مهندسی شیمی ایران

مهندسی شیمی ایران

بهینه‌سازی هوشمند فرایند تولید صنعتی سدیم کوسیلیکات با استفاده از رویکرد ترکیبی ANN-GA

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده
گروه شیمی کاربردی، دانشکده شیمی، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران
10.22034/ijche.2026.582409.1607
چکیده
در این پژوهش، یک مدل ترکیبی مبتنی بر شبکه عصبی مصنوعی و الگوریتم ژنتیک برای بهینه‌سازی فرایند تولید صنعتی سدیم کوسیلیکات توسعه داده شد. داده‌های مورد نیاز از خط تولید شرکت صنعتی در بازه زمانی سال‌های ۱۴۰۲ و ۱۴۰۳ گردآوری و ۲۴۵ رکورد عملیاتی معتبر استفاده شد. پارامترهای ورودی شامل مصرف سود سوزآور و دانسیته چسب سیلیکات ورودی و خروجی‌ها شامل مدول، ویسکوزیته و دانسیته محصول نهایی بودند. شبکه عصبی پرسپترون چندلایه با معماری

۲-۱۰-۱۰-۳ و توابع فعالسازی تانژانت هیپربولیک در لایه‌های پنهان و خطی در لایه خروجی، با الگوریتم لونبرگ-مارکوارت آموزش داده شد. عملکرد مدل با ضریب تعیین ۹۴۵/۰، ۹۲۶/۰ و ۹۳۲/۰ به ترتیب برای مدول، ویسکوزیته و دانسیته خروجی ارزیابی شد. سپس مدل توسعه‌یافته شبکه عصبی مصنوعی به عنوان تابع هدف در الگوریتم ژنتیک با تابع تناسب چندهدفه (شامل افزایش مدول و ویسکوزیته و کاهش مصرف سود) مورد استفاده قرار گرفت. نتایج بهینه‌سازی نشان داد که با افزایش ۷/۲ درصدی دانسیته چسب ورودی، مصرف سود ۲/۱۱ درصد کاهش و مدول ۷/۸ درصد و ویسکوزیته ۴/۱۰ درصد بهبود یافت. پیاده‌سازی نتایج در خط تولید به مدت ۷ روز، خطای نسبی کمتر از ۱ درصد را تأیید کرد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Intelligent Optimization of Industrial Sodium Co-silicate Production Process using a Hybrid Approach of ANN-GA

نویسنده English

Seyed Mahdi Mousavi
Department of Applied Chemistry, Faculty of Chemistry, University of Kashan,, Kashan, Iran
چکیده English

In this research, a hybrid model based on artificial neural network and genetic algorithm was developed for optimization of the industrial production process of sodium co-silicate. The required data were collected from the production line during the years 2023 and 2024, and a total of 245 valid operational records were used. The input parameters included caustic soda consumption and inlet silica density, while the outputs included modulus, viscosity, and final product density. A multilayer perceptron neural network with a 2-10-10-3 architecture and hyperbolic tangent activation functions in the hidden layers and linear activation function in the output layer was trained using the Levenberg-Marquardt algorithm. The model performance was evaluated on the test data with coefficients of determination (R²) of 0.945 for modulus, 0.926 for viscosity, and 0.932 for output density, indicating the high accuracy of the model in predicting product quality indicators. The developed ANN model was then used as the objective function in the genetic algorithm with a multi-objective fitness function (including increasing modulus, increasing viscosity, and reducing caustic soda consumption). The optimization results led to the discovery of an optimal point in which, with a 2.7% increase in inlet density, caustic soda consumption decreased by 11.2%, while the product modulus increased by 8.7% and viscosity increased by 10.4. Implementation of the results on the actual production line for 7 working days and analysis of 21 samples showed a relative error of less than 1% between model predictions and practical results, confirming the high validity of the model.

کلیدواژه‌ها English

Sodium Co-silicate
Process Optimization
Artificial neural network
Genetic algorithm
Modulus

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 29 تیر 1405