+ All Categories
Home > Documents > SISTEM CU INTELIGEN ARTIFICIAL PENTRU ASISTAREA FABRIC …savu/Papers/pdf/L52.pdf · În procesele...

SISTEM CU INTELIGEN ARTIFICIAL PENTRU ASISTAREA FABRIC …savu/Papers/pdf/L52.pdf · În procesele...

Date post: 01-Sep-2019
Category:
Upload: others
View: 3 times
Download: 0 times
Share this document with a friend
4
SISTEM CU INTELIGEN ARTIFICIAL PENTRU ASISTAREA FABRICRII PRODUSELOR COMPOZITE .l.dr.ing. Bogdan ABAZA conf.dr.ing. Tom SAVU Universitatea POLITEHNICA Bucureti Centrul de Tehnologii Avansate – CTANM Introducere În procesele de fabricare a produselor din materiale compozite, msura în care caracteristicile de form i mecanice ale produsului corespund cerinelor impuse prin specificaii depinde în bun parte de parametrii procesului de polimerizare. În instalaiile existente, parametrii tehnologici ce determin calitatea procesului de polimerizare a materialului compozit (temperatur, durat, presiune în incinta de polimerizare) sunt reglabili, fie de ctre operator fie prin intermediul unor echipamente automate. Sistemul descris în prezenta lucrare contribuie la formarea unei baze de cunotine care s furnizeze valorile optime de reglat ale respectivilor parametri tehnologici Sursa principal de informaii a sistemului o reprezint un stand experimental pentru msurarea în trei puncte a temperaturii dintr-o incint de polimerizare utilizat la fabricarea produselor din materiale compozite. Valorile msurate ale temperaturilor (pentru diverse structuri ale materialului compozit) sunt utilizate pentru instruirea unei reele neuronale ce poate ulterior estima prin simulare modul de variaie a temperaturii într-o structur aleas a materialului. Pe baza variaiei temperaturii, sistemul poate de asemenea determina modul de variaie a gradului de fabricare α pe parcursul procesului tehnologic. Figura 1 Pentru creterea flexibilitii i accesibilitii sistemului, acesta a fost realizat din dou aplicaii distincte (fig. 1): un server aflat lâng sistemul de achiziie a datelor ce poate comunica simultan cu mai multe aplicaii client ce alimenteaz sau utilizeaz baza de cunotine a reelei neuronale. Incint de polimerizare Traductoare Condiionatoare de semnal SCXI Plac achiziie date Aplicaie SERVER Fiiere valori msurate temperaturi Fiiere configuraii reele Aplicaie CLIENT Fiiere valori simulate α Temperaturi simulate Valori simulate grad α
Transcript
Page 1: SISTEM CU INTELIGEN ARTIFICIAL PENTRU ASISTAREA FABRIC …savu/Papers/pdf/L52.pdf · În procesele de fabricare a produselor din materiale compozite, msura în care caracteristicile

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

Page 2: SISTEM CU INTELIGEN ARTIFICIAL PENTRU ASISTAREA FABRIC …savu/Papers/pdf/L52.pdf · În procesele de fabricare a produselor din materiale compozite, msura în care caracteristicile

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

Page 3: SISTEM CU INTELIGEN ARTIFICIAL PENTRU ASISTAREA FABRIC …savu/Papers/pdf/L52.pdf · În procesele de fabricare a produselor din materiale compozite, msura în care caracteristicile

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.

Page 4: SISTEM CU INTELIGEN ARTIFICIAL PENTRU ASISTAREA FABRIC …savu/Papers/pdf/L52.pdf · În procesele de fabricare a produselor din materiale compozite, msura în care caracteristicile

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.


Recommended