Development and implementation of a hybrid multi-response model in the fuzzyenvironment for optimization of process parameters of the technological process of extrusion

[A. Krstić]

113 listova

tehničko-tehnološke nauke - Inženjerski menadžment / Technical-technological sciences - Engineering Management

U cilju poboljšanja procesa ekstruzije i postizanja optimalnijih tehnoloških uslova za unapređenje tehničkih karakteristika kvaliteta proizvoda od neplastificiranog PVC-a (polivnil hlorida), u doktorskoj disertaciji je predložen i verifikovan hibridni višeodzivni model za optimalno upravljanje kvalitetom procesa. Doktorska disertacija sa navedenim naslovom prezentuje rezultate istraživanja procesa izrade PVC proizvoda tehnološkim postupkom ekstruzije. Istraživanje se fokusira na minimiziranje varijacija procesa i probleme sa kvalitetom proizvoda koji negativno utiču na proces proizvodnje. Cilj ovog istraživanja je bio formiranje višeodzivnog hibridnog optimizacionog modela za proces proizvodnje tehnološkim postupkom ekstruzije PVC proizvoda identifikacijom seta optimalnih procesnih parametra, pri čemu je model trebalo da omogući uspostavljanje analitičke zavisnosti između ključnih tehnoloških procesnih parametara i višestrukih odziva procesa posmatranih kroz fizičke i mehaničke karakteristike kvaliteta. Taguchi-fazi metodologijom se sistemski pristupa dizajnu eksperimenta iz postojećih vrednosti tehnoloških procesnih parametara kako bi se identifikovale moguće izlazne vrednosti odziva procesa. Prema rezultatima dobijenim kroz istraživanje, predloženim modelom u radu utvrđen je optimalan set tehnoloških procesnih parametra koji omogućavaju smanjenje varijacija procesa i prosečno poboljšanje šest korelisanih karakteristika kvaliteta: čvrstoće prstena, fleksibilnosti prstena, debljine zida, TIR test, uzdužnog skupljanja i debljine spoljašnjeg i unutrašnjeg sloja za 24%. U ovoj disertaciji, predloženim optimizacionim modelom postiže se veći sinergetski efekat nego parcijalnom optimizacijom pojedinačnih karakteristika kvaliteta, a u cilju postizanja istovremene i sveobuhvatne optimizacije značajnih karakteristika kvaliteta proizvoda od neplastificiranog PVC-a. Cilj koji se želi ostvariti u praksi primenom predloženog modela je implementacija koncepta robusnog inženjeringa kvaliteta čime se ostvaruje mogućnost adekvatnog reagovanja na globalnu konkurentnost minimizacijom varijacija procesa i podizanjem nivoa kvaliteta procesa, što implicira kontinualno unapređenje kvaliteta proizvoda i podizanje na viši nivo. Dodatni cilj je da se tokom perioda eksploatacije proizvoda minimizira mogućnost degradacije onih karakteristika kvaliteta proizvoda koje su za korisnike najznačajnije, smanjenje troškova proizvodnje, proizvodnja bez škarta, stvaranje generičkih, vlasničkih i novih znanja o proizvodu i procesu koja se mogu primeniti na buduće proizvode. Pored postizanja visokog nivoa kvaliteta, poboljšanjem procesa opitimizacijom, predupredili bi se problemi kompleksnosti postupka ekstruzije sa aspekta upravljanja i kontrole procesa. U širem kontekstu, model kojim se uspostavlja analitička zavisnost između ključnih tehnoloških procesnih parametara i korelisanih višestrukih performansi procesa posmatranih kroz fizičko-mehaničke karakteristike kvaliteta i podizanje nivoa kvaliteta može se primeniti u cilju minimiziranja proizvodnih troškova ali ujedno ostvariti željeni nivo kvaliteta proizvoda. Ideja o univerzalnom višeodzivnom hibridnom optimizacionom modelu, nastala je sa intencijom upotpunjenja eksperimentalnih istraživanja i iniciranja primene u praksi, jer se isti može koristiti kao uzor u kompanijama za preradu i proizvodnju proizvoda od plastičnih masa tehnološkim postupkom ekstruzije. Predstavljeni model prikazan je na primeru procesa proizvodnje troslojne UPVC cevi, ocenjen u istraživačkom postupku i kroz studiju slučaja sproveden u praksi na primeru kompanije za proizvodnju i distribuciju proizvoda od polimera „Peštan“ iz Aranđelovca. Ključni doprinos ove doktorske disertacije predstavlja poboljšanje kvaliteta procesa izrade PVC proizvoda tehnološkim postupkom ekstruzije. Predloženi rad predstavlja prvo istraživanje u kome je podešavanjem osam tehnoloških procesnih parametara: brzina vuče linije, temperatura dizne alata, dozer ekspandera, obrtaji puža ekstrudera, obrtaji puža koekstrudera, temperatura cilindra, dozer smeše ekstrudera i dozer smeše koekstrudera istovremeno optimizovano šest odziva procesa koji su suprotstavljeni i optimalno rešenje nije jedinstveno. Osnovni motiv izrade ovog rada je prevashodno praktična primena predloženog univerzalnog modela u realnom proizvodnom sistemu. Sa aspekta praktične primenljivosti, važno je istaći da optimizovani proces izrade PVC proizvoda tehnološkim postupkom ekstruzije koristi standardnu opremu proizvodnih linija, koja se nalazi u većini kompanija za proizvodnju PVC proizvoda, dok osnovni materijali za izradu predstavljaju komercijalno dostupne, standardne materijale.

In order to improve the extrusion process and achieve more optimal technological conditions for improving the technical characteristics of the quality of unplasticized PVC (polyvinyl chloride), a doctoral dissertation proposed and verified a model for optimal quality management of the production process. The doctoral dissertation with the stated title presents the results of the research of the process of making PVC products by the technological process of extrusion. The research focuses on minimizing process variations and product quality problems that negatively affect production. The aim of this research was to form a multi-responsive hybrid optimization model for the production process by the technological process of extrusion of PVC products by identifying a set of optimal process parameters, where the model was supposed to enable the establishment of analytical dependence between key technological process parameters and multiple process responses observed through physical-mechanical quality characteristics. The Taguchi–fuzzy methodology systematically approaches the design of the experiment from the existing values of technological process parameters in order to identify possible output values of the process response. According to the results obtained through research, the proposed model in the paper determined the optimal set of technological process parameters that allows reducing process variations and average improvement of six quality output characteristics: ring strength, ring flexibility, TIR test, wall thickness, longitudinal shrinkage and outer and inner layer thickness by 24%. In this dissertation, the proposed optimization model achieves a greater synergetic effect than partial optimization of individual quality characteristics, in order to achieve simultaneous and comprehensive optimization of significant quality characteristics of unplasticized PVC products. The goal that is to be achieved in practice by applying the proposed model is implementation which achieves robust product quality, minimizes process variation that raises the level of process quality and implies continuous improvement of product quality and rise to a higher level. Also, during the period of product exploitation, the possibility of degradation of those product quality characteristics that are most important for users is minimized, production costs are reduced, production is without scrap, creating generic, proprietary and new knowledge about the product and process that can be applied to future products. In addition to achieving high levels of quality by improving the process by optimization, the problems of the complexity of the extrusion process from the aspect of process management and control would be prevented. In a broader context, a model that establishes analytical dependence between key technological process parameters and correlated multiple process performance observed through physical-mechanical quality characteristics and raising quality levels can be used to reduce production costs but also achieve desired product quality. The idea of a universal multi-responsive hybrid optimization model was created with the intention of enriching experimental research and encouraging its application in practice, because it can be used as a model in companies for processing and production of plastic products by extrusion technology. The presented model is shown on the example of the production process of three-layer UPVC pipe, evaluated in the research procedure and implemented in practice through a case study on the example of the company for production and distribution of polymer products „Peštan“ from Arandjelovac. The key contribution of this doctoral dissertation is the improvement of the process quality of making PVC products by the technological process of extrusion. The proposed work is the first research in which the setting of eight technological process parameters: line traction speed, nozzle tools temperature, expander dozer, extruder auger speed, coextruder auger speed, cylinder temperature, extruder mixture dozer and coextruder dozer mixture, simultaneously optimizes six output quality characteristics which are contrasted to one another and the optimal solution is not a uniform one. The main motive for this paper is primarily its practical application in a real production system due to the universality of the proposed model. From the aspect of practical applicability, it is important to point out that the optimized process of manufacturing PVC products by applying the technological process of extrusion uses standard equipment found in most companies for the production of PVC products, and basic materials are commercially available, standard materials.

Taguchi metod, fazi logika, optimizacija, procesni parametri, ekstruzija, ANOVA

Taguchi method, fuzzy logic, optimization, process parameters, extrusion, ANOVA

666.3.032:005(043.3)

Tekst