計算機技術(shù)在高分子材料工程中的應(yīng)用

1、計 算 機技 術(shù) 在 高 分子 材料與 工程 中的應(yīng)用化 112-2 201169502225田新CAM 的核心是計算數(shù)值控制(簡稱數(shù)控)。數(shù)控已廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備的控制,如注塑機、擠出機、壓延機及各種連續(xù)合成裝置。（3）計算機輔助工藝規(guī)劃(CAPP)工藝規(guī)劃是從原材料到產(chǎn)品之間加工順序和所需條件的規(guī)劃,這項工作需要有豐富生產(chǎn)經(jīng)驗的工程師進行復(fù)雜的規(guī)劃。計算機輔助工藝規(guī)劃 CAPP 也是運用人機交互、計算機圖形學(xué)、工程數(shù)據(jù)庫以及專家系

2、統(tǒng)等計算機科學(xué)來實現(xiàn)的。高分子材料的合成及加工今后也可能采用這種方法,如通過氣體輔助注塑成型實驗與仿真研究[1],借助計算機輔助工程分析技術(shù)所提供的信息,優(yōu)化模型設(shè)計,確定最佳的工藝參數(shù)配置,減少試模和修模次數(shù)。CAPP 的作用不僅在于節(jié)省了人工傳遞信息和數(shù)據(jù),更有利于產(chǎn)品生產(chǎn)的整體考慮。設(shè)計工程師從公共數(shù)據(jù)庫中,可以獲得并考察所設(shè)計產(chǎn)品的加工信息,制造工程師可以從中清楚地知道產(chǎn)品的設(shè)計需求。全面考慮這些信息,可以使產(chǎn)品的生產(chǎn)獲得更大的

3、效益。2.2 2.2 計算機控制系統(tǒng) 計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)是通過不斷采集被控對象的各種狀態(tài)信息,由計算機按照被控對象的模型和一定的控制策略實時地計算和處理后,作為控制信息去推動執(zhí)行結(jié)構(gòu),被控對象自動地、準確地按照預(yù)定的規(guī)律運行,以減少人力,提高生產(chǎn)質(zhì)量。目前計算機控制系統(tǒng)在大宗高分子材料合成裝置中已被采用,如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯的合成。目前主要采用的控制系統(tǒng)是集散型系統(tǒng),采用有線方式聯(lián)系。使用計算機作為控制工具,控制系統(tǒng)及控

4、制技術(shù)在廣度和深度上都在不斷發(fā)展。在廣度上,向著大系統(tǒng)或系統(tǒng)工程方向發(fā)展。從單一過程、單一對象的局部控制到對整個工廠等復(fù)雜對象進行控制;在深度方面則向著智能化發(fā)展,引進自適應(yīng)、模糊決策、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等各種控制方法,并根據(jù)感知的信息進行推理分析、直觀判斷,自行學(xué)習(xí)解決問題,獲得更高層次的控制效果。在流變學(xué)理論的基礎(chǔ)上,張海等[2,3]通過尋找混煉質(zhì)量指標與混煉過程可控參數(shù)之間的關(guān)系,采用數(shù)理統(tǒng)計方法建立了預(yù)測質(zhì)量指標可塑度和分散度的數(shù)學(xué)模型。

5、在實際生產(chǎn)中可實現(xiàn)混煉膠質(zhì)量的在線自動檢測。他們還以橡膠混煉的工藝參數(shù)為因素,根據(jù)實際情況確定優(yōu)化目標和需優(yōu)化因素的優(yōu)化方法,實現(xiàn)了由微機實時控制的橡膠混煉過程的全自動化,不僅節(jié)省了人力、物力,而且便于在實際生產(chǎn)中判斷生產(chǎn)規(guī)程是否處于最優(yōu)化,從而提高生產(chǎn)效率。2.3 2.3 計算機仿真技術(shù) 計算機仿真技術(shù)計算機仿真技術(shù)是在建立模型(數(shù)學(xué)模型、過程模型等)的基礎(chǔ)上,對所要模擬的客觀或理論系統(tǒng)進行定量研究、試驗和分析,以便為系統(tǒng)的實際操作提

6、供充分的理論和實驗依據(jù)。這里的“系統(tǒng)”是廣義的,它包括工程系統(tǒng)(如電氣系統(tǒng)等),也包括非工程系統(tǒng)(如生態(tài)系統(tǒng)等)。計算機仿真既不是實驗方法也不是理論方法,而是在實驗的基礎(chǔ)上,通過基本原理構(gòu)筑起一套模型與算法,從而計算合理的分子結(jié)構(gòu)與分子行為。計算機仿真覆蓋了高分子物理、高分子化學(xué)、高分子材料加工與高分子材料的分子設(shè)計等領(lǐng)域。目前國內(nèi)外許多專家都在開拓該領(lǐng)域的研究。3 計算機在材料科學(xué)中的應(yīng)用領(lǐng)域 計算機在材料科學(xué)中的應(yīng)用領(lǐng)域3. 3.

7、1 計算機用于新材料的設(shè)計 計算機用于新材料的設(shè)計材料設(shè)計是指通過理論與計算預(yù)報新材料的組分、結(jié)構(gòu)與性能,或者通過理論與設(shè)計來“訂做”具有特定性能的新材料,按生產(chǎn)要求設(shè)計最佳的制備和加工方法。材料設(shè)計按照設(shè)計對象和所涉及的空間尺寸可分為電子層次、原子/分子層次的微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計和顯微結(jié)構(gòu)層次材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計。材料設(shè)計主要是利用人工智能、模式識別、計算機模擬、知識庫和數(shù)據(jù)庫等技術(shù),將物理、化學(xué)理論和大批雜亂的實驗資料溝通起來,用歸納和演繹相結(jié)合