Материал: Создание автоматизированной обучающей системы по проектированию базы данных материалов на примере процесса СКИ-3

Создание автоматизированной обучающей системы по проектированию базы данных материалов на примере процесса СКИ-3

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

.1 Обзор и обоснование выбора системы управления обучением

.2 Выводы по аналитическому обзору

. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ПРОЕКТА

.1. Цели

.2 Задачи

. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

.1 Структура автоматизированной обучающей системы

.2 Описание процессов проектирование базы

.3 Общие сведения о процессах полимеризации

.4 Получение каучуков методом стереоспецифической полимеризации

.5 Технологические свойства синтетического изопренового каучука

.6 Модификация изопреновых каучуков

.7 Процесс олигомеризации изопрена

.8 Влияние примесей на процесс полимеризации

.9 Технологическая схема и аппаратурное оформление процесса

.10 Архитектуры систем дистанционного доступа

.11 Организация теоретического материала

.3 Система контроля изучаемого материала

.12 Структура и характеристика программного обеспечения

.13 Результаты разработки учебных материалов и тестирования

.14 Выводы по основной части

. ВЫВОДЫ ПО ПРОЕКТУ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ВВЕДЕНИЕ

Автоматизированные системы находят все большее применение в повседневной жизни, образование - не исключение. Высокие темпы современного технологического прогресса приводят к необходимости непрерывного обучения с применением автоматизированных обучающих систем как главного фактора поддержания профессионального уровня технологического персонала для обеспечения его соответствия производственно-технологическим вызовам современного высокотехнологичного, в том числе экологически небезопасного, сложного в управлении производства.

Стремительный рост объема и сложности изучаемого материала приводит к тому, что традиционная система обучения становится недостаточно эффективной и требует инновационных технологий, основанных на использовании информационно-вычислительной техники. Потребность в высокоэффективных технологиях подготовки и переподготовки кадров потребовало нового научно-методического осмысления организации самостоятельной работы студентов на основе использования компьютерных средств, каковым является автоматизированная обучающая система.

Система разрабатываемая в рамках данного курсового проекта объединяет в себе информацию и наработки по теме «Проектирование базы данных материалов (на примере процесса СКИ-3)».

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

Объектом автоматизированной системы является процесс проектирования базы данных.

Тип автоматизированной системы - автоматизированная обучающая система (АОС).

1.1 Обзор и обоснование выбора системы управления обучением

В результате анализа возможностей большого количества программ оказалось, что большинство их предназначено только для составления тестов и проведения тестирования. Возможности таких систем колеблются от простейших, позволяющих только проводить тестирование и сохранять его результаты, а затем предоставлять их преподавателю, до достаточно сложных, снабженных различными средствами анализа результатов обучения (статистическая обработка результатов), оформления отчетов по различным критериям, установки параметров вопросов (например, коэффициент сложности), параметров тестов (например, ограничение времени тестирования), разграничение прав доступа и т.д. Некоторые системы могут использоваться при работе в сети. Различаются системы и по типам вопросов: чаще всего имеется возможность создавать только одновариантные вопросы (дается несколько вариантов ответов, из которых только один является правильным). Более сложные системы позволяют использовать несколько типов вопросов: многовариантные (выбор одного или нескольких правильных вариантов ответа), открытые (обучаемый должен ввести правильный ответ сам), на нахождение соответствия (дается два списка, требуется для каждого элемента первого списка установить подходящий к нему элемент второго списка). Примерами таких программ являются система КИОС, МастерТест, TestMaker, сетевая Система Электронного Тестирования, SunRavTestOfficePro, TestCommander, Ассистент, Экзаменатор, AnyTest, TeachingTemplates (система для веб-тестирования) и многие другие.

Выбранная для выполнения данного курсового проекта программа CourseLab имеет более широкие возможности. Программа позволяет кроме тестирования подключать теоретический материал, осуществлять связь тестовых вопросов с теоретическими темами. В CourseLab предоставлены возможности для создания справочников, энциклопедий, объединения методических материалов. Главное достоинство - удобство представления информации, быстрота поиска, возможность быстро создавать сложные информационные системы, легко объединять множество файлов в единую систему, производить контроль за изучением материала.

1.2 Выводы по аналитическому обзору

В данной части курсового проекта был проведен аналитический обзор предметной области. Была произведен обзор программных средств для создания дистанционного обучения и интерфейсов пользователей. Мною была выбрана в качестве системы управления обучением выбрана среда CourseLab.

2. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ПРОЕКТА

2.1 Цели

Целью данного курсового проекта является создание автоматизированной обучающей системы по проектированию базы данных материалов (на примере процесса СКИ-3).

2.2 Задачи

Для достижения заданной цели необходимо реализовать следующие задачи:

1.      Исследование и изучение моделей процесса проектирования базы данных материалов (на примере процесса СКИ-3)

.        Разработка теоретического материала и тестовых заданий по изучению процесса проектирования базы данных;

3.      Разработка функциональной структуры автоматизированной обучающей системы;

.        Разработка структуры интерфейсов автоматизированной обучающей системы по проектированию базы данных материалов (на примере процесса СКИ-3);

.        Представление результатов разработки учебных материалов и тестирования.

3. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Структура автоматизированной обучающей системы

На рисунке 1 показана структура обучающей системы. Система состоит из модуля, который распределен по разделам. Система обеспечивает легкую навигацию по курсу, быстрый поиск необходимой информации.

Рисунок 1 - Структура автоматизированной обучающей системы

3.2 Описание процессов проектирование базы

В рамках курсового проекта разработан модуль для проектирование базы данных материалов (на примере процесса СКИ-3), планируется расширение обучающей системы и дополнение модулями

3.3    Общие сведения о процессах полимеризации

Полимеризация - химическая реакция соединения одинаковых молекул в сложные молекулы большой молекулярной массы:

nM→Mn ,

где M - молекула мономера;

Mn - макромолекула, состоящая из n мономерных звеньев;

n - степень полимеризации.

В результате реакции элементный химический состав полимера не изменяется, но изменяются свойства продукта.

Полимеры с молекулярной массой 104 - 106 называются высокополимерами, с низкой молекулярной массой - олигомерами. Представители природных полимеров - белки, целлюлоза, крахмал, натуральный каучук и другие. Полученных технически - пластмассы, синтетические каучуки, волокна, лаки пленки, клеи и другие. Большинство высокомолекулярных полимеров - твердые тела, обладающие свойствами пластичности и эластичности.

Принципиальное отличие полимеризационных процессов от всех других химических процессов состоит в том, что вместо продукта с фиксированной молекулярной массой получают некоторое молекулярно-массовое распределение полимера (ММР).

Степень детализации математических моделей процессов полимеризации существенно определяется объемом и качественным составом эмпирической информации, используемой для идентификации и оценки адекватности модели.

Реакции полимеризации относятся к классу сложных последовательных реакций типа A→B, B→C, C→D, … . Как во всяком цепном процессе, здесь различают элементарные стадии - инициирования, роста, обрыва и передачи цепи

Существуют различные способы классификации полимеризационных процессов. Так, в зависимости от природы агента, вызывающего образование начального активного центра, различают процессы радикальной полимеризации и ионной, которая, в свою очередь, делится на катионную и анионную. По физическому состоянию системы полимеризационные процессы делятся на газофазные и жидкофазные, гомофазные и гетерофазные; по технологическому признаку полимеризация может быть суспензионной, эмульсионной, в растворе, в массе и т.д.

Полимеризационные процессы очень сложны в управлении и моделировании из-за наличия множества неконтролируемых факторов. По этой причине для получения продукта надлежащего качества требуется тщательный контроль на всех стадиях производства.

3.4 Получение каучуков методом стереоспецифической полимеризации

Стереоспецифическая полимеризация диенов позволяет получать каучуки заданной структуры, определяющей их технические свойства. Синтез стереорегулярных каучуков осуществляется методом координационно-ионной полимеризации на комплексных катализаторах.

Наибольшее практическое значение метода заключается в возможности получения высокоэластичных диеновых каучуков, полноценно заменяющих натуральный в производстве шин и ряда других резиновых изделий.

Исследование механизма процесса стереоспецифической полимеризации на комплексных катализаторах показали, что главная роль в формировании микроструктуры каучуков принадлежит переходному металлу. Важным фактором, определяющим стереоспецифичность действия каталитических систем, является природа лигандов, находящихся у атомов переходного металла.

Ввиду высокой чувствительности катализаторов к примесям, одним из важнейших условий процесса стереоспецифической полимеризации является применение мономеров и растворителей высокой степени чистоты.

Наряду с вышеизложенной трудностью, существует еще ряд других, а именно: отсутствие кислорода в системе, высокая чувствительность каталитических систем даже к следам влаги и, кроме того, с отводом теплоты полимеризации. Все эти трудности не могут быть преодолены при использовании процесса полимеризации в эмульсии. Поэтому при разработке промышленных методов получения стереорегулярных каучуков был выбран способ полимеризации в растворе.

Процесс получения стереорегулярных каучуков включает следующие основные стадии:

тонкую очистку и сушку исходных мономеров и растворителя;

получение компонентов каталитического комплекса (КК);

приготовление КК;

непрерывную полимеризацию;

выделение каучука из раствора и сушку;

рекуперацию незаполимеризовавшихся мономера и растворителя.

В упрощенном виде процесс взаимодействия компонентов можно представить в виде:

П

М+Р+К+Н2

где М - мономер;                                                    О

Р - растворитель;

К - комплексный катализатор;

Н2 - водород;

П - полимер;

О - олигомеры (димеры, тримеры).

Рисунок 2 - Блок-схема процесса получения стереорегулярных каучуков

3.5 Технологические свойства синтетического изопренового каучука

Исследованием механизма и кинетики полимеризации являются продукты, образующиеся в результате взаимодействия первой молекулы изопрена с комплексным соединением TiCl3-(изо-С4H9)2AlCl.

Молекулярная масса образующегося полиизопрена практически не зависит от глубины полимеризации и возрастает с понижением температуры процесса и повышением концентрации изопрена в растворе.

Приготовление каталитического комплекса является одной из важнейших стадий процесса, в значительной мере определяющей скорость полимеризации и структуры получаемого каучука.

Образование каталитического комплекса протекает с высокой скоростью с выделением большого количества тепла, которое для системы TiCl4-Аl(изо-C4H9)3 составляет 251,4 кДж/моль и сопровождается рядом рабочих процессов. В случае эквимолекулярного соотношения компонентов катализатора или недостаточного массо- и теплообмена могут образовываться двухлористый титан и изобутилагломитхлорид, присутствие которых в каталитическом комплексе снижает его активность и стереоспецифичность процесса и приводит к повышенному образованию олигомеров изопрена.

Большое влияние оказывает чистота исходных компонентов каталитического комплекса. В ТiCl4 недопустимо присутствие даже незначительных количеств таких соединений; как HCl, ТiОСl2 , ССl2 , SiCl4 , VOCl3 . Для обеспечения воспроизводимости процесса должен применяться только свежепригнаный без доступа воздуха четыреххлористый титан (ТiCl4).

В качестве растворителей для полимеризации изопрена были испытаны многие алифатические и ароматические соединения, в том числе хлорпроизводные. Установлено, что растворитель не оказывает влияния на структуру каучука. Вместе с тем скорость полимеризации и глубина превращения зависят от скорости растворения образующегося полимера, что служит одним из критериев при выборе растворителя. В промышленности наибольшее применение получили алифатические предельные углеводороды нормального строения и изостроения.

Существенное значение для качества готового каучука имеет степень отмывки полимера от остатков катализатора, что связанно с повышенной чувствительностью полиизопрена к процессам деструкции. Наиболее активное влияние на деструкцию оказывает трехвалентный титан, образующийся в процессе полимеризации. Поэтому на стадии разрушения катализатора необходимо обеспечить полный перевод титана из трехвалентной формы в четырехвалентную. Содержание четырехвалентного титана в готовом каучуке не должно превышать 0,01-0,02 %.

Наиболее активными стабилизаторами для СКИ являются бифункциональные амины, а из неокрашивающих - стабилизаторы фенольного типа.

3.6 Модификация изопреновых каучуков

Разработаны условия синтеза изопренового каучука, практически не содержащего гель-фракции. Процесс осуществляется с применением каталитической системы ТiCl4-Al (изо-С4H9)3. Для предотвращения развития на поверхности гетерогенного катализатора катионных процессов структурирования, обуславливающих образование геля, мономер в зону взаимодействия с катализатором вводится постепенно. Полимеризация сопровождается диспергированием и уменьшением гетерогенности катализатора. Каучук, получаемый этим методом, по технологическим свойствам и основным показателям вулканизаторов превосходит серийный.

Другим способом модификации каучука является введение в него полярных групп, а также гидроксильных и карбоксильных групп.

Другим направлением работ и дальнейшему улучшению свойств синтетического каучука является модификация катализатора типа Циглера-Натта добавками дифенилоксида (ДФО) и диизопропилксантогендисульфида (дипроксид). Выбор химического состава модификаторов объясняется следующим:

ДФО - несколько повышает активность катализатора, а главное - позволяет провести с помощью спектромера ЭПР более точный контроль соотношения компонентов ТИБА/ TiCl4.

Дипроксид - повышает активность катализатора во втором реакторе и снижает скорость реакции олигомеризации. Считается, что центры олигомеризации содержат двухвалентный титан или соединения титана в низких степенях окисления. С увеличением количества восстановленного титана увеличивается и выход олигомеров. Дипроксид решает задачу нейтрализации соединений титана, в основном двухвалентного, подавляя тем самым центры олигомеризации.

3.7 Процесс олигомеризации изопрена

Параллельно с полимеризацией изопрена происходит конкурирующая с ней по расходу изопрена реакция олигомеризации. Образование олигомеров, линейных и циклических димеров и тримеров происходит под действием катализатора ТiCl4/Al (изо-С4H9)3, и крайне нежелательно, так как:

) При выделении полимера, олигомеры загрязняют атмосферу в производственных помещениях и окружающую среду;

) Линейные димеры 2,6 - и 2,7 - диметилоктариены - 1,3,6 сополимеризуются с изопреном в условиях проведения процесса. Включение димеров в полимерную цепь нарушает структуру полиизопрена и ухудшает свойства полимера;

) На образование олигомеров расходуется изопрен, таким образом происходит потеря сырья.

Димеры, образующиеся на стадии полимеризации изопрена производства СКИ, полностью удаляются в процессе выделения полимера из раствора методом водной дегазации и концентрируются в кубовом остатке от ректификации возвратного растворителя.

Факторы, влияющие на скорость образования олигомеров

) Влияние температуры.

Температура оказывает значительно более существенное влияние на скорость образования димеров Д2 и Д3-4, чем на скорость полимеризации изопрена. Энергия активации реакций образования димеров и полимера оказались 79, 71 и 42 кДж/моль соответственно. Такие высокие энергии активации свидетельствуют об очень резко возрастающем влиянии температуры между первым и последним реакторами, обусловленный тепловым эффектом реакции полимеризации, составляющим, как правило, 10-30 ºС. Когда перепад температур составляет 10 ºС, в последнем реакторе образуется в 10 раз больше димеров, чем в первом. Если период температур составляет 25-30 ºС, количество димеров в последнем реакторе возрастает в 30-40 раз.