Dynamic Optimization of o Tire Curing Process for Product Quality

제품품질을 위한 타이어 가황공정의 동적 최적화

The curing process is the final step in tire manufacturing whereby a green tire built from layers of rubber compounds is formed to the desired shape and the compounds are converted to a strong, elastic materials to meet tire performance needs under elevated pressure and temperature in a press. A numerical optimization procedure was developed to improve product quality in a tire curing process. First, a dynamic constrained optimization problem was formulated to determine the optimal condition of the supplied cure media during a curing process. The objective function is subject to an equality constraint representing the process model that describes the heat transfer and cures kinetic phenomena in a cure press and is subject to inequality constraints representing temperature limits imposed on cure media. Then, the optimization problem was solved to determine optimal condition of the supplied cure media for a tire using the complex algorithm along with a finite element model solver.

타이어 가황공정(curing process)은 타이어 제조를 위한 최종공정으로 여러 개의 고무배합물 층으로부터 성형된 그린타이어(green tire)를 가황기(mold)내에서 고압/고온 조건하에 유지시킴으로써 원하는 형상을 얻게 하고, 아울러 각 고무배합물이 고탄성을 갖도록 물성을 변화시키는 공정이다. 본 연구에서는 타이어 품질의 향상을 위해 가황공정을 수치적으로 최적화하는 기법을 개발하였다. 먼저, 가황공정 중 가황매체(cure media)의 최적공급 조건을 경정하기 위해 제약조건을 갖는 동적최적화문제(dynamic constrained optimization problem)로 정형화하였다. 즉, 가황기 내의 전열 및 가황 반응 현상을 묘사하는 공정모델로 표현되는 등위제약조건(equality constraint)과 가황매체가 갖는 온도의 한계를 표현하는 부등위제약조건(Inequality constraint) 아래 목적함수를 최적화 시켰다. 다음, 공급되는 가황매체의 최적조건을 결정하기 위해 구성된 최적화문제를 유한요소법(FEM)과 complex 알고리즘을 적용하여 풀었다.