橡胶配方与性能预测智能系统研制.pdf

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1、2008年橡胶(密封)新技术交流暨信息发布会橡胶配方与性能预测智能系统研制方庆红．连永样，辜国强(沈阳化工学院材料科学与工程学院，沈阳110142)摘要：以BP神经网络理论为基础，在大量橡胶性能实验数据的基础上，利用MATALAB专用软件编程，进行神经刚络的学习、训练和模拟。确定出橡胶配方和性能的对应关系。从而实现了橡胶性能与配方的理论预测。同时，本文采用VB编程手段，利用VB的界面与控制功能，实施了界面、数据库储存、导人、导出、MATAL-AB软件预测的交互操作，设计了橡胶配方与性能预测智能系统。该系统界面友好，功能较强，操作简便。关键词：橡胶；配方；性能；预测，智能系统在橡胶配方设计

2、与优化研究中，由于橡胶配方试验是多因素多目标试验(多响应问题)，因此，现代橡胶配方设计和试验必须借助试验设计、回归分析(建模)、多目标优化等方法，这就必须借助于计算机和计算机技术⋯。近年来，神经网络在预测橡胶配方与性能方面得到了深入研究口’5J，但以上研究均未形成系统软件。人工神经网络不同于回归方程预先给定基本函数，而是以试验数据为基础，经过有限次的迭代计算而获得的一个反映试验数据内在联系的数学模型，具有极强的非线性处理、自组织调整、自适应学习及容错抗噪能力；同时，神经网络采用的是矩阵运算，无论是增加配方因子、试验项目还是增加试验次数，变化的只是矩阵相应地增加一列或一行，而无需进行大的结

3、构变动。所以说应用神经网络理论就特别适于研究像材料配方与制品性能之间关系的复杂非线性系统特性¨1。本文基于神经网络在橡胶配方设计与优化处理上的灵活性、简单性及方便性，来研究、优化和预测橡胶配方成分之间定量关系，并通过应用MATLAB语言的神经网络工具箱进行分析、处理、优化与预测橡胶配方或性能，并以友好界面的形式获得一种橡胶性能与配方预测的智能系统。最终得到最优的橡胶配方或性能设计方案。1系统总体设计关系框图程序设计上，首先，根据VB编程语言设计橡胶配方与性能优化预测智能系统的应用程序窗体，再根据VB与MATLAB语言的接口技术，使两者通过接口技术联系起来，并建立试验所需数据的数据库文件，

4、利用MSAccess数据库系统来建立数据文件库，数据库中包含橡胶配方所需的各类材料数据，如生胶、炭黑、硫化剂、促进剂、防老剂、活化剂及其他助剂，同时，也包含主要性能数据，如硫化橡胶拉伸强度、300％定伸应力、磨耗、永久变形、拉断伸长率、密度、老化等。这种文件作为单个文件存放起来，以备用本系统打开、调用、转化等操作。最后，由MAllLAB语言处理这些试验数据，通过VB把试验结果或图表显示出来。通过VB与MATLAB语言及数据库系统三者的有机结合与应用，用MATLAB的神经网络工具箱函数来优化与预测橡胶配方与性能。如图l所示。图1总体设计关系图为了直观便捷的查看或处理试验数据与结果，首先由V

5、B编程语言编写应用程序的可视化界面。再通过VB与数据库的接口把试验数据输入到试验数据库中。试验数据库可以作为单独的文件存放起来以备使用，或由MATLAB语言提供的COM函数库MatrixVB把试验数据转换为2008年方庆红等橡胶配方与性能预测智能系统研制MATLAB语言所能识别的矩阵数据格式。再由VB与MATLAB系统的AcfiveX自动化对象接口技术，使MATLAB系统用神经网络工具箱(NNC—trl)处理提取的矩阵数据，并由MATLAB把输出结果显示出来，再通过VB程序的分析处理结果。2系统功能框图由于预测性能与预测配方所用功能相差一个优化配方的输出设计，所以就以橡胶性能预测系统的功

6、能图为例，功能如下：门面厕订．J试验数捕：库文竹操作IMATLAB数据操作Il帮助聪涨刻图例倒睦丽图2预测系统功能图在操作过程中，如果没有可用的试验数据库文件提供，通过“新建”菜单，即可建立试验数据库文档，如果已经有存在的试验数据库文件，可以通过“打开”菜单，打开试验数据库。当进行了以上两步中任意一步后可以进行其他的操作，如：“另存为”、“导出数据”、“预览”、“训练”、“输入、输出数据拟合”，只有在数据经过神经网络训练后才能进行如下的操作：“结果分析”的“网络与实际输出关系”和“相对误差分析”，“优化配方输出”，“预测试验设计”，如图2所示。为了实现上述功能，需要使用其他的一些计算机技

7、术支持。如：应用数据库与VB调用、应用软件与VB的接口、动态连接库(DLL)连接、系统调用等等。3MATLAB与VB接口3．1接口之一MatrixVB(1)MatrixVB介绍MatrixVB是一个COM库，它是一个通过函数库来补强VB内建函数的不足(主要针对科学计算的数学函数)，在MatrixVB组件包中，提供了600多个函数，引用计算函数完成矩阵计算、图形处理等多种功能。使VB也能像MATLAB一样可以很轻松的画出一些数学函数图