اولین قدم در بهینه‌سازی عملکرد تجهیزات کارخانه‌ها به‌خصوص کارخانه‌های فرآوری مواد، پایدارسازی آن‌ها است. ازآنجاکه وجود نوسان در جریان‌های ورودی به تجهیزات امری اجتناب‌ناپذیر است، لذا هیچ تجهیزی به‌خودی‌خود نمی‌تواند به‌صورت پایدار عمل کند. درنتیجه برای پایدارسازی فرآیندها، نیاز به یک سیستم کنترلی است. در پایدارسازی هر فرآیند، ابتدا باید به دو سؤال اساسی پاسخ داد. اول اینکه در این فرآیند قرار است چه پارامتری پایدار شود؟ دوم اینکه برای ثابت نگه‌داشتن پارامتر کنترلی چه پارامترهایی را می‌توان تغییر داد؟

مهم‌ترین هدف از ایجاد این سیستم، آشنایی و آموزش کارکنان صنایع و دانشجویان علاقه‌مند به سیستم‌های کنترلی است. این دستگاه کاملاً مطابق با سیستم‌های کنترلی رایج در کارخانه‌ها هست که بتوان مفاهیم پایه و کنترلی کاملاً مطابق با واقعیت را آموزش داد.

در این سیستم، سطح سیال به‌عنوان عامل تحت کنترل در نظر گرفته می‌شود. برای اندازه‌گیری پیوسته‌ی سطح سیال، از حسگرها استفاده می‌شود.  مقادیر اندازه‌گیری شده به کنترل‌کننده ارسال می‌شوند و کنترل‌کننده به پمپ به‌عنوان آخرین عنصر تحت کنترل یا متغیر قابل دست‌کاری، خروجی ارسال می‌کند و دور موتور آن را به‌منظور ثابت نگه‌داشتن سطح سیال، تنظیم می‌کند.

قسمت‌های اصلی دستگاه عبارت‌اند از:

• مخزن‌ها: در این سیستم دو مخزن تعبیه شده است، یکی مخزن اصلی که سطح سیال در آن اندازه‌گیری می‌شود و دیگری مخزن نوسان گیر که به‌منظور حذف اخلال‌ها و نوسان‌های ناشی از کم‌وزیاد شدن دبی آب لوله‌کشی شهری، در نظر گرفته شده است.
• حسگرها: سیستم شامل چهار حسگر وزن،‌ فشار، شناور و مافوق صوت است که به‌منظور اندازه‌گیری پیوسته‌ی سطح سیال در مخزن اصلی، به کار برده می‌شوند.
• پمپ: آب را از پایین مخزن اصلی، به مخزن نوسان گیر، پمپ می‌کند. دور آن متغیر بوده و توسط یک درایو با فرکانس متغیر، تغییر دور پمپ انجام می‌شود.
• شیر برقی: به‌منظور ایجاد اخلال در فرآیند تعبیه شده است.
• کنترل‌کننده: این بخش در حقیقت مغز سیستم کنترلی به شمار می‌آید و با توجه به ورودی‌ای که در قالب علامت الکتریکی برحسب ولت یا آمپر از حسگرها دریافت می‌کند و نیز مقدار نقطه‌ی مطلوب که توسط کارشناس تعیین می‌شود، و ضرایب PID واردشده به آن‌ها، با دادن خروجی مناسب به درایو پمپ، دور موتور آن را به‌منظور ثابت نگه‌داشتن سطح سیال، تنظیم می‌کند.

علاوه بر آن، قابلیت مشاهده و کنترل این سیستم توسط رایانه نیز وجود دارد و نحوه کار با آن نیز به بخشی از آموزش است. این دستگاه ساخته محققین مرکز تحقیقات بوده و یکی از خدمات مهم مرکز تحقیقات، راه‌اندازی هر نوع از سیستم‌های کنترلی برای هر نوع تجهیزات صنعتی در کارخانه‌ها و مراکز صنعتی است.

یکی از مهم‌ترین فعالیت‌های مرکز تحقیقات فرآوری مواد کاشی‌گر، بهینه‌سازی فرآیند خردایش در آسیاهای خودشکن، نیمه خودشکن و گلوله‌ای است. به جهت هزینه‌های عملیاتی و نگهداری زیاد تجهیزات آسیاکنی، همواره بهینه‌سازی این بخش مورد استقبال کارخانه‌های داخلی قرار گرفته است.

اولین گام جهت بهینه‌سازی تجهیزات صنعتی شناخت دقیق فرآیند جاری در آن است. در این راستا، یک آسیا در مقیاس آزمایشگاهی به کمک محققان مرکز تحقیقات، ساخته شد. این آسیا با الگوبرداری دقیق از مدل‌های واقعی آسیا ساخته‌شده تا بتوان شرایط عملیاتی معمول در کارخانه‌ها را به‌طور دقیق مورد ارزیابی قرار داد.

این آسیا دارای یک متر قطر و طول آن قابل‌تغییر از ۵/۳ سانتی‌متر تا ۲۱ سانتی‌متر است که بسته به نیاز آزمایش می‌توان طول آن را تغییر داد. یک دیواره‌ی این آسیا شفاف ساخته‌شده تا امکان مشاهده و تصویربرداری از آن فراهم گردد. سرعت چرخش این آسیا نیز با استفاده از سیستم کنترلی آن قابل‌تغییر بوده و این امکان را فراهم کرده تا بتوان هر نوع شرایطی را مورد ارزیابی قرار داد. در سیستم کنترلی این آسیا یک گشتاورسنج نیز برای بررسی توان کشی در آسیا قرار داد که می‌تواند دید دقیق‌تری از فرآیند در حال انجام آسیا فراهم کند.

آسترها که یکی از مهم‌ترین بخش‌های این آسیا هستند، قابل تعویض بوده و می‌توان هر طرح آستر را پس ساخت در این آسیا نصب و مورد تحلیل و بررسی قرار داد. مواد مورداستفاده در جهت تحلیل آسترهای این آسیا می‌تواند از جنس‌های مختلف از قبیل فلز، پلاستیک و حتی نمونه واقعی سنگ‌ها باشد.

تاکنون از این آسیا در پروژه‌های تحقیقاتی و عملیاتی بزرگی در کارخانه‌های کشور استفاده شده است. مهم‌ترین آن‌ها آسیای نیمه خودشکن مجتمع سنگ آهن گل گهر، آسیای نیمه خودشکن سرچشمه، آسیای گلوله‌ای سرچشمه و آسیای گلوله‌ای کارخانه گندله‌سازی مجتمع سنگ آهن گل گهر است.

روش اجزای گسسته یا راگ (Discrete Elements Method; DEM)، یک روش عددی قدرتمند برای شبیه‌سازی رفتار دینامیکی مجموعه‌ای از ذرات جدا از هم است. ازآنجایی‌که حدود ۷۰ درصد از فرآیندهای صنعتی شامل جریان‌های ذره‌ای هستند، در اکثر صنایع مانند صنایع هسته‌ای، دارویی، نظامی، فرآوری مواد معدنی و نیز ساخت تجهیزات عمرانی کاربرد دارد.  با توسعه‌ روش‌ها و ترفندهای نرم‌افزاری (مانند محاسبات موازی) و نیز پیشرفت‌های سخت‌افزاری (مانند پردازنده‌های سرعت‌بالا)، این امکان به وجود آمده است که از این روش جهت شبیه‌سازی بسیاری از تجهیزات صنعتی استفاده شود.

به‌طورکلی، هدف از شبیه‌سازی هر تجهیز، بیشینه کردن تابع هدف موردنظر است.  در این شرایط، می‌توان بدون صرف هزینه زیاد و با تغییر عوامل در دسترس بهترین طرح را پیشنهاد داد.

نرم‌افزار KMPC_DEM

چون در بسیاری موارد امکان شبیه‌سازی فیزیکی تجهیزات وجود ندارد، در مرکز تحقیقات کاشی‌گر نیاز به یک نرم‌افزار شبیه‌ساز حرکت ذرات در تجهیزات مختلف با حداکثر قابلیت دستیابی به جزئیات عددی برای تحلیل‌های بعدی، احساس شد. ازآنجایی‌که این‌گونه نرم‌افزارها تنها در انحصار چند شرکت محدود است، این شرکت‌ها از فروش این نرم‌افزار به ما خودداری کردند. کد نویسی نرم‌افزار کاملاً ایرانی KMPC_DEM^© ، از سال ۱۳۹۲ توسط محققین مرکز تحقیقات فرآوری مهندس کاشی‌گر در دانشگاه شهید باهنر کرمان – بخش مهندسی معدن، آغاز شد.  از آن زمان تاکنون پیشرفت‌های چشمگیری در توسعه این نرم‌افزار صورت گرفته، به‌طوری‌که در حال حاضر، این نرم‌افزار از بخش زیادی از نمونه‌های قدرتمندتر است. قدرت این سری از نرم‌افزارها با توجه به حداکثر المان قابل شبیه‌سازی و سرعت محاسبات آنان شناخته می‌شود. در حال حاضر این نرم‌افزار با بهره‌گیری از تکنولوژی پردازش موازی پیاده شده در آن، از پرسرعت‌ترین نرم‌افزارهای روز دنیا شناخته می‌شود و ازنظر تعداد المان‌های قابل شبیه‌سازی، که هم‌اکنون نزدیک به ۲۰۰ میلیون ذره است، در صدر نمونه‌های مشابه خارجی قرار دارد.

ازجمله کاربردهای این نرم‌افزار در حل مشکلات صنعتی، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

تحلیل و پیشنهاد طرح بهینه آستر آسیاهای نیمه خودشکن مجتمع مس سرچشمه (۶ سری آستر).

۲- تحلیل و پیشنهاد طرح بهینه آستر آسیاهای نیمه خودشکن شرکت صنعتی و معدنی گل گهر که منجر به افزایش تناژ از ۴۱۹ تن بر ساعت به ۴۸۹ تن بر ساعت (ضمن کاهش نوسان تناژ) با حفظ اندازه مطلوب محصول گردید.

۳- تحلیل و پیشنهاد طرح بهینه آسترهای دیواره ورودی و خروجی آسیای گلوله‌ای کارخانه گندله‌سازی شرکت صنعتی و معدنی گل گهر که هم‌اکنون در حال ساخت می‌باشند.

۴- تحلیل و پیشنهاد طرح بهینه بالابرهای خشک‌کن آسیای گلوله‌ای کارخانه گندله‌سازی شرکت صنعتی و معدنی گل گهر که اخیراً در این آسیا نصب‌شده‌اند.

۵- تحلیل و پیشنهاد طرح بهینه آستر آسیاهای گلوله‌ای مجتمع مس سرچشمه که یک سری از آن‌ اخیراً نصب‌شده و سری دیگر نیز در حال ساخت است.