李秀權信息技術有限公司
成科橡膠制品有限公司
(橡膠技術李秀權工作室)
 
新聞詳情

原來橡膠制品配方是這樣設計出來的?

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1、配方設計的目的
簡要說橡膠配方設計的目的是客戶給定的橡膠制品的機械物理和化學性能(或制品的使用環境自己設計符合使用要求的物性),設計出橡膠材料助劑配合的最佳比例,最佳配比要滿足現實工廠的生產設備、工藝要求,生產出合格的結構尺寸和物化性能橡膠制品。
配方設計順序:
a、根據制品的具體使用環境確定膠料的物化指標和應許波動范圍;
b、按照性能要求,根據工程師的經驗確定出合適的膠料,設計出適合自己設備、模具的生產工藝條件;
c、根據膠料的性能和加工工藝要求選擇合適的膠料并確定相應的配比(質量份數)。
這種設計方法是先給出制品的物性,后設計所需的原料和生產工藝,所謂的倒逆分子設計方案。由于膠料的混煉、流動和反應均未達到分子水平,只能是物料配比的估算,需要通過小實驗配合,來驗證配方設計的合理性(正交設計、仿真分析等不再闡述)。
2、配方設計的原則
a、橡膠制品必須要符合相關的環保要求(VOCs),設計要求:產品尺寸結構、外觀、氣味(VOC)、ROSHREACH、食品級飲水級醫療級、細菌滋生、物理機械性能、化學耐腐蝕性能,產品收縮等等。
b、制品必須遵循:節能高效,經濟合理原則,估算出原料成本、加工工藝和性能(使用要求)最佳平衡點;
c、在原有的設計上不斷優化材料配比(新材料的應用)和加工工藝(性設備和自動化的應用)獲得預期的可行性。
3、配方設計的程序和方法
a、準備和收集階段
查閱資料、標準文獻,了解產品的使用環境和設計條件(溫度、介質、動靜負荷、溫度、氣候、老化、臭氧等),按照以往設計配方經驗和相似配方,設計出膠料配比、加工工藝、硫化工藝等。
b、配方實驗
設計實驗方法,一般有經驗的工程師會根據以往設計經驗估算出大概材料配合,實驗并驗證。但:優選法、一元變量法、正交設計、回歸分析、均勻設計、高等線、計算機輔助設計、仿真分析等的應用,會讓我們更快更合理的找到材料設計的黃金配合點。
配方實驗分為:基礎配方、性能配方和滿足生產的生產配方。
基礎配方:鑒定橡膠生膠和配合助劑的基本組成;
性能配方:檢驗配合是否滿足產品的物化性能要求;
生產配方:滿足生產工藝、硫化條件等,生產出合格尺寸和性能指標的產品。
c、中試
放大樣,試制出需要的合格產品,滿足工藝生產,產品物性指標等;測試成品的相關物化性能,給技術鑒定合理的方案。
d、技術鑒定、批量投產。
要求高的產品,技術鑒定時,建議上制品應用的設備上小批量測試,合格后再批次生產。
本次探討不再討論橡膠實驗設備應用和驗證方法。一個合格的配方工程師需要了解原材料物性和應用、實驗設備應用和數據調整、物化指標實際應用所起到的作用、工廠現有設備、模具等滿足生產需求。
橡膠配方設計的原則可以概況如下:
1、 保證硫化膠具有指定的技術性能,使產品優質;
2、 在膠料和產品制造過程中加工工藝性能良好,使產品達到高產;
3、 成本低、價格便宜;
4、 所用的生膠、聚合物和各種原材料容易得到;
5、 勞動生產率高,在加工制造過程中能耗少;
6、 符合環境保護及衛生要求;
任何一個橡膠配方都不可能在所有性能指標上達到全優.在許多情況下,配方設計應遵循如下設計原則:
① 在不降低質量的情況下,降低膠料的成本;
② 在不提高膠料成本的情況下,提高產品質量.要使橡膠制品的性能、成本和加工工藝可行性三方面取得最佳的綜合平衡.用最少物質消耗、最短時間、最小工作量,通過科學的配方設計方法,掌握原材料配合的內在規律,設計出實用配方.
橡膠配方的分類:
1.基礎配方(又稱標準配方)
2.性能配方(技術配方)
3.實用配方(生產配方)
一個完整的橡膠配方應該包括如下組分:
1.主體材料(如天然橡膠、合成橡膠、橡膠與樹脂共混等)
2.硫化體系(硫化劑、硫化促進劑、活性劑等)
3.防護體系(各種防老劑、穩定劑)
4.補強與填充體系
5.增塑體系(如各種軟化劑、增塑劑、操作助劑等)
6.特種性能體系(如防焦劑、塑解劑、分散劑、增溶劑、增硬劑、改性劑、發泡劑、著色劑、防臭劑、防粘劑、增粘劑、消泡劑、離模劑、增量劑等)
     生產配方出了原材料用量與配比表之外,還包含更詳細的內容.如膠料的名稱及代號、膠料的用途、含膠率、膠料的密度、體積成本或質量成本、膠料的工藝性能和硫化膠的物理性能等.
1、現代橡膠配方優化設計概念
所謂橡膠配方設計, 是根據產品的性能要求和工藝條件, 通過試驗、優化、鑒定、合理地選用原材料, 確定各種原材料的用量配比關系(我工作室可以按技術指標、樣品、使用環境設計合理的配方和生產工藝滿足產品實際應用)過去橡膠配方設計主要依賴于人們在生產當中積累的經驗規律,通過大量而繁復的試驗來優化配方,造成大量人力、物力的浪費。隨著合成橡膠的出現,硫化、老化、補強、共混等高分子理論的發展,特別是在計算機輔助設計和儀器測試方面開展了大量的工作,使橡膠配合技術有了很大的提高。借助CAD 技術, 配方人員可以根據橡膠制品設計需求,自動安排試驗方案,處理數據以確定一系列變量對橡膠各項性能的定性或定量的影響,進而預測和優選配方, 縮短新產品開發周期, 更好地滿足不斷變化的市場需求。
對于這樣一個復雜的多目標的配方體系,配方的設計理論和試驗設計方法就顯得尤為重要。試驗設計可分為單因素變量的試驗設計和多因素變量的試驗設計,根據目標優化選擇分為單目標最優化問題和多目標最優化問題。
橡膠的配方設計理論,必須具備的兩個基本條件:
一、能揭示客觀存在的橡膠配方設計的一般性規律;
二、能指導橡膠膠料配方設計實踐。
目前,配方設計的基本理論是相關性原理。根據相關性原理,橡膠膠料配方設計的途徑為:
首先,利用硫化膠的性能與性能之間的相關關系,尋找并確定與制品使用性能相關的膠料性能;
其次,根據配方組分與硫化膠與混煉膠的性能之間的相關關系,尋找并確定與所需膠料物理機械性能與工藝性能相關的膠料配合組分;
最后完成配方試驗。
生膠原材料和配合劑的種類繁多, 若按其功能、品種、等級、牌號等分類則可達數萬種以上。橡膠配方設計的重點是如何保持制品的使用性能及加工性能的平衡, 包括試驗設計、數學建模、配方優化及質量成本控制等內容。

1. 1試驗設計

試驗設計是配方設計的基礎,是在試驗域內最有效地選擇試驗點, 通過試驗得到響應的觀測值, 然后進行數據分析求得達到最優響應值的試驗條件。運用試驗設計方法的目的是對試驗因素作合理的、有效的安排,最大限度地減少試驗誤差,使之達到高效、快速、經濟的目的。理想的試驗設計方案應當是以盡可能少的試驗次數反映盡可能多的信息,試驗點在試驗空間中的分布要合理,既有一定的均勻性,又便于試驗結果的分析與模型的建立。橡膠配方優化研究中最早使用的實驗方法是單因子實驗,后來是正交設計、正交回歸設計。它們在優化設計中的地位與作用是毋庸置疑的。近年來,又出現了許多新型的實驗設計方法,如均勻設計法、信噪比實驗設計、物理實驗設計、數學實驗設計等新型的實驗設計方法
試驗設計可分為單因素變量的試驗設計和多因素變量的試驗設計,根據目標優化選擇分為單目標最優化問題和多目標最優化問題。

1. 2數學模型

應用計算機及專用輔助設計軟件系統進行配方設計和分析是一門把數理統計的分析方法橡膠物理化學理論和橡膠工藝學技術結合在一起的復合學科,它不僅要求熟練掌握系統的橡膠物理化學理論基礎,而且還要求掌握牢固的數理統計知識及計算機的操作與應用。而計算機的廣泛應用以及軟、硬件技術的飛速發展,為橡膠配方優化設計提供了強有力的工具。面向信息時代,橡膠工業應該建立新的橡膠配方優化設計概念,充分利用計算機輔助設計技術,最終實現配方設計的信息化、智能化與網絡化。
實踐證明, 在一定范圍內, 制品性能與配方因子之間的關系可用完全二次多項式來表示, 這有力地推動了對配方過程的數學研究與模擬。

1. 3目的

尋求制品性能、工藝可行性和經濟效益的綜合平衡是目的。由于用于配方優化的數學模型是從生產數據中得到的統計模型, 應選用適當的優化算( 如逐步回歸、神經網絡、遺傳算法等) , 方可獲得整個試驗范圍內的最優配方。此外, 最優配方應具有穩定性, 即實際生產中配方用量在偏離最佳用量后性能值不會有很大變化。
2.橡膠配方的原則和程序

2.1配方原則

橡膠配方設計的原則可以概括如下:
(1)保證硫化膠具有指定的技術性能,使產品優質;
(2)在膠料和產品制造過程中加工工藝性能良好,使產品達到高產;
(3)成本低,價格便宜;
(4)所用的生膠、聚合物和各種原材料容易得到;
(5)勞動生產率高,在加工制造過程中能耗少;
(6)符合環境保護及衛生要求。
任何一個橡膠配方都不可能在所有性能指標上達到全優。在許多情況下,配方設計應遵循如下基本原則:
一、在不降低質量的情況下,降低膠料的成本;
二、在不提高膠料成本的情況下,提高產品質量。
要使橡膠制品的性能、成本和工藝可行性三方面取得最佳的綜合平衡而用最少物質消耗、最短時間、最小工作量,通過科學的配方設計方法,掌握原材料配合的內在規律,設計出實用配方。

2.2配方程序

1)基礎配方
基礎配方又稱標準配方,一般是以生膠和配合劑的鑒定為目的。當某種橡膠和配合劑首次面世時,以此檢驗其基本的加工性能和物理性能。其設計的原則是采用傳統的配合量,以便對比;配方應盡可能地簡化,重現性較好。基礎配方僅包括最基本的組分,由這些基本的組分組成的膠料,既可反映出膠料的基本工藝性能,又可反映硫化膠的基本物理性能。可以說,這些基本組分是缺一不可的。在基礎配方的基礎上,再逐步完善、優化,以獲得具有某些特性要求的性能配方。不同部門的基礎配方往往不同,但同一膠種的基礎配方基本上大同小異。如下表1、表2中天然橡膠和三元乙丙膠的ASTM基本配方。
     


在設計基礎配方時,ASTM規定的標準配方和合成橡膠廠提出的基礎配方是很有參考價值的。基礎配方最好是根據本單位的具體情況進行擬定,以本單位積累的經驗數據為基礎。還應該注意分析同類產品和類似產品現行生產中所用配方的優缺點,同時也要考慮到新產品生產過程中和配方改進中新技術的應用。
(2) 性能配方
又稱技術配方。為達到某種性能要求而進行的配方設計,其目的是為了滿足產品的性能要求和工藝要求,提高某種特性等。性能配方應在基礎配方的基礎上全面考慮各種性能的搭配,以滿足制品使用條件的要求為準。通常研制產品時所作的試驗配方就是性能配方,是配方設計者用得最多的一種配方。
(3)實用配方
又稱生產配方。在試驗室條件下研制的配方,其試驗結果并不是最終的結果,往往在投入生產時會產生一些工藝上的困難,如焦燒時間短、壓出性能不好、壓延黏輥等,這就需要在不改變基本性能的條件下,進一步調整配方。
實用配方即是在前兩種配方(基本配方、性能配方)試驗的基礎上,結合實際生產條件所作的實用投產配方。實用配方要全面考慮使用性能、工藝性能、體積成本、設備條件等因素,最后選出的實用配方應能夠滿足工業化生產條件,使產品的性能、成本、長期連續工業化生產工藝達到最佳的平衡。
圖 1介紹了制定普通實用配方的過程。




2.3 配方組成及表示方法

橡膠配方簡單地說,就是一份表示生膠、聚合物和各種配合劑用量的配比表。但生產配方則包含更詳細的內容,其中包括:膠料的名稱及代號、膠料的用途、生膠及各種配合劑的用量、含膠率、相對密度、成本、膠料的工藝性能和硫化膠的物理性能等。同一個橡膠配方,根據不同的需要可以用4 種不同的形式來表示,見表3所示。


圖片


1)基本配方以質量份來表示的配方,即以生膠的質量為100份,其他配合劑用量都以相應的質量份數表示。這種配方稱為基本配方,常用于實驗室中。
2)質量分數配方以質量分數來表示的配方,即以膠料總質量為100%,生膠及各種配合劑都以質量分數來表示。這種配方可以直接從基本配方導出。
3)體積分數配方以體積分數來表示的配方,即以膠料的總體積為100%,生膠及各種配合劑都以體積分數來表示。這種配方也可從基本配方導出,其算法是將基本配方中生膠及各種配合劑的質量分數分別除以各自的相對密度,求出它們的體積分數,然后以膠料的總體積分數為100%,分別求出它們的體積分數。體積分數配方計算示例見表4


圖片


    4)生產配方符合生產使用要求的質量配方,稱為生產配方。生產配方的總質量常等于煉膠機的容量,例如使用開煉機混煉時,煉膠的容量Q 用下列經驗公式計算:
Q=DLγK
式中去Q———煉膠機裝膠量,kg
D———輥筒直徑,cm
L———輥筒長度,cm
γ———膠料相對密度;
K———系數(0.0065~0.0085)。
Q 除以基本配方總質量即得換算系數:a=Q/(基本配方總質量)
用換算系數a 乘以基本配方中各組分的質量份,即可得到生產配方中各組分的實際用量。
3.橡膠CAD技術

3.1簡介

目前橡膠工程領域的計算機應用已趨于普及,不僅廣泛地應用在財務及管理上,而且在技術領域中如產品的結構設計、配方設計、模具設計等方面也得到廣泛的應用,一般涉及到的是計算機輔助設計CAD技術。近十年來,CAD技術在橡膠工程領域的研究中已形成了眾多風格不同的應用軟件系統,尤其是支持windows操作系統的專用軟件系統更加受到了廣大技術工作者的青睞。這些系統不僅操作簡單、直觀、易學易用,而且將較新的數據庫技術應用到了該領域中,可自動實現試驗方案的擬定,試驗結果的分析,以及配方的優化等。
RCAD全稱是Rubber Computer AidedDesign,即橡膠行業相關的計算機輔助設計技術,特指運用計算機輔助橡膠相關設計人員進行產品和工程設計的技術。隨著計算機性能的迅速提高,計算機在橡膠行業中的應用日益廣泛深入。由于計算機技術的引進,大大促進了設計能力的提高,不但體現了工作效率和質量方面,更體現在先進的計算機技術對傳統的工作方式的促進與變革。
國內已有部分大型橡膠企業建立起較完整的CAD系統,設計開發新產品,提高市場競爭能力。另外,少數大型企業采用CAD技術后產生的明顯的經濟效益,對中小企業的影響十分巨大。它們首先應用計算機和相應的CAD軟件組成CAD系統,進行產品的配方設計和工程圖紙的繪制,與傳統設計方法相比提高了效率。同時,應用范圍也不斷擴大,而且逐步深化。從80年代起,國內一些高等院校和科研機構在橡膠CAD技術領域內進行了大量的研究工作,自行開發了一些實用的CAD軟件。如青島科技大學開發的“橡膠配方優化設計系統”、“輪胎消耗定額管理系統”、“輪胎結構設計系統”等。

3.2橡膠配方優化設計軟件

從上世紀80年代起,青島科技大學在橡膠配方CAD 技術領域內進行了大量的研究工作,自行研制開發了橡膠配方優化設計系統等實用的配方CAD 軟件。橡膠配方優化設計系統是綜合運用橡膠工程、運籌學、概率論和數理統計及計算機科學等理論,結合大量配方設計實際經驗開發而成的計算機軟件系統,屬于信息技術在橡膠工業中的高新技術成果。可廣泛應用于橡膠制品配方的研究開發以及工藝參數優化等,是利用信息技術改造傳統配方設計的基本工具和手段。
該系統可根據給定的約束條件,自動選擇試驗點并安排試驗方案,使得試驗次數盡可能減少,通過對試驗數據的處理又能夠達到全面試驗效果,可以揭示考察因素和考察指標間隱藏的規律、預測不同試驗條件下的試驗結果、優選配方或最佳工藝條件、對配方進行成本核算等。

3.3橡膠配方優化設計軟件試驗方法

橡膠配方設計的數學方法,包括單因素變量的試驗設計和多因素變量的試驗設計:(1)單因素變量試驗方法,常用的有黃金分割法(0.618 法)、平分法、分批試驗法、分數法(裴波那契法)、爬山法、拋物線法等。單因素變量法比較簡單,特別是用來鑒定新材料或生產中原材料變動時,只做較少的試驗就可做出判斷,見效快,試驗數據易于處理,通過圖表直觀比較即可得出結論。正因為如此,這種方法在配方試驗中仍然有一定的價值。(2)多因素試驗設計方法,例如縱橫對折法、坐標轉換法、平行線法、矩形法、多角形試驗設計法、三角形對影法、列線圖法、等高線圖形法、正交試驗設計法、組合試驗設計法、中心復合試驗設計法、均勻設計法等。現代配方優化設計又提出了專家系統及模型輔助決策系統自組織原理等概念,并且將神經網絡技術、Intemet/Intranet等技術應用到了橡膠配方設計與優化之中。
下面介紹一下課程學習過程中用到的幾種多因素試驗方法。

3.3.1正交試驗法

正交試驗設計(Orthogonal Design)是利用正交表進行多因素整體設計、綜合比較和統計分析的一種重要的數學方法。其特點是將試驗點在試驗范圍內安排得“均勻分散、整齊可比”。“均勻分散”性使得試驗點均衡地分布在試驗范圍內,每個試驗點都有充分的代表性;“整齊可比”性使得試驗結果的分析十分方便,易于估計各因子的主效應和交互作用。結果分析,一種是直觀分析,另一種是方差分析。通過對試驗結果(數據)的分析,能夠確定以下內容:
(1)對指標影響顯著的因子和對指標無關緊要的因子;
(2)對指標最為有利的水平搭配;
(3)在最優水平組合下指標大致的變化范圍;
(4)進一步試驗的方向。正交試驗設計因試驗次數至少是試驗水平數的平方,比較適合水平數不高的實驗安排。

3.3.2回歸設計

回歸試驗設計法是一種處理配方變量因子與因子之間關系的數學方法,通過某種膠料性能響應方程式(回歸方程式)建立起自變量(即配方組分)和因變量(即某種膠料的物理性能)之間的聯系。顯然,用數學回歸方程式表達的這種聯系,不但有質的相互關系,而且有量的相互關系。通式為:
y=b0+Σbixi+Σbiixi2+Σbijxixj
式中 i ≠j
回歸分析的方法,主要解決以下幾個方面的問題。
(1)確定幾個特定的配方因子變量之間是否存在相關性,如果存在則找出合適的數學表達式。
(2)根據一個或幾個配方因子變量的值預測或控制某種物理性能指標的值。反之,也可根據幾種物理性能指標的范圍,預測或測出一個或幾個配方因子變量的值。通過計算可預測或控制可達到的精確度。
(3)進行配方因子的分析,弄清楚這些因子之間的相互關系。找出哪些因子是重要的,哪些是次要的,哪些是可以忽略的,通過方程式求出所需性能的配方因子最佳組合;畫出某種性能的等高線;探討各配方因子變量對性能的影響,從而預測膠料的物理性能等。

3.3.3均勻設計   

正交實驗設計缺點是實驗次數隨著水平數呈二次指數增加。在實驗費用昂貴或者為破壞性實驗時,人們希望盡量減少實驗次數。20 世紀 7 0 年代末,我國數學家方開泰利用數論方法發明了均勻實驗設計法,較好地解決了這一問題。與以前的實驗設計法相比,均勻設計法有以下特點:
(1)實驗點在實驗范圍內分布得更均勻,具有很強的代表性;
(2)可以保證在反映事物間主要規律的前提下得到最少試驗次數,最適宜多因子多水平的實驗優化,而且參與實驗的因素和水平越多,均勻設計能最大限度地減少實驗次數的優越性越突出;
(3)可應用多種數學模型進行數據處理,如回歸分析、遺傳算法、神經網絡等。
運用均勻設計法進行橡膠配方試驗,一般包含以下幾個步驟:
(1)根據實驗目的,結合專業知識或生產經驗,確定需要試驗的因子和水平;
(2)根據欲試驗的因子和水平數計算出最少需要試驗的次數,在選擇合適的均勻表;
(3)根據選擇的均勻表和均勻表的使用表進行表頭設計和安排試驗方案;
(4)按試驗計劃進行試驗;
(5)對試驗數據進行分析,確定最優配方或最佳生產條件;(
6)根據選取的最有配方或最佳生產條件進行論證。
選擇試驗設計方法時應注意以下幾點:
(1)試驗設計應以專業知識為基礎,抓住問題的關鍵所在,確定主要影響因素及其變化范圍、關鍵性指標。
(2)應采用試驗次數少、試驗點分布合理的設計方法。
(3)采用廣義因子變量以減少試驗因子數目。如在保持氧化鋅和硬脂酸比例不變的情況下改變其總用量,在保持炭黑總用量不變的情況下改變兩種炭黑并用比例,在分析海綿膠結構時采用強度對密度的比例未揭示泡沫的結果等。
(4)增加時間漂移量。當試驗次數較多、無法保持相同的試驗條件時,試驗誤差會隨時間延續而增加,這稱為時間漂移。時間漂移量較小時,可歸入試驗誤差;較大時,則應進行單獨處理,通常可采用分組法(如正交分組)。
(5)各種試驗方法各有優缺點,試驗設計也不是一成不變的,應根據實際情況選擇合適的實驗設計方法。

3.4橡膠配方優化設計軟件的功能特點

橡膠配方優化設計軟件的開發需綜合運用橡膠工藝學、運籌學、概率論和數理統計及計算機科學等理論,并用大量橡膠配方設計進行實際驗證,方可用于橡膠制品的研究開發以及工藝參數優化等。作為橡膠配方優化設計軟件, 一般應包含以下功能。

3.4.1數據庫管理




在橡膠配方優化設計軟件中,數據的種類既可分為試驗數據和非試驗數據,又可分為當前數據和歷史數據。為滿足數據共享和實時性要求,需要用數據庫管理系統中的數據,這些數據包括原材料、生產配方、試驗配方、試驗方案、試驗數據等。見圖2,下層界面的左側是采用樹形結構對配方進行分類管理,右側顯示完整的配方,包括材料名稱、材料規格、代號以及用量等。上層為向系統中添加新配方的界面。上方為配方基本信息,左下方為從原材料庫中讀取的原材料信息, 右下方為配方輸入區域,配方中的原材料可以從原材料庫中直接調入,實現數據共享, 提高了工作效率,更是對傳統配方管理方式的促進和變革。

3.4.2試驗設計和建模

為更好的揭示試驗數據中隱含的規律,減少配方研制過程中的人力物力的消耗, 使用盡量少的試驗代替全面試驗,使數據具有更好的代表性。實踐發現, 均勻試驗設計、正交試驗設計、回歸試驗設計等數理統計方法于橡膠配方設計中均能起到很好的效果。試驗設計和建模是根據產品設計的需要, 由配方工程師提出要求, 系統自動選擇最優的試驗設計方法, 給出試驗方案。試驗方案用工程進行管理, 每個工程相當于一個分類, 便于試驗方案的檢索和維護。系統根據用戶給定的考察因素和范圍自動選擇試驗點并生成試驗方案

3.4.3數據處理

數據處理是對試驗中測得的各項性能數據按照建立的數學模型進行運算, 對系統中數據(如試驗方案等) 進行存儲、調入和維護,繪制性能曲線圖及性能等高線圖等。

3.4.4性能預測和配方優選

(1)根據輸入的原材料用量配比, 系統給出預測的結果。原來設計出一個新的試驗條件, 只有實施后才能知道結果, 現在讓系統預測一下就知道結果如何, 不好的條件不用做試驗, 自認為較好的條件可實際做一下, 這樣就節省了時間和經費。
(2)根據給定的性能約束條件, 優選出滿足要求的配方性能指標通常是互相牽制的, 某個考察因素的控制值一變, 幾個考察指標的值可能都會發生變化, 故要求配方CAD 軟件能把各種考察指標綜合考慮, 優選出滿足各種考察指標要求的原材料用量配比。見圖2, 上層界面中可以輸入試驗配方對性能的要求, 下層界面顯示優選出的滿足條件的配方。

3.4.5強大的報表處理能力

橡膠配方優化設計軟件能夠以圖形、文檔等多種形式輸出系統中的各種數據, 并允許用戶進行部分定制。

3.4.6與通用軟件的接口

橡膠配方優化設計軟件能夠將系統中的數據報表自動轉換為其它通用軟件的格式, 如Microsoft Word、Excel等, 方便進一步編輯、作報告等。

3.4.7數據的備份和恢復

在計算機使用過程中, 不可避免的會出現各種軟、硬件故障, 甚至造成數據丟失。所以, 作為一個健壯的軟件系統, 應該具有強大的數據備份和恢復功能。配方設計者可以很方便的對系統中的數據進行備份, 當出現問題時可以很容易的把備份的數據恢復到系統中。

3.4.8用戶管理

為增強數據的安全性, 系統應能夠為不同的用戶設置不同的使用權限。如把技術主管設置為最高權限, 可以查看系統中所有數據, 配方工程師設置為一般權限, 只能查看自己設計的試驗方案等。
4.回歸試驗設計數據分析
現選取回歸試驗設計的數據和其中的一個性能指標進行分析。在試驗中,水平數是92因子,分別是是硫磺和促進劑DCP,下表5是試驗方案和測試的性能數據。表6,是試驗得到的回歸方程。
5.回歸試驗相關數據
序號
DCP(X1)
硫黃(X2)
Mh-Ml / dN*M
試驗1
2.0000
0.3000
16.838
試驗2
3.0000
0.3000
18.839
試驗3
4.0000
0.3000
20.81
試驗4
2.0000
0.4000
16.299
試驗5
3.0000
0.4000
19.72
試驗6
4.0000
0.4000
22.81
試驗7
2.0000
0.5000
15.99
試驗8
3.0000
0.5000
18.838
試驗9
4.0000
0.5000
21.869
6.回歸方程
性能名稱
         
Mh-Ml
y = 19.629444 +   2.727000(X1) + 0.035000(X2) + 0.476750(X1X2)
-0.029667(X1^2) -0.745667(X2^2)
對(Mh-Ml)取16.83816.29915.9918.83919.7218.83820.81,繪制性能等高線。由圖3可知,在硫磺、DCP的這個試驗范圍,基本能夠滿足(Mh-Ml)的性能要求,當DCP用量固定時,硫磺用量變化對(Mh-Ml)的影響較小;當硫磺用量固定時,隨DCP用量的增加,(Mh-Ml)的值增大。




根據上述分析,現將DCP回歸設計性能曲線分析



圖片

現固定硫磺用量為0.400phr。由圖4所示,硫磺用量固定時,表示交聯程度的參數(Mh-Ml)數值隨DCP用量的增加,而呈線性增大。
5.結語
橡膠配方設計是個古老的問題,對經驗的依賴性很大。電子計算機作為一種新的計算手段,可幫助配方工作者進行綜合性的分析。但是如果認為有了電子計算機,就可以把配方工作者原來的配方設計經驗完全拋棄,那是完全錯誤的;相反,必須依賴配方工作者豐富的知識和經驗,抓住客觀事物的本質,才能把配方因素變化原因找出來。由于這個原因,只懂電子計算機的程序設計和計算操作而不懂橡膠工藝配方的人,將無法運用計算機作配方設計和優選配方。從另一個角度來說,如果配方工作者掌握數理統計方法和電子計算機程序設計原理,結合經驗作系統的配方設計,了解影響配方本質的主要因素,則能夠收到很好的效果。
21世紀是高度信息化的時代。而計算機的廣泛應用以及軟、硬件技術的飛速發展,為橡膠配方優化設計提供了強有力的工具。面向信息時代,橡膠工業應該建立新的橡膠配方優化設計概念,充分利用計算機輔助設計技術, 最終實現配方設計的人工智能化與網絡化。


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