sau dezactivat�, a sistemului de comunica�ie • num�rul de conexiuni simultane • numele utilizatorului care de�ine comanda standului experimental

Aplica�ia client O prim� facilitate a aplica�iei client (fig. 5), disponibil� din motive evidente doar unei categorii restrânse de utilizatori, o reprezint� posibilitatea de a prelua comanda sistemului de achizi�ie de date cu acelea�i drepturi ca cele ale aplica�iei server (configurarea sistemului de achizi�ie, configurarea structurii materialului compozit studiat �i comanda m�sur�rilor). Dac� drepturile de utilizare nu permit comanda sistemului de achizi�ie, aplica�ia client este limitat� la posibilitatea de comand� a m�sur�rilor �i de achizi�ionare a valorilor m�surate. Valorile m�surate în cadrul experimentului curent, sau ob�inute în experimente anterioare �i stocate în fi�iere, pot fi utilizate pentru instruirea unei re�ele neuronale bazat� pe modelele teoretice referitoare la perceptronul multistrat (MLP – Multi Layer Perceptron). Structura re�elei neuronale ce este instruit� poate fi specificat� de c�tre utilizator (fig. 6) prin modificarea parametrilor acesteia (num�rul de straturi, numerele de neuroni la intrare �i la ie�ire, metoda de instruire �.a.m.d.).

Într-o variant� ini�ial�, aplica�ia client transmitea toate informa�iile necesare unui pachet software dedicat lucrului cu re�ele neuronale, permi�ându-se astfel concentrarea efortului de programare c�tre realizarea comunica�iilor între aplica�ii �i construirea bazei de cuno�tin�e. Inconvenientele utiliz�rii pachetului dedicat au putut fi înl�turate, datorit� facilit��ii în utilizarea mediului de programare grafic� LabVIEW, prin programarea în acesta a unui set de instrumente virtuale (fig. 7) pentru instruirea unei re�ele neuronale �i utilizarea ulterioar� a acesteia pentru simularea procesului.

Aplica�ia client permite ca, atunci când o re�ea este instruit�, informa�iile corespunz�toare (parametrii re�elei �i ponderile ob�inute în urma instruirii) pot fi salvate de c�tre utilizator în fi�iere de configurare. Se ofer� astfel posibilitatea de a ob�ine, pentru diverse configura�ii ale parametrilor procesului tehnologic, diverse structuri de re�ele neuronale ce aproximeaz� fiecare în mod optimal modul de varia�ie al m�rimilor de proces studiate. Finalizarea instruirii unei re�ele neuronale reprezint� în fapt stabilirea unor corela�ii prin intermediul c�rora se poate determina modul de varia�ie, în diverse puncte, a temperaturii materialului compozit. Odat� instruit�, o re�ea neuronal� poate fi utilizat� pentru a simula modul de varia�ie a temperaturii în timpul procesului de fabricare prin polimerizare a materialului compozit (fig. 8). Simul�rile efectuate în urma proces�rii unor seturi de valori experimentale au fost comparate cu predic�ii oferite de modele matematice din literatura de specialitate, apropierea rezultatelor confirmând atât corectitudinea experimentelor cât �i pe cea a aplica�iilor dezvoltate. Dispunând de o re�ea neuronal� instruit� în prealabil �i de modele matematice ce descriu corela�iile dintre modul de varia�ie a temperaturii �i gradul de polimerizare, aplica�ia client poate servi �i pentru simularea modului de varia�ie în timp a gradului de fabricare α, m�rime specific� tehnologiilor de fabricare a compozitelor polimerice. Aplica�ia dispune �i de o metod� de lucru mai direct� (fig. 9): în locul instruirii unei re�ele neuronale pentru simularea valorilor temperaturii �i aplicarea ulterioar� a modelului matematic pentru determinarea gradului de polimerizare, valorile m�surate ale temperaturilor pot fi trecute întâi prin modelul matematic, re�eaua neuronal� urmând a fi instruit� direct pentru simularea gradului de fabricare α.