close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

147.Вестник Брянского государственного технического университета №1 2006

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ВЕСТНИК
БРЯНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО
ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
Научно-технический журнал
Издается с февраля 2004 г.
Периодичность – 4 номера в год
Учредитель – Государственное
образовательное учреждение
высшего профессионального
образования «Брянский
государственный технический
университет»
Редакционная
коллегия:
Главный редактор
А.В.Лагерев
Зам. гл. редактора
С.П.Сазонов
Отв. секретарь
В.А.Татаринцев
Члены редколлегии
В.И.Аверченков
В.Т.Буглаев
О.А.Горленко
Д.В.Ерохин
Б.Г.Кеглин
В.В.Кобищанов
Т.И.Королева
В.И.Попков
А.Ф.Степанищев
А.Г.Суслов
Свидетельство о регистрации
Федеральной службы по надзору
за соблюдением законодательства
в сфере массовых коммуникаций
и охране культурного наследия
ПИ № ФС77-21709 от 17. 08. 05
Брянский государственный
технический университет, 2006
№1 (9) 2006
СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА
Технология, инструменты и оборудование машиностроительных производств
Мельников В.П. Влияние переохлаждения расплава при затвердевании на структуру чугуна
крупных цилиндровых отливок……………………..
Транспортное машиностроение
Коченкова Н.И., Буравлева Н.Г. Экономия материальных ресурсов в сфере производства, эксплуатации и ремонта кузовов вагонов на стадии проектирования…………………………………….
Воробьев Д.В., Тихомиров В.П., Багров Г.В.,
Мицкович В.С. Управление процессом сцепления
колеса с рельсом путем воздействия на контакт
электрического тока и магнитного поля……………
Симонишин А.А. Оценка влияния температуры
на характеристики поглощающего аппарата
ПМКП-110……………………………………………
Гуров А.М. Расчетная оценка эффективности работы перспективных поглощающих аппаратов автосцепки………………………………………………
Соболев А.В., Тайц О.Г. Применение многосекционного циклона в условиях силикатного производства……………………………………………….
Энергетическое машиностроение
Кондаков С.А. Определение рациональных размеров пластинчатых теплообменных аппаратов……..
4
7
10
14
20
27
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Казаков В.С., Глушак Е.А. Современные пути и методы повышения надежности и
экономичности систем теплоснабжения…………………………………………………..
Буглаев В.Т., Гоголев И.Г., Дроконов А.М., Николаев А.Д. Совершенствование
одноступенчатой газовой турбины………………………………………………………..
Иващенко Н.А., Пахомов Ю.А., Киселев С.А. Применение бескривошипношатунного механизма в тепловозных дизелях……………………………….…………..
Математическое моделирование и информационные технологии
Андриянов А.И., Малаханов А.А. Математическое моделирование динамики импульсного преобразователя напряжения повышающего типа………………………….
Белов Е.А., Аверченков В.И. Модель тезауруса для задачи семантического расширения дерева синтаксического разбора запроса на естественном языке………………..
Киселев В.В. Идентификация параметров математической модели поглощающего
аппарата ЭПА-120…………………………………………………………………………..
Чирок Л.М. Математическая модель электрохимического датчика растворенного
кислорода на основе МДП-транзистора…………………………………………………..
Макаров В.Ю. Нули ξ-функции Римана в критической полосе………………………..
Экономика, организация и управление производством
34
41
49
61
70
77
84
87
Лозбинев Ф.Ю., Цыганков В.А., Белозеров Н.И. Информационно-аналитическая
система координации закупок продукции для государственных и муниципальных
нужд региона…………………………………………………………………….…………
90
Ерохин Д.В., Калинин К.Ю. Методы принятия инвестиционных решений
на промышленном предприятии………………………………………………………….. 96
Сковородко А.А. Подходы к классификации инновационных стратегий развития
предприятия………………………………………………………………………………… 100
Шляхто И.В. Оценка инновационного потенциала промышленного предприятия….. 109
Социально-философские аспекты науки и техники
Аверченков В.И., Рытов М.Ю., Кондрашин Г.В., Рудановский М.В. Организация
подготовки специалистов по защите информации………………………………………. 116
Воронцова Ю.А. Применение социологических исследований в работе со студентами экономического профиля……………………………………………………………… 122
Рябов В.М. Становление и развитие отечественного профессионального
образования………………………………………………………………………………… 129
Сведения об авторах………………………………………………………………………
136
Abstracts ……………………………………………………………………………………
138
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
CONTENTS
Technology, tools and equipment of mechanical engineering factories
Melnikov V.P. Influence of overcooling liquid at hardening on structure of cast iron large
cylinder casting………………………………………………………………………………
Transport mechanical engineering
Buravleva N.G., Kochenkova N.I. The economy of material resources in the field of
manufacture operation and repair of car bodies at the stage of designing…………………...
Vorob'ev D.V., Tikhomirov V.P., Bagrov G.V., Mitscovich V.S. Management of process of interaction of a wheel with a rail by influences on contact of an electric current and
a
magnetic
field………………………………………………………………………………...
Simonishin A.A. Estimation of influence of temperature on characteristics of absorbing
device pmkp-110…………………………………………………………………………….
Gurov A.M. Calculated estimation of an overall performance of perspective absorbing
devices of an automatic coupling…………………………………………………………….
Sobolev A.V., Tayc O.G. Using muchsectional cyclone in condition silicate roduction…...
Energetic mechanical engineering
Kondakov S.A. Determination of rational dimensions of plate heat exchangers…………...
Kazakov V.S., Glushak E.A. Modern ways and methods of increase of reliability and
profitability of systems of a heat supply…………………………………………………….
Buglaev V.T., Gogolev I.G., Drokonov A.M., Nikolaev A.D. The problem of one-stage
gas turbine modernization……………………………………………………………………
Ivashchenko N.A., Pahomov Y.A., Kiselyov S.A. Prospects of application cranc-less
mechanism in locomotive diesel engines…………………………………………………….
Information technologies
Andriyanov A.I. , Malakhanov A.A. The mathematical modeling of dynamics of boost
converter with pulse-width modulation……………………………………………………...
Belov E.A., Averchenkov V.I. Model of the thesaurus for a problem of semantic expansion of a tree of syntactic analysis of inquiry in a natural language…………………………
Kiselev
V.V.
Identification
parameters
of
mathematical
model
of absorbing device EPA-120……………………………………………………………….
Chirock L.M. The mathematical model of the electric chemical sensor of water-soluble oxygen on the basis of the MDSC transistor…………………………………………………
Makarov V.Y. Zeroes ξ - function Riemann in a critical strip…………………………….
Economics, organizing fnd running the enterprise
Lozbinev F.Y., Cygankov V.A., Belozerov N.I. Information-analytical co-ordination system of buying product for state and municipal necessities of the region…………………...
Erokhin D.V., Kalinin K. J. The methods of taking investment decisions in the enterprise…………………………………………………………………………………………..
Skovorodko A.A. The approaches to classification of enterprise development innovations
strategies……………………………………………………………………………………..
Shlyakhto I. V. An estimation innovation of potential of the industrial enterprise…………
Social-philosophical aspects of science and technics
Averchenkov V.I., Rytov M.Yu., Kondrashin G.V., Rudanovskiy M.V. Organization of
information protection experts preparation………………………………………………….
Vorontsova J.A.The use of sociological research in the work with the students of economic sphere…………………………………………………………………………………
V.M. Ryabov. Becoming and development of domestic professional training……………..
Abstracts ……………………………………………………………………………………
3
4
7
10
14
20
27
30
34
41
49
61
70
77
84
87
90
96
100
109
116
122
129
138
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
ТЕХНОЛОГИЯ, ИНСТРУМЕНТЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ
УДК 621.745
В.П.Мельников
ВЛИЯНИЕ ПЕРЕОХЛАЖДЕНИЯ РАСПЛАВА ПРИ ЗАТВЕРДЕВАНИИ
НА СТРУКТУРУ ЧУГУНА КРУПНЫХ ЦИЛИНДРОВЫХ ОТЛИВОК
Исследовано влияние интенсивности охлаждения расплава в песчаной литейной форме с
подогревом до 100 °С и в литейной форме из диатомитового кирпича с подогревом до 566 °С на
формирование структуры чугуна. Определены температуры кристаллизации чугуна и количественные
параметры микроструктуры.
4
ПГр6
ПГр1
ПГр1
ПГф1
ПГф2
ПГф1
18,0
2,5
7360
2800
2655
1765
348
7,13
152
ПГр1
ПГф1
2,6
2285
1765
566
7,12
182
ПГр1
ПГф1
2,1
2160
1730
4
Форма
95
126
Распределение
6,6
6,8
Длина, мкм
100
375
Количество,
%
Площадь
включений
цементита,
мкм2
3
Песок
Песок
Диатомитовый
кирпич
Диатомитовый
кирпич
Количество
цементита, %
1
2
Материал
литейной
формы
T формы ,, °С
№ варианта
При производстве отливок «цилиндровая втулка» малооборотных судовых дизелей
большой мощности для обеспечения надлежащей износостойкости к микроструктуре
чугуна предъявляют повышенные требования.
Однако производство крупных толстостенных цилиндров из перлитного серого
чугуна связано с трудностью получения регламентированной структуры по содержанию
структурно-свободного цементита (ледебурита). Нередко это объясняют химическим
составом чугуна и нестабильностью охлаждающей способности литейных сухих
полупостоянных форм, которые подают на заливку или полностью охлажденными, или
теплыми (с температурой порядка 80 °С).
Для проверки влияния условий охлаждения расплава чугуна в период
затвердевания на формирование структуры исследовали влияние интенсивности
охлаждения расплава в опытных литейных формах на структуру чугуна следующего
химического состава (в % по массе): 3,09…3,13 С; 0,93…1,05 Si; 0,13…0,22V; 0,04…0,07
Ti; 0,07…0,14 Ni и 0,08…0,11 Сr (никель и хром привнесены из шихты). Различную
интенсивность охлаждения расплавов чугунов во время затвердевания в опытных
лабораторных отливках размером 150×150×380 мм создавали применением для
изготовления литейных форм материалов с различной охлаждающей способностью и
подогревом форм перед заливкой (таблица).
Таблица
Условия охлаждения расплава чугуна и его микроструктура
Структура чугуна
Литейная форма
Графит
Металлическая
основа
НВ,
МПа
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Чугуны выплавляли в 60-килограммовой индукционной печи МГП-52 с кислой
футеровкой на шихте: 25 % чугуна Л5, 15 % чугуна ПЛ1, 35 % чугунного возврата
собственного производства. Состав опытных чугунов корректировали соответствующими
ферросплавами и стальным ломом. Чугуны перегревали до 1450…1460 °С, заливали в
литейные формы при температуре 1370…1380 °С
За процессами затвердевания и интенсивностью охлаждения расплавов наблюдали
с
помощью
фиксирования
платиново-платинородиевыми
термопарами
хода
температурных кривых охлаждения (рис. 1) в период кристаллизации в литейной форме.
Измерение температуры чугунов производили с помощью переносного потенциометра
ПП 63 (класс точности 0,05).
Рис.1. Кривые охлаждения чугунов в литейной форме: а – песчаной; б – из диатомитового
кирпича; температура литейной формы: 1 – 100 0С; 2 – 375 0С; 3 – 348 0С; 4 – 566 0С
Термический анализ показал, что скорость охлаждения расплава в песчаной
литейной форме с подогревом до 100 °С (вариант 1) равнялась 4,1 °С/мин, а в форме из
диатомитового кирпича с подогревом до 566 °С (вариант 4) – 1,15 °С/мин. Температура
ликвидуса чугунов была соответственно 1217 и 1224 °С, а эвтектической стадии
кристаллизации – 1116 и 1148 °С (рис. 1, 2).
При изучении влияния интенсивности охлаждения расплавов в литейной форме
установлено, что чем больше скорость их охлаждения, тем ниже температура начала
затвердевания (температура ликвидуса), а также температура эвтектической стадии
кристаллизации чугуна, меньше общее время затвердевания и короче продолжительность
эвтектической стадии. Это согласуется с характером формирующейся в чугунах
первичной микроструктуры.
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Металлографическими исследованиями выявлено, что существенные изменения в
структуре наблюдаются в чугуне первого варианта (таблица): количество цементита
(ледебурита) в нем составило ∼ 18 %. Соответственно в этом чугуне меньше содержание
графита и длина его включений; распределение графита преимущественно сетчатое,
пластинки завихренной формы. Чугуны с такой структурой отличаются повышенной
твердостью (НВ 2655 МПа).
Рис. 2. Результаты термического анализа: Л- температура ликвидуса;
Э н , Э к – температуры эвтектической стадии кристаллизации
В остальных плавках (варианты 2-4) при меньших скоростях охлаждения
графитизация протекает полнее, и потому включения графита крупнее, а содержание
цементита не превышает 2,6 % (следствие только ликвации кремния). Твердость
соответствует требованиям технических условий. Металлическая матрица у всех
исследуемых чугунов перлитная.
Таким образом, результаты исследования показали, что содержание цементита
(ледебурита) в структуре цилиндрового чугуна значительно возрастает, если
эвтектическая стадия кристаллизации протекает при температурах ниже 1134 °С, т.е. при
скорости охлаждения расплава более 4,1 °С /мин (вариант 1). Результаты работы могут
быть использованы при корректировке технологических процессов изготовления крупных
отливок.
Материал поступил в редколлегию 29.06.05.
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
ТРАНСПОРТНОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
УДК 629.45/46:658.272
Н.И. Коченкова, Н.Г. Буравлева
ЭКОНОМИЯ МАТЕРИАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ В СФЕРЕ ПРОИЗВОДСТВА,
ЭКСПЛУАТАЦИИ И РЕМОНТА КУЗОВОВ ВАГОНОВ
НА СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Рассмотрены методы поиска оптимальной структурной схемы и параметров несущих элементов,
при которых обеспечивается экстремум целевой функции (металлоемкости, стоимости затрат на производство и ремонт вагонов). Предложено развитие метода конечных элементов путем учета влияния вероятностных характеристик конечноэлементной модели кузова вагона.
Для повышения рентабельности железнодорожных перевозок в федеральной программе ставится задача обновления грузового парка транспортных средств, в частности
путем создания нового поколения подвижного состава и усовершенствования существующих конструкций. Вновь разрабатываемые вагоны должны обладать улучшенными
технико-экономическими показателями и иметь более низкую себестоимость.
Для обеспечения качества, снижения веса и рационального размещения стержневых элементов в несущих конструкциях машин можно воспользоваться программным
комплексом, разработанным Ф.Ю. Лозбиневым [3,4]. Программный комплекс позволяет
решать следующие задачи:
- подготовка исходных данных для прочностных и оптимизационных расчетов
произвольных пространственных несущих конструкций стержневого и пластинчатостержневого типов с высокой степенью статической неопределимости;
- расчет несущей конструкции на прочность методом конечных элементов в линейной постановке (анализ прочности, жесткости, устойчивости стержневых элементов и обшивки, усталостной долговечности и живучести соединений стержневых элементов);
- определение частоты изгибных колебаний кузова для конструкций пассажирских
вагонов;
- оптимизация структурной схемы, параметров сечений стержневых элементов и
несущей обшивки по критерию минимума затрат металла на создание изделия при ограничениях по прочности, жесткости, устойчивости, усталостной долговечности, частоте
изгибных колебаний, конструктивных, геометрических, технологических и эксплуатационных;
- документирование результатов расчетов.
В указанный вариант программного комплекса одним из авторов, Коченковой Н.И.,
был включен разработанный блок параметрической оптимизации по критерию минимума
себестоимости.
В качестве объекта исследования выбран кузов грузового рефрижераторного вагона. Сначала для рационального определения мест расположения балок рамы кузова вагона
выполнялась структурная оптимизация методом избыточной структуры. Затем проводились оптимизационные расчеты всех несущих элементов кузова по критерию минимума
себестоимости изготовления.
Оптимизационный расчет проводился тремя способами:
- без приоритета оптимизируемых групп (когда замена элемента осуществляется из
базы данных прокатных и гнутых элементов);
- с предпочтением оптимизируемых групп (когда возможна замена только на прокатные элементы);
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
- с предпочтением оптимизируемых групп (когда возможна замена только на гнутые элементы).
Полученный после структурной и параметрической оптимизации вариант несущей
конструкции кузова грузового вагона рефрижераторной секции целесообразно использовать для анализа степени унификации.
Анализ результатов расчета показал, что лучше производить замену профиля (гнутого или прокатного) на стандартный. Замена на какой-либо гнутый профиль, изготовленный в заводских условиях, не приспособленных для массового производства гнутых профилей, приведет к увеличению стоимости.
Для повышения качества изделия, уменьшения трудоемкости, сокращения цикла
подготовки производства одной из эффективных мер является применение типовых конструкторских решений, базирующихся на принципах унификации и стандартизации.
При унификации уменьшается стоимость изготовления деталей, но возрастает
стоимость затрат на материалы. Установить целесообразный объем унификации можно с
использованием разработанной методики оптимизации.
Для определения степени унификации основной интерес представляют дуги и
стойки кузова вагона. Так как конструкция боковых стен и крыши в значительной мере
обусловлена необходимостью обеспечения устойчивости обшивки, то конструктивные
ограничения на минимальные размеры поперечного сечения стоек и дуг задаются исходя
из критической жесткости гофра, при использовании классического подхода по ЭйлеруЯсинскому.
Расчеты выполнялись на нагрузки, соответствующие первому и третьему режимам
«Нормы для расчета и проектирования новых и модернизируемых вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных)», для следующих вариантов:
- все стойки полагались одинаковыми;
- все стойки полагались различными;
- часть стоек полагались одинаковыми;
- все дуги полагались одинаковыми;
- все дуги полагались различными;
- часть дуг полагались различными.
Анализ результатов расчетов показывает, что полная унификация (до 100 %) приводит к увеличению массы и стоимости несущей конструкции кузова. После проведения
оптимизационных расчетов кузова с учетом структурной и параметрической оптимизации
получена конструкция, у которой степень унификации дуг уголкового профиля составила
22 %, стоек – 61 %.
Исследования прочности являются сложной задачей, решение которой позволит
сократить затраты и повысить качество проектирования кузовов вагонов. В конструкциях
вагонов наиболее металлоемкими являются кузова, на долю которых приходится 50-60 %
веса тары. Затраты металла, его рациональное распределение по конструкции кузова в
первую очередь связаны с его прочностью и жесткостью, для анализа которых широко используются промышленные программные комплексы метода конечных элементов (МКЭ).
Для анализа влияния отклонений в геометрических размерах несущих элементов
кузова на напряженное состояние предложено развитие метода конечных элементов при
выполнении прочностных расчетов несущих конструкций в виде подкрепленных оболочек
путем учета вероятностных характеристик конечноэлементной модели кузова.
Общие методы решения этой задачи основываются на взаимосвязи силовых факторов и упругопластических перемещений сопрягаемых поверхностей, полученных на основе известных соотношений сопротивления материалов, теории упругости и теории вероятностей. Предложенные алгоритм и расчетные модели, адекватно учитывающие геометрические особенности конструкции, позволяют на стадии проектирования получить дос-
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
товерные данные о прочности кузова вагона. Исследования напряженнодеформированного состояния кузова универсального полувагона от действия ремонтных
нагрузок показали, что учет возможных отклонений в размерах сечений элементов кузовов дает увеличение нормальных напряжений на 2-34 %.
Таким образом, в ряде случаев при решении задач о прочностной надежности конструкций необходимо знать не только номинальные значения действующих напряжений в
наиболее напряженных местах, но и их дисперсию.
Комплексное использование предложенных методик выполнения проектировочных
расчетов вагонных конструкций на этапе технического проектирования позволит существенно снизить материальные затраты на разработку и испытания опытных образцов и создать конструкции с улучшенными технико-экономическими показателями.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Ипатов, М.И. Снижение себестоимости машин / М.И. Ипатов, А.В. Проскуряков [и др.] - М.: Высш. шк.,
1980. - 297 с.
Лозбинев, В.П. Методика расчета оптимальных параметров сечений несущих элементов кузовов грузовых вагонов / В.П. Лозбинев – Тула: ТПИ, 1980. – 80 с.
Лозбинев, Ф.Ю. Оптимизация несущих конструкций кузовов вагонов / Ф.Ю. Лозбинев. - Брянск:
ЦНТИ, 1997. -135с.
Лозбинев, Ф.Ю. Экономия материальных ресурсов в сфере производства и эксплуатации несущих кузовов вагонов / Ф.Ю. Лозбинев – Брянск: ЦНТИ, 2000. – 132 с.
Никольский, Е.Н. Расчет вагонов на прочность: учеб. пособие / Е.Н. Никольский – Тула: ТПИ, 1978. 48 с.
Никольский, Е.Н. Расчет несущих конструкций вагонов по методу конечных элементов /
Е.Н. Никольский - Брянск: БИТМ, 1982. - 99 с.
Материал поступил в редколлегию 19.12.2005.
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Buravleva N.G., Kochenkova N.I.
The economy of material resources in the field of manufacture operation and repair of car bodies
at the stage of designing.
In this paper the methods of search of the optimal structural scheme and parameters of load
bearing elements, are considered at which an extermal point of effectiveness function is provided
(this function tares in to account a specific quantity of metal, production and maintenance expenses). The development of the finite element method by means of the account of the probability characteristics of finite – element modal of a body of the car influence is offered.
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Буравлева Наталия Георгиевна, кандидат технических наук, доцент (и.о.)
Брянский филиал Российского государственного торгово-экономического университета
Тел. дом. – 66-21-43.
Коченкова Наталья Ивановна, кандидат технических наук, доцент (и.о.)
Брянский Государственный технический университет
Тел. дом. – 56-84-63.
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
УДК 621.791.011
Д.В. Воробьев, В.П. Тихомиров, Г.В. Багров, В.С. Мицкович
УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ СЦЕПЛЕНИЯ КОЛЕСА С РЕЛЬСОМ ПУТЕМ
ВОЗДЕЙСТВИЯ НА КОНТАКТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА И МАГНИТНОГО ПОЛЯ
Приведены результаты стендовых испытаний по схеме диск – плоскость для определения трибологических характеристик. Показано влияние электрического тока и магнитного поля на коэффициент сцепления. Установлена возможность управления сцеплением с помощью внешних физических полей.
Характер фрикционного взаимодействия колеса с рельсом изучался Н.П. Петровым, А.М. Бабичковым, Д.К. Миновым и другими исследователями. Количественной
оценкой этого взаимодействия является коэффициент сцепления, который представляет
собой отношение максимально реализуемого в момент трогания тягового усилия F сц к
нормальной нагрузке F п , приложенной от колеса к опорной поверхности рельса.
ψ сц = Fсц Fn .
Ввиду того, что транспортные средства имеют колеса с отклонениями геометрических параметров, следует учитывать сцепление лимитирующей оси, выражаемое коэффициентом ψ 0 , и величину сцепного веса, определяемую коэффициентом η, который отражает влияние конструктивных несовершенств, приводящих к расхождению значений тяговых нагрузок между осями.
Таким образом, коэффициент сцепления равен
ψ сц = ψ 0η .
По данным ЦНИИ МПС и ряда авторов, величина коэффициента η ≈ 0,98 в момент
начала движения локомотива.
Можно считать, что коэффициент сцепления ψ сц равен коэффициенту трения покоя f.
Анализ результатов исследований процесса сцепления колес с рельсами, выполненных в разных странах, позволил выявить 20 факторов, оказывающих влияние на сцепление. Среди важных факторов отметим нагрузку на контакт, трибологические свойства
промежуточной среды (состояние поверхностных слоев при наличии загрязнений) и поверхностную твердость взаимодействующих металлических поверхностей.
Известно, что с ростом температуры твердость металла существенно уменьшается.
При этом фактическая площадь контакта увеличивается в соответствии с выражением
(для преимущественно пластического контакта)
Fn
Ar =
.
HB(Θ )
Здесь Fn − нормальная нагрузка; HB(Θ) − твердость по Бринеллю, зависящая от температуры.
Сила трения при примерно одинаковой исходной твердости контактирующих тел
без учета механической составляющей коэффициента трения, определяемой взаимным
внедрением неровностей, рассчитывается по формуле
(1)
F f = τAr = τ Fn HB(Θ ),
где τ − удельное сопротивление сдвигу сопряженных поверхностей в плоскости скольжения, равное
τ = τ 0 + βHB(Θ ) .
Здесь τ 0 − удельное сдвиговое сопротивление при отсутствии нагрузки на контакт; β − упрочнение фрикционных связей.
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Анализ выражения (1) показывает, что сила трения зависит от соотношения сдвигового сопротивления и твердости.
Значение коэффициента трения получим из выражения
τ0
+ β.
HB(Θ )
По данным А.В. Чичинадзе, для используемых в инженерной практике материалов
коэффициент трения уменьшается с ростом температуры и увеличивается с ростом градиента температуры.
Важным фактором, влияющим на коэффициент трения, является градиент температуры по нормали к поверхности трения. Как впервые показал А.В. Чичинадзе, температурный градиент влияет на градиент механических свойств и коэффициент трения. При
трогании локомотива с места температурный градиент можно создать путем воздействия
на контакт электрического и магнитного полей. Таким образом реализуется возможность
управления состоянием промежуточной среды (по И.В. Крагельскому – «третьего тела»).
Рассматривая фрикционный контакт как вязкопластическое «третье тело»,
И.В. Крагельский и Г.И. Трояновская [1] получили фундаментальную зависимость для коэффициента трения
f =
l −k
 ∂Θ  1 1
,
f = a1Θ m1 − k1 + c1 

 ∂z 
где c 1 , a 1 , m 1 , k 1 , l 1 − коэффициенты.
Анализ этого выражения показывает, что в общем случае с ростом температуры в
зависимости от значений коэффициентов c 1 , a 1 , m 1 , k 1 , l 1 возможны как падение, так и
рост коэффициента трения.
Объемные механические свойства материалов колеса и рельса и температура играют роль поправки к происходящим в зоне контакта процессам. Можно считать, что коэффициент трения зависит преимущественно от градиента температуры, влияющего на
свойства тонкого приповерхностного слоя (промежуточной среды), находящегося между
трущимися поверхностями и обладающего характеристиками, значительно отличающимися от объемных свойств контактирующих материалов.
Известно (по А.В. Чичинадзе), что общая температура равна сумме объемной, поверхностной и температуры вспышки. При пропускании через контакт электрического тока объемная и поверхностная температуры определяются джоулевым теплом и контактным сопротивлением.
При оценке влияния температуры и ее градиента на коэффициент трения учтем
следующие соотношения.
Сопротивление стягивания (по Р. Хольму) неподвижного контакта при пятнах одинакового диаметра и одинаковых материалах равно
R=
ρ
2an
,
( )
где ρ − удельное сопротивление, Ом⋅мм2/м; n = Ar πa − число пятен контакта радиусом а.
Удельный тепловой поток определяется по формуле
I 2  ρ HB σHB 
.

q0 =
+
Aa  πFn
Fn 
Здесь Аа − номинальная площадь контакта; Fn − нормальная нагрузка; HB − твердость по
Бринеллю; I − сила тока, А; σ − удельное сопротивление пленок на контакте.
Дадим количественную оценку теплового потока при следующих исходных данных:
2
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Аа =0,2 мм2; Fn =250 Н; HB =3000 МПа; I =100 А; ρ =11⋅10-5 Ом⋅мм.
Тогда
100 2  11 ⋅ 10 − 5 3000 
q0 =
= 10,75 Вт / мм 2 .


0,2 
π 250

В данном случае для приближенной оценки пренебрегаем сопротивлением пленок
на поверхностях контакта.
Градиент температуры определяется из выражения
∂Θ α тп1q0 0,5 ⋅ 10,75
≅
=
= 69 град / мм .
∂z
λ
78 ⋅ 10 − 3
При росте силы тока градиент температуры, как видно из предыдущих соотношений, увеличивается и следует ожидать роста коэффициента трения. Ф.Боуден и Д. Тейбор
[2] отмечали, что электрическое сопротивление на контакте металлов, которое и определяет тепловыделение, возрастает при повышении температуры. Таким образом, с учетом
этого эффекта, градиент температуры и, следовательно, коэффициент трения будут иметь
большие значения, чем приближенно подсчитанная ранее величина ∂Θ ∂z = 69 град / мм .
Для количественной оценки эффекта влияния внешних физических полей были
проведены экспериментальные исследования на стенде (рис. 1).
Целью экспериментальных
исследований было выявить эффект
влияния электрического и магнитного полей на величину коэффициента трения. Рассматривались две
типичные ситуации: сухие образцы,
имитирующие взаимодействие колеса и рельса, и образцы, смоченные
водой. Методика проведения исследований предполагала оценивать
коэффициент трения при дискретном изменении силы тока, проходящего через изолированный контакт, а также при воздействии магнитного потока. На рис. 2, 3, 4 представлены копии соответствующих
Рис. 1. Стенд для оценки сцепления, выполненный
осциллограмм. Стендовые триботехпо схеме диск – плоскость
нические испытания проводились по
схеме диск − плоскость, имитирующей взаимодействие колеса с рельсом. При этом учитывалось состояние промежуточной среды
(«сухой» контакт и наличие воды в зоне касания), характерное для рельсовых экипажей. На
первом этапе оценивался коэффициент трения для «сухого» контакта, затем пропускался ток
через контакт и оценивалось изменение коэффициента трения. Дополнительно измерялась сила
трения для случая воздействия на контакт магнитного потока. Аналогичные испытания проводились при наличии в зоне касания воды.
Рис. 2. Копия осциллограммы изменения силы трения
(нагрузка на контакт 250 Н, сила тока 260 А)
12
Рис. 3. Копия осциллограммы
изменения силы трения
нагрузка на контакт 250 Н, сила
тока 200А (ток включен сразу)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Давление (по Г. Герцу) было принято во всех опытах постоянным и равным 217 МПа,
сила тока изменялась от 100 до 200 А, сила тока в магнитной катушке, имеющей 560 витков,
равнялась 10, 15, 20 А.
Рис. 4. Копия осциллограммы изменения силы трения
(нагрузка на контакт 250 Н; сила тока в магнитной катушке 20А;
образцы сухие)
В табл. 1, 2 приведены средние (по пяти опытам) значения коэффициента трения
(сцепления) при наличии тока и воздействии магнитного поля.
Таблица 1
Значения коэффициента трения (сцепления) для «сухого»
контакта при наличии тока
Коэффициент трения (сцепле0,15 – 0,17
0,15 – 0,17
0,15 – 0,17
ния) без тока
Сила тока I, А
100
150
200
Плотность тока J, А/мм2
68
102
136
Коэффициент трения (сцепле0,325
0,371
0,452
ния) при наличии тока
Таблица 2
Значения коэффициента трения (сцепления) для «сухого» контакта
при воздействии магнитного потока
Сила тока в магнитной катушке Ф, А
10
15
20
Коэффициент трения (сцепления) при воздействии магнит0,174
0,174
0,220
ного потока
При наличии воды в зоне контакта среднее значение коэффициента трения без тока оказалось равным 0,165. Пропускание тока (сила тока I = 200 А) через нагруженный
контакт с учетом наличия воды привело к росту коэффициента трения до величины
f = 0,371, т.е. более чем в два раза. При отсутствии воды (для «сухого» контакта) коэффициент трения (сцепления) при той же силе тока равнялся 0,452 (табл. 2).
Таким образом, на основании стендовых экспериментальных данных показано
увеличение коэффициента сцепления при пропускании тока через контактную зону. Наличие магнитного поля приводит к некоторому повышению коэффициента сцепления в
заданном диапазоне изменения тока в магнитной катушке.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
Лужнов, Ю.М. К вопросу о причинах катастрофического изнашивания колес подвижного состава/Ю.М.
Лужнов, А.В. Чичинадзе//Трение и износ. – 1998.−Т.19. – №3. − С.344−349.
Боуден, Ф. Трение и смазка твердых тел: [пер. с англ.] / Ф. Боуден, Д. Тейбор.- М.: Машиностроение,
1968. – Ч. 2. – 542 c.
Материал поступил в редколлегию 16.01.06.
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Д.В. Воробьев, В.П. Тихомиров,
УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ СЦЕПЛЕНИЯ КОЛЕСА С РЕЛЬСОМ ПУТЕМ
ВОЗДЕЙСТВИЯ НА КОНТАКТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА И МАГНИТНОГО
ПОЛЯ
Проведены стендовые испытания по схеме диск-плоскость для определения трибологических характеристик. Показано влияние электрического тока и магнитного поля на
коэффициент сцепления. Установлена возможность управления сцеплением за счет внешних физических полей.
D.V.Vorob'ev, V.P.Tikhomirov, G.V. Bagrov, V.S. Mitscovich
MANAGEMENT OF PROCESS OF INTERACTION OF A WHEEL WITH A RAIL BY
INFLUENCES ON CONTACT OF AN ELECTRIC CURRENT AND A MAGNETIC
FIELD
Bench tests under the circuit a disk - plane for definition tribological characteristics are carried out. Influence of an electric current and a magnetic field on coefficient of friction is shown. The opportunity of management
is established by adhesion of a wheel with a rail due to external physical fields.
Сведения об авторах
Воробьев Дмитрий Владимирович, инж. каф. "Локомотивы"
Тихомиров Виктор Петрович, д.т.н., проф., зав. кафедрой "Детали машин"
Багров Геннадий Владимирович, начальник завода №192 ЦЗЖТ
Мицкович Владимир Степанович, главный инженер завода №192 ЦЗЖТ
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
УДК 629.4.028.86
А.А. Симонишин
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ
ПОГЛОЩАЮЩЕГО АППАРАТА ПМКП-110
Оценено влияние температур на характеристики аппарата и повреждаемость вагона в эксплуатации.
Разработана математическая модель поглощающего аппарата ПМКП-110, и рассчитаны его характеристики
при различных температурах.
Современные условия эксплуатации подвижного состава характеризуются интенсификацией сортировочных и маневровых операций из-за увеличения скоростей соударений вагонов, повышением их грузоподъемности. Это ведет к росту продольной нагруженности и повреждаемости железнодорожных транспортных средств. Актуальными являются исследования, направленные на совершенствование устройств, защищающих вагоны от
продольных воздействий, в частности амортизаторов удара (поглощающих аппаратов).
Важной характеристикой поглощающего аппарата является стабильность его работы, на которую прежде всего влияют климатические факторы. Регламентированный диапазон рабочих температур обеспечивает возможность эксплуатации аппаратов во всех
климатических зонах России и ближнего зарубежья. Так, аппараты должны сохранять работоспособность и энергоемкость не менее 50 кДж при температуре − 60 °С; при температурах от – 40 до + 50 °С изменение номинальной энергоемкости не должно превышать
30 % от величины этого показателя, определенной при температуре 18 ± 5 °С [1].
Аппарат ПМКП-110, разработанный
ООО «НПП Дипром» [2], предназначен для установки на универсальных
вагонах широкого назначения, по
существующим нормативам он должен соответствовать классу Т1. От
аппарата типа ПМК новый аппарат
отличается прежде всего тем, что в
нем вместо пружинного упругого
подпора используются полимерные
упругие блоки (рис. 1).
Использование полимерного
упругого блока повышает полноту и
энергоемкость силовых характеРис. 1. Поглощающий аппарат ПМКП-110
ристик амортизатора. При увеличении жесткости подпорного комплекта уменьшаются управляющие углы клиновой системы и соответственно стабилизируется трение на вспомогательных поверхностях; демпфирующие свойства полимеров значительно снижают фрикционные автоколебания, сопровождающие ударное сжатие.
Обширный объем испытаний позволил выбрать геометрические параметры аппарата ПМКП-110, обеспечивающие выполнение нормативов класса Т1 и соответственно наиболее эффективную работу как при маневровых операциях, так и при переходных режимах движения поезда. Повышенная энергоемкость упругого полимерного подпора (более
20 кДж вместо 12 кДж при применении пружинного комплекта) позволила существенно
снизить величину управляющего угла α (до 38°), что благоприятно сказалось на стабильности работы аппарата: повысилась полнота его силовой характеристики и уменьшился
скачкообразный характер изменения силы.
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Предварительные оценки показывают, что применение аппаратов ПМКП-110 позволит существенно (в 2-3 раза) снизить объем ремонтных затрат на вагоны, а вероятность
возникновения аварийных ситуаций – в 3-5 раз. От зарубежных аналогов аппарат ПМКП110 отличается более высокой энергоемкостью при меньшей стоимости.
На основании результатов экспериментов, когда статически нагружались блоки из
полимерного материала Durel (используемого в качестве подпора в аппарате ПМКП-110)
при температурах +40, +15, –5, –32, –45, –52 и –61 °С, аппроксимацией были получены
характеристики элементов подпора.
Затем была разработана дина5
4.5 .10
мическая модель подпора аппарата.
Для этого использовались результаты
испытаний подпорного блока на
5
3.6 .10
ударном стенде. Ветвь нагружения
динамической характеристики подпора аппарата аппроксимировалась
5
2.7 .10
функцией
F(x) = F стат (x) [1 + b(x – a)c],
1.8 .10
5
(1)
где F стат (x) – статическая характеристика подпора; a – начальная затяжка;
b, c – параметры модели.
Параметры b, c идентифицировались
по экспериментальным
0.05
0.072
0.094
0.12
0.14
0.16
данным. Их значения составили:
b
=
21,
c
=
1,2.
Результаты
экспериРис. 2. Динамические силовые характеристики подментов и моделирования представпорного блока: 1 – результат моделирования; 2 –
лены на рис. 2.
результат эксперимента (удар со скоростью 0,7 м/с);
3 – результат эксперимента (удар со скоростью 0,56)
Характеристики поглощающего
аппарата при различных темпераx2
турах были получены для удара
x1
вагона в жесткий упор. ПрименяCР
лась двухмассовая модель вагона
(рис. 3). Математическая модель
аппарата была основана на завиM2
M1
симостях для фрикционных аппаратов [3] и описании силы подпорного блока (1). Дифференци•
альные уравнения динамического
βР
P( x 1 , x 1 )
процесса соударения описываются
системой
9 .10
4
Рис. 3. Расчетная схема удара вагона в жесткий упор
⋅⋅
⋅ 
⋅ 


 ⋅
m1 x1 + P x1 , x1  − c p (x 2 − x1 ) − β p  x 2 − x1  = 0





,

⋅⋅
⋅
⋅ 

m x + c (x − x ) + β  x − x  = 0,
1
p
2
1
 2 2 p 2


15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
где c p – динамическая жесткость вагона; β p – динамическая вязкость вагона; m 1 – масса
поглощающего аппарата; m 2 – масса вагона; x 1 – перемещение поглощающего аппарата;
x 2 – перемещение вагона; P(x,v) – силовая характеристика аппарата.
Силовая характеристика поглощающего аппарата представлена зависимостью
ψ 1 (v ) i1 ⋅ F(x, v ) при x < a ∩ v > 0
ψ (v ) i ⋅ F(x, v ) при x ≥ a ∩ v > 0
1
 2
c (x − x max ) + ψ 2 (v ) i1 ⋅ F(x, v ) при x ≥ x max ∩ v > 0
P(x, v) = 
ψ (v ) i1 ⋅ F(x, v ) при x max2 − a < x < xmax 2 ∩ v < 0
 1p
ψ 2p (v ) i1 ⋅ F(x, v ) при x ≤ x max2 − a ∩ v < 0

c (x − x max ) + ψ 2p (v ) i1 ⋅ F(x, v ) при x ≥ x max ∩ v < 0
,
где ψ j – коэффициенты передачи; c – жесткость корпуса аппарата; i 1 – коэффициент передачи при отсутствии трения; x max – максимально возможный ход аппарата; x max2 – максимальный ход аппарата, достигнутый в данной ситуации; F(x,v) – динамическая характеристика подпорной части аппарата.
Коэффициенты передачи вычислялись по формулам
ψ 1 ( v) =
sin(Θ) (1 + tg ( γ ) tg (β + ρ 3 )) + ( tg (β + ρ 3 ) − tg ( γ )) f 4 ⋅ e − b⋅v
,
sin(Θ) (1 − tg ( γ ) tg (α + ρ 2 )) + ( tg (α + ρ 2 ) + tg ( γ )) f 4 ⋅ e − b⋅v
1 + tg ( γ − ρ1 ) tg (β − ρ 3 )
,
ψ 1p ( v) =
1 − tg ( γ − ρ1 ) tg (α − ρ 2 )
2 (1 − tg ( γ ) f 4 ⋅ e − b⋅v ) f 4 ⋅ e − b⋅v
,
ψ 2 ( v) = ψ 1 ( v) + (ψ 1 ( v) − 1)
tg ( γ ) + f 4 ⋅ e − b⋅v
ψ 1p (v)
,
ψ 2 p (v) =
1 + (f 4 + f 5 ) (ψ 1p (v) − 1) ctg ( γ − ρ1 )
где α, β, γ, Θ – характерные углы аппарата; ρ 1 – угол трения на основных поверхностях;
ρ 2 , ρ 3 – углы трения на вспомогательных поверхностях; f 1 , f 4 – коэффициенты трения на
главных поверхностях; f 2 , f 3 – коэффициенты трения на вспомогательных поверхностях;
b – коэффициент, учитывающий зависимость коэффициента трения от скорости скольжения.
Были приняты следующие значения углов и коэффициентов:
α = 38°; β = 15°; γ = 3°; Θ = 90°; f 1 = 0,16; f 2 = 0,16; f 4 = 0,4; f 5 = 0,4; b = 0,1;
ρ 1 = arctg(f 1 ) = 0,38051 рад, ρ 2 = arctg(f 2 ) = 0,12928 рад, ρ 3 = arctg(f 3 ) = 0,12928 рад.
1 + tg (β) tg ( γ )
i1 =
= 1,057
1 − tg (α) tg ( γ )
M 1 = 2000 кг, M 2 = 42000 кг, C = 5·108 Н·м.
Максимальный ход аппарата (после достижения данного хода в работу включается
его корпус) x max = 110 мм.
По данным экспериментов были идентифицированы параметры модели (коэффициенты трения на основных и вспомогательных поверхностях). Экспериментальная и расчетная силовые характеристики аппарата представлены на рис. 4.
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Математическая модель
дает достаточно хорошее приближение к результатам экспериментов: расхождение по
максимальным силам не превысило 5 %.
Для оценки влияния характеристик аппарата на нагруженность вагона необходимо было смоделировать условия его эксплуатации.
В работе [4] представлено распределение вероятностей попадания вагона в определенные температурные условия. Распределения скоростей соударений и масс вагонов были взяты из работы [5].
Массы всех грузовых вагонов распределяются следующим образом:
2 .10
6
1.6 .10
6
1.2 .10
6
1
2
8 .10
5
4 .10
5
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
Рис. 4. Cиловые характеристики аппарата:
1 – экспериментальная; 2 – расчетная
Масса, кг
Вероятность
24 696
0,26315
42 042
0,09081
60 074
0,26706
75 754
0,3313
96 040
0,03613
114 464
0,01155
Скорости соударений при маневровых операциях распределяются следующим образом:
Скорость,
км/ч (м/с)
Вероятность
2,0
(0,56)
0,05882
4,0
(1,11)
0,25270
6,0
(1,67)
0,40190
8,0
(2,22)
0,23350
10,0
(2,78)
0,04900
12,0
(3,33)
0,00398
13,5
(3,75)
0,00010
В табл. 1 представлено статистическое распределение температурных режимов работы вагонов.
Таблица 1
Статистическое распределение температурных режимов
Температурные режимы
Интервалы температуры, °С
Вероятность
–64,9…–55,0
0,0005135
–54,9…–45,0
0,0010280
–44,9…–35,0
0,0015415
Все
–34,9…–15,0
0,0961690
–14,5…+5,0
0,3717900
+5,1…+25,0
0,4830840
+25,1…+45,0
0,0458740
–54,9…–45,0
0,0010285
–44,9…–35,0
0,0015423
Без учета температур ниже
–34,9…–15,0
0,0962184
–55 °С
–14,5…+5,0
0,3719810
+5,1…+25,0
0,4833322
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
+25,1…+45,0
0,0458976
Нагруженность вагона оценивалась критерием, характеризующим его повреждаемость, – параметрическим отказом, т.е. возникновением силы, превышающей 3 МН.
Сначала рассчитывался критерий для всех возможных ситуаций. Затем критерий
повреждаемости вагона вычислялся без учета температур ниже –55 °C (использовались
спектры из табл. 1).
Расчеты проводились для всех сочетаний масс вагонов, скоростей соударения и
температур.
На рис. 5 приведены ре6
4 .10
зультаты
моделирования удара в
–52˚C
–61˚C
+40˚C
упор при различных температу–32˚C
6
рах для скорости соударения 6
3.2 .10
км/ч и массы вагона 75 754 кг.
–5˚C
Анализируя результаты мо6
2.4 .10
делирования (рис. 5), можно сделать вывод о том, что самые
большие силы возникают при
6
1.6 .10
температурах +40, +15, –61 °C.
Это можно объяснить следую5
.
щим образом: при высоких тем8 10
пературах аппарат становится
мягче, следовательно, начинает
закрываться (в работу вступает
0
0.024
0.048
0.072
0.096
0.12
корпус аппарата) при меньших
Рис. 5. Силовые характеристики аппарата при ударе в
скоростях, что приводит к росту
упор для различных температур
силы; при очень низких температурах сам полимер становится более жестким, что также приводит к росту силы на аппарате. Можно сделать вывод, что высокие температуры так же неблагоприятны для поглощающего аппарата ПМКП-110, как и очень низкие.
Вероятность параметрического отказа при учете всех температур составляет
0,00016215, а без учета температур ниже –55 °C – 0,00016183.
Очевидно, что работа вагона при температуре –61 °C увеличивает вероятность параметрического отказа незначительно – всего на 0,2 %. Это означает, что есть возможность использования более дешёвого материала, чем Durel, с более высокой температурой
стеклования.
Согласно [1] номинальная (достигаемая при силе на аппарате 2 МН) и максимальная (достигаемая при силе на аппарате 3 МН) энергоемкости аппарата определяются при
соударении двух вагонов массами 100 т. При этом один вагон должен быть оборудован
тестируемым поглощающим аппаратом, а второй – ПМК-110К-23.
Были проведены расчеты номинальной и максимальной энергоемкостей аппарата
ПМКП-110 при различных температурах. Для моделирования удара вагона в вагон использовалась пятимассовая модель (рис. 6).
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Vo
Xв1
Xp1
X
Cв
Mв
µв
Xв2
Xp2
Cв
Mp
m
Mp
µв
Mв
Рис. 6. Пятимассовая модель соударения вагонов
Значения энергоемкости, полученные при моделировании для различных температур, представлены в табл. 2.
Таблица 2
Энергоемкость аппарата ПМКП-110
Энергоемкость, Дж
Температура, °C
номинальная
максимальная
+15
66 624
79 812
–5
59 570
95 836
–32
49 255
81 058
–45
42 273
76 181
–52
39 714
67 445
–61
16 118
59 629
Из табл. 2 видно, что с уменьшением температуры энергоемкость понижается.
На основании проведенных расчетов можно сделать следующие выводы:
1. Показатели аппарата ПМКП-110 соответствуют нормам ОСТа.
2. Низкие и высокие температуры ухудшают работу аппарата.
3. Температуры ниже –55 °C приводят к незначительному увеличению вероятности параметрического отказа (с учетом вероятности возникновения температур
ниже –55 °C).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
4.
5.
ОСТ 32.175-2001. Аппараты поглощающие автосцепного устройства грузовых вагонов и локомотивов.
Общие технические требования.
Кеглин, Б.Г., Повышение эффективности комбинированных фрикционных поглощающих аппаратов на
базе ПМК-110А. / Б.Г. Кеглин, А.П. Болдырев, А.В. Иванов, Д.А. Ступин //Проблемы механики железнодорожного транспорта: динамика, прочность и безопасность движения подвижного состава: XI междунар. конф.: тез. докл. – Днепропетровск: ДИИТ, 2004.
Болдырев, А.П. Расчет и проектирование амортизаторов удара подвижного состава / А.П. Болдырев, Б.Г.
Кеглин. - М.: Машиностроение -1, 2004,. − 199 с.
Никольский, Л.Н. Расчет вероятности отказов элементов вагонной конструкции при низких температурах / Л.Н. Никольский, Н.А. Костенко, И.Т. Жариков //Труды БИТМ, 1971. – вып. ХХIV. – С. 5-15.
Фетисов, О.В. К уточнению спектра ударных нагрузок, воспринимаемых вагоном на сортировочных
горках / О.В. Фетисов, Л.А. Шахнюк //Труды БИТМ: Приокское кн. изд-во. – 1971. – вып. XXIV. – С.
83-91.
Материал поступил в редколлегию 25.10.05.
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
УДК 629.4.028.86
А.М. Гуров
РАСЧЕТНАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ПЕРСПЕКТИВНЫХ
ПОГЛОЩАЮЩИХ АППАРАТОВ АВТОСЦЕПКИ
Рассмотрены вопросы применения математических моделей при моделировании маневровых соударений и различных режимов эксплуатации железнодорожных транспортных средств. Дана оценка эффективности применения новых перспективных эластомерных поглощающих аппаратов (ПМКЭ-110, ЭПА-120)
и полимерного поглощающего аппарата ПМКП-110 для снижения продольной нагруженности вагона.
В транспортной системе России железные дороги занимают ведущее место. Около
80 % грузооборота (без учета трубопроводного) выполняется железнодорожным транспортом. На российских железных дорогах эксплуатируется 820 тыс. грузовых вагонов,
принадлежащих ОАО «РЖД». Средний возраст основных типов вагонов (на 01.01.04) составляет 20 лет. Для обеспечения прогнозируемых грузоперевозок (2000-2200 млрд тарифных т⋅км в 2010 г.), по данным ГипротрансТЭИ, общий потребный парк грузовых вагонов к 2010 г. должен составить около 754,7 тыс. единиц.
В 2000 г. заметно возросли объемы перевозок. Это обусловило увеличение масс вагонов и поездов, скоростей соударений вагонов при маневровых горочных операциях, что
привело к повышению продольной нагруженности вагона, а следовательно, к росту поступления грузовых вагонов и цистерн в ремонт. Практика показывает, что на устранение
повреждений, вызванных продольными нагрузками, за срок службы вагона затрачиваются
средства, равные его первоначальной стоимости.
Основным элементом конструкции вагона, обеспечивающим защиту от продольных воздействий в эксплуатации вагонов и грузов, является амортизирующее устройство
автосцепки (поглощающий аппарат). Возросли требования организаций железнодорожного транспорта и вагоностроительных заводов к межвагонным амортизирующим устройствам. Был разработан ОСТ32.175-2001 «Аппараты поглощающие автосцепного устройства
грузовых вагонов и локомотивов. Общие технические требования», в котором повышены
требования к амортизаторам и предусмотрено подразделение поглощающих аппаратов по
основным технологическим показателям (ход, номинальная и максимальная энергоемкости) на 4 класса: Т0, Т1, Т2, Т3. Это привело к созданию новых перспективных амортизаторов удара, назначением которых является снижение продольной нагруженности, увеличение срока службы и уменьшение денежных затрат на обслуживание вагонов.
При проектировании поглощающих аппаратов экспериментальные исследования,
требующие непосредственного измерения нагрузок, затруднительны, так как являются
трудоемкими и дорогостоящими. К тому же эксперимент совершенно непригоден для
прогнозирования нагруженности при перспективных условиях эксплуатации, а также при
оценке работы разрабатываемых поглощающих аппаратов в различных поездных режимах. Поэтому основными являются методы, базирующиеся на математическом моделировании нагруженности.
Рассматриваемые перспективные высокоэнергоемкие амортизаторы ударов по
своим характеристикам относятся к трем классам: ПМКП-110 – к Т1, ПМКЭ-110 – к Т2 и
ЭПА-120 - к Т3. Разработка и внедрение этих аппаратов ведется ООО «НПП Дипром» и
ООО «НПП Дипром-плюс». Стендовые динамические испытания поглощающих аппаратов ПМКП-110, ПМКЭ-110 и ЭПА-120 проводились на стенде-горке БСЗ-БИТМ (рис. 1),
предназначенном для моделирования ситуации маневровых соударений вагонов на
сортировочных горках. Целью данных испытаний являлось получение динамических
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
характеристик, оценки эффективности работы, а также данных, необходимых для
построения и уточнения математических моделей.
Все расчеты проводились с использованием программного комплекса Train, разработанного на кафедре ДПМ БГТУ и позволяющего моделировать различные режимы эксплуатации железнодорожных транспортных средств. Программный продукт
Train базируется на математических моделях, с помощью которых можно описать продольную динамику компонентов, образующих систему «поезд», рассчитывает пневматические процессы в
главной воздушной магистрали и моделирует тормозное оборудование подвижного состава.
Модель поезда представляет собой
сочетание масс и пружин, которое позволяет описать процесс движения поезда в виде системы дифференциальных
Рис. 1. Стенд-горка БСЗ-БИТМ
уравнений. Поскольку вертикальные перемещения подвижного состава и его качение оказывают небольшое влияние на продольную динамику поезда, для системы программ Train выбрана одномерная модель. На каждую единицу подвижного состава в поезде действуют сила поглощающих аппаратов, усилие на сцепке, силы тяги (для локомотива), торможения и трения.
В качестве исходных для системы Train использовались данные, являющиеся информационной базой для различных элементов моделируемого поезда:
- для вагонов: название, тип, длина, масса, система торможения, число осей;
- для локомотивов: серия, длина, масса, система торможения, тяговая характеристика;
- коэффициент трения, зависимость коэффициента трения от скорости.
Моделируемый поезд может состоять из любого числа вагонов и локомотивов, расставленных в любом порядке. Для каждого вагона в поезде должны быть заданы масса,
зазоры в сцепках, система управления торможением.
Когда заданы все входные величины, можно моделировать поездку в любом режиме: разгон, экстренное, полное или служебное торможение и отпуск тормозов.
Первая часть работы включала разработку и уточнение математических моделей
для программного комплекса Train и сравнение их с эмпирическими данными.
Поглощающий аппарат ПМКП-110 класса Т1 (рис. 2) [1] - это новый высокоэффективный амортизатор удара, предназначенный для защиты грузовых
вагонов широкого назначения от
продольных нагрузок. Он разработан на базе серийно выпускаемого
поглощающего аппарата ПМК110К-23, в котором вместо пружинного комплекта используется комплект полимерных упругих блоков.
Это позволило повысить энергоемкость аппарата и его надежность.
Использование на основных поверхностях трения износостойких
Рис. 2. Схема аппарата ПМКП-110
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Сила, кН
Сила, кН
металлокерамических элементов привело к значительному повышению стабильности работы. Он не требует предварительной приработки для получения нормативной энергоемкости, благодаря чему надежно защищает вагон от повреждений уже при первых ударах.
На рис. 3 приведены силовые характеристики аппарата, полученные при ударных
испытаниях на стенде-горке БСЗ-БИТМ и при
130
помощи компьютерного моделирования в про104
граммном комплексе Train.
Поглощающий аппарат ПМКЭ-110 класса
Т2 (рис. 4) [2] предназначен для защиты цис78
терн, перевозящих опасные (нефть и нефтепро52
дукты, химические вещества и др.), разрядные и
особо ценные грузы, от продольных нагрузок.
26
Он разработан на базе серийного аппарата
ПМК-110К-23, подпорно-возвратные пружины
0
14
28
42
56
70 которого заменены эластомерным амортизатором (вставкой). Применение такой вставки поХод, мм
Рис. 3. Силовые характеристики аппарата
зволяет значительно повысить надежность конПМКЭ-110 для скорости удара
струкции при сохранении всех преимуществ
V0= 1,75 м/с, полученные
гидроамортизатора.
Эластомерная вставка од------ экспериментально;
новременно
выполняет
две функции: обеспечи–––– при помощи моделирования
вает подпорное усилие при ударном сжатии и
восстанавливает фрикционную часть после удара.
Силовые характеристики аппарата (рис. 5)
получены при ударных испытаниях на стендегорке БСЗ-БИТМ и при помощи компьютерного
моделирования в программном комплексе Train.
Поглощающий аппарат автосцепки ЭПА120 класса Т3 (рис. 6) [3] предназначен для амортизации соударений вагонов при формировании
поездов на сортировочных горках и переходных
режимах движения поезда. Он предназначен для
Рис. 4. Схема аппарата ПМКЭ-110
установки на вагоны, перевозящие опасные и
особо ценные грузы. По всем основным пара130
метрам ЭПА-120 превосходит зарубежные
аналоги. В данном амортизаторе в качестве
104
рабочего
тела
используется
объемносжимаемый и высоковязкий полимер. Удар78
ное сжатие амортизатора сопровождается перетеканием материала через кольцевой зазор.
52
Эластомер, имея высокую вязкость, выполняет функции упругого и демпфирующего эле26
мента.
Принципиальная схема аппарата отли0
чается
от известных тем, что его корпус объе14
28
42
56
70
динен с тяговым хомутом, а также наличием
Ход, мм
дополнительного резервуара для эластомера,
Рис. 5. Силовые характеристики аппарата
расположенного в проеме заднего упора автоПМКЭ-110 для скорости удара
сцепного устройства. Это позволило почти в
V0= 1,3м/с, полученные
------ экспериментально;
1,5 раза увеличить объем эластомера, снизить
–––– при помощи моделирования
в 1,5 - 2 раза рабочее давление в камерах
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Сила, кН
и соответственно повысить эксплуатационные характеристики аппарата, в том числе и его
надежность. На рис. 7 приведены силовые
характеристики аппарата, полученные при
ударных испытаниях на стенде-горке БСЗБИТМ и при помощи компьютерного моделирования в программном комплексе
Train.
Как видно из представленных силоРис. 6. Схема аппарата ЭПА-120
вых характеристик, разработанные математические модели отражают поведение
100
аппаратов и могут быть рекомендованы к
использованию при моделировании раз80
личных режимов эксплуатации железнодорожных транспортных средств.
60
Вторая часть работы включала по40
строение статистического распределения
продольных сил, действующих на грузовой вагон за год.
20
Для оценки эффективности поглощающих
аппаратов было сформировано
0
12
24
36
48
60
статистическое распределение продольХод, мм
ных сил для ПМКП-110, ПМКЭ-110 и
Рис. 7. Силовые характеристики аппарата
ЭПА-120, а также для серийных аппаратов
ЭПА-120 для скорости удара
ПМК-110-К-23 и Ш-2-В, которыми оснаV0= 1,56м/с, полученные
щена большая часть грузовых вагонов
------ экспериментально;
–––– при помощи моделирования
ОАО «РЖД».
Для формирования статистических
рядов продольных сил, действующих на грузовой вагон, рассматривались основные маневровые ситуации: удар в упор, пуск поезда, экстренное торможение, регулировочное
торможение, полное служебное торможение.
Одним из главных факторов, определяющих уровень нагружения вагонов на сортировочных горках, является скорость соударения. Будем использовать спектр скоростей
для перспективных условий эксплуатации [4]:
Скорость соударения
V 0 , км/ч
Вероятность
5,0
8,7
11,0
13,4
16
0,693
0,246
0,05
0,01
0,001
Массы универсального 4-осного вагона распределяются следующим образом [4]:
Масса вагона, т
40,8
57,3
78
Вероятность
0,3922
0,318
0,2898
При математическом моделировании регистрировались как экстремумы сил за режим (сжимающие и растягивающие), так и получаемые методом полных циклов эквивалентные амплитуды сил и глобальные экстремумы. Общее число нагружений вагона за
год эксплуатации на сортировочных горках – 437. Было учтено, что на сортировочных
горках вагон нагружается дважды: как набегаемый и как ударяемый.
Будем использовать распределение скорости в начале торможения:
Скорость, км/ч
Вероятность
0-15
0,241
15-30
0,253
23
30-45
0,221
45-60
0,182
60
0,104
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Распределение масс поезда:
Масса сцепа, т
2700
5000
6400
8000
10000
Вероятность
0,78
0,12
0,06
0,03
0,01
Также известно общее число нагружений грузового вагона за год: при пуске поезда
– 4500 и 1750 при рывках при увеличении скорости. Среднее число торможений в год 9818, из них регулировочных – 5600, полных служебных – 4218 и экстренных – 19 [4].
С графиков, полученных с помощью программы Train для каждой из расчетных ситуаций, снимаем показания – глобальные экстремумы. Так как события не являются зависимыми, то вероятность возникновения данной ситуации является произведением вероятностей. Интервал силы от 0,15 до 4 MH разбиваем на 11 участков и регистрируем количество сил, попавшее в интервалы. Используя приведенные статистические данные, можно
построить спектр продольных сил за год эксплуатации.
Объединив полученные для каждого из аппаратов данные, можно получить статистическое распределение глобальных сжимающих (табл. 1) и растягивающих экстремумов
(табл. 2).
Можно сделать вывод о снижении величины продольной силы на перспективных
поглощающих аппаратах. С учётом эффективности силовых характеристик этих аппаратов при маневровых соударениях можно рекомендовать данные конструкции к широкому
внедрению на железнодорожном подвижном составе.
Таблица 1
Статистическое распределение глобальных сжимающих экстремумов, действующих на
грузовой вагон
Глобальные сжимающие экстремумы, вероятность
Интервал сил,
МН
ЭПА-120
ПМКЭ-110
ПМКП-110
ПМК-110
Ш-2-В
0,15-0,4
0,32289
0,56393
0,32262
0,81054
0
0,4-0,8
0,58795
0,21908
0,58099
0,10282
0,80266
0,8-1,2
0,08473
0,1889
0,07529
0,06217
0,16318
1,2-1,6
0,00415
0,02803
0,01908
0,01394
0,01708
1,6-2
0,00026
0,00002
0,00146
0,00757
0,00926
2-2,4
0
0
0,00029
0,00265
0,00611
2,4-2,8
0,00002
0,00005
0,00003
0,00003
0
2,8-3,2
-
-
0,00024
0
0,00114
3,2-3,6
-
-
-
0,00023
0,00029
3,6-4
-
-
-
0,00003
0,00026
св. 4
-
-
-
0,00002
0,00002
Нормами для расчета и проектирования вагонов установлены различные расчетные
режимы, в том числе первый расчетный режим. Этому режиму для грузовых вагонов соответствуют силы, возникающие при трогании состава повышенной массы и длины с места и его осаживании, проведении маневровых работ и соударений вагонов, экстренном
торможении в поездах, движущихся с малыми скоростями, а также при аварийном рывке
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
(толчке) вагона, движущегося в составе грузового поезда.
Основным требованием данного режима является недопущение появления остаточных деформаций (повреждений) в узле или детали вагона при действии достаточно
экстремальных значений нагрузок.
Таблица 2
Статистическое распределение глобальных растягивающих экстремумов, действующих на
грузовой вагон
Глобальные растягивающие экстремумы, вероятность
Интервал сил,
МН
ПМКЭ-110
ЭПА-120
ПМКП-110
ПМК-110
Ш-2-В
0,00000
0,00000
0,00000
0,90000
0,00000
0,15-0,4
0,96000
0,96000
0,96000
0,00000
0,78000
0,4-0,8
0,04000
0,04000
0,04000
0,10000
0,18000
0,8-1,2
0,04000
1,2-1,6
1,6-2
Величины предельных нагрузок для первого режима при действии [5]:
• Сжимающих сил квазистатические силы и силы при ударных процессах (удар)
для грузовых вагонов основных типов соответственно составляют 3 и 3,5 МН; для изотермических вагонов, хоппер-дозаторов, вагонов-самосвалов – 2,5 и 3 МН.
• Растягивающих сил уровень квазистатической силы и уровень импульсных усилий растяжения (рывок) соответственно для грузовых вагонов принимаются равными 2,5
МН.
Вероятность параметрического отказа для поглощающих аппаратов представлена
на рис. 8 (вероятность возникновения нагрузки выше предельной -2,5 МН).
0,00171
0,0018
0,0016
0,0014
Вероятность
0,0012
0,001
0,0008
0,0006
0,0004
0,0002
0,00002
0,00027
0,00031
ПМКП-110
ПМК-110
0,00005
0
ЭПА-120
ПМКЭ-110
Ш-2-В
Рис. 8. Вероятность параметрического отказа
(вероятность возникновения нагрузки выше предельной)
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
В заключение можно сделать вывод о том, что в большинстве расчетных ситуаций
переходных режимов движения поезда и маневровых соударений применение перспективных поглощающих аппаратов ПМКП-110, ПМКЭ-110 и ЭПА-120 приводит к снижению продольных нагрузок на вагоне, особенно это проявляется при маневровых соударениях.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
4.
5.
Пат. 2128301 РФ МПК6 F 16 F 7/08, В 61 G 9/02. Фрикционный амортизатор / Кеглин Б.Г., Болдырев
А.П., Харитонов А.Т., Ступин Д.А., Иванов А.В., Ульянов О.А., Прилепо Т.Н., Сухов А.М., Синельников Я.М. опубл. 27.03.99, Бюл. № 9.
Пат. 2198809 РФ, МПК7 В 61 G 1/12, 11/14, F 16 F 7/08, 9/14, 9,16, 11/00. Фрикционный поглощающий
аппарат автосцепки / Кеглин Б.Г., Болдырев А.П., Шлюшенков А.П., Прилепо Т.Н., Игнатенко Ю.В.,
Ступин Д.А. [и др]; опубл. 20.02.03, Бюл. № 5.
Пат. 2115578 РФ МПК6 В 61 G 9/08. Поглощающий аппарат автосцепки / Кеглин Б.Г., Болдырев А.П.,
Шлюшенков А.П., Шалимов П.Ю., Игнатенко Ю.В., Иванов А.В., Ульянов О.А.; опубл. 20.07.98, Бюл.
№ 20.
Кеглин, Б.Г. Исследование методов повышения стабильности работы фрикционных поглощающих аппаратов автосцепки: - дисс. канд. техн. наук Б.Г. Кеглин. - Брянск, 1963. - 214 с.
Вагоны / под ред. Л.А.Шадура. – М.: Транспорт, 1973. – 440с.
Материал поступил в редколлегию 25.10.05.
26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Gurov A.M. Calculated estimation of an overall performance of perspective absorbing devices of
an automatic coupling.
Questions of application of mathematical models are consideredat modelling crash impacts and
various modes of operation of railway vehicles. The estimation of efficiency of application new
perspective elastomeric absorbing devices (PMKE-110, EPA-120) and polymeric absorbing device PMKP-110 for decrease in longitudinal loading of the car is given.
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ISBN 5-89838-227-5
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
УДК 621.928.93
А. В. Соболев, О. Г. Тайц
ПРИМЕНЕНИЕ МНОГОСЕКЦИОННОГО ЦИКЛОНА
В УСЛОВИЯХ СИЛИКАТНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Рассмотрен процесс пылеулавливания в многосекционном циклоне нового поколения, и его параметры сопоставлены с параметрами существующих моделей. Использована совершенно новая методика
расчёта, поскольку конструкция этого циклона резко отличается от существующих.
Защита воздушного бассейна от выбросов промышленных предприятий и энергетических объектов является одной из важнейших проблем современной экологии. Рост
современного производства сопровождается выносом газов и пыли, количество которых
зависит от назначения предприятия и не должно превосходить некоторых предельных
значений.
Производство кирпича сопровождается значительным выбросом пыли и в интересах
сохранения чистоты воздушного бассейна требует мощной пылеулавливающей аппаратуры. С этой целью в настоящее время используется три вида устройств: электрофильтры,
рукавные фильтры и циклоны. Каждое из этих устройств имеет достоинства и недостатки:
электрофильтры дают высокую степень очистки, но требуют больших капитальных затрат
на помещение и электрические агрегаты, рукавные фильтры обладают малым сроком работы (несколько месяцев) и требуют охлаждения воздуха, а циклоны не задерживают особо мелкие частицы (диаметром менее 5–10 мкм).
Существующие модели циклонов применяют для грубой очистки воздуха от пыли
при высокой начальной запыленности (более 10–15 г/м3), хотя использование подобных
устройств для тонкой очистки имело бы важное значение.
Принцип действия циклонов основан на центробежном разделении смеси пыли и
воздуха. Запылённому воздушному потоку придаётся вращательное движение, которое
создаёт сильное поле центробежных сил инерции, приводящее к осаждению частиц пыли
на стенки и последующему продвижению их к специальному бункеру.
Рассмотрим параметры многосекционного циклона [1], позволяющие сократить
путь движения частиц к стенке, что значительно повышает эффективность очистки, и благодаря параллельному разделению потоков уменьшить общий объём конструкции (рисунок). Предварительные расчёты подтверждают высокую результативность многосекционного циклона по сравнению с существующими (в 4 раза по объёму, более чем в 2 раза по
коэффициенту очистки и значительному уменьшению диаметра задерживаемых пылинок).
Результаты математического моделирования, представленные в работе [2], позволяют выбрать параметры многосекционного циклона и режим его работы для систем пылеочистки пылегенерирующего предприятия. Ниже приведен пример расчёта для систем
пылеочистки АО «Брянский завод силикатного кирпича» (БЗСК). Исходные данные соответствуют проекту нормативов для «БЗСК», выполненному ЗАО «НТЦ института экологии» в 2005 г.
На «БЗСК» имеются две известеобжигающие печи (табл. 1), являющиеся основными источниками (95 %) выбросов известковой пыли (табл. 2), около 21 % которой улавливают пылеосадительные камеры.
Для уменьшения концентрации пыли применяется ее рассеивание в атмосфере с
помощью высотных труб. В связи с нынешним экономическим положением завод работает на 50 % проектной мощности, и поэтому количество пылевых выбросов практически
соответствует норме (29,29 г/с при норме 29,9 г/с).
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
ISBN 5-89838-227-5
а)
б)
Рис. Конструктивная схема многосекционного циклона:
а - продольный разрез циклона; б - поперечный разрез циклона
Таблица 1
Пылевыделение БЗСК
Печь
Показатель
№1
№2
Расход, м /с
8,62
5,47
Выброс, г/с
12,22
17,67
316,742
368,712
1,418
3,12
3
Выброс, т/г
Запыленность, г/м
3
Плотность пыли, кг/м
2750
Плотность газа, кг/м
0,75
3
3
о
Температура газов, С
187
Норма выбросов, мг/м
3
0,15
Класс опасности
3
Таблица 2
Дисперсный состав известковой пыли
d ч , мкм
<5
5-10
10-20
20-30
30-40
40-60
40-60
60-80
80-200
> 200
N вх , %
13,01
9,11
37,05
8,38
5,34
5,68
5,72
9,16
6,55
2,75
В 2006 году планируется увеличить выпуск продукции на 20 %, что приведет к превышению норм. Поэтому необходима реконструкция систем пылеочистки завода, в первую очередь систем пылеочистки известеобжигающих печей.
Для достижения норм выбросов при работе завода на полную мощность (более 200
млн шт. кирпича в год) необходим более высокий коэффициент очистки. Применение одной ступени очистки с использованием многосекционного циклона вполне достаточно для
достижения этой цели.
28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ISBN 5-89838-227-5
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Значение диаметра улавливаемой пыли d ч = 3 мкм недоступно для существующих
моделей циклонов и является конкретным преимуществом предлагаемого многосекционного циклона. Его стоимость гораздо меньше стоимости рукавных и электрофильтров, и он может стать важным инструментом процесса пылеулавливания.
Ступень очистки для печей представляет собой один многосекционный циклон. При
этом новый циклон соответствует минимальному диаметру пылинок 3 мкм, в то время как
старый рассчитан на наименьший диаметр пылинок порядка 10–15 мкм. Очевидно, что
многосекционный циклон обладает заметными преимуществами по сравнению с существующим ЦН-15 (табл. 3).
Таблица 3
Комплекс рациональных параметров многосекционного циклона и сопоставление
его объёма (V новый ) с объёмом батареи циклонов ЦН-15 (V ст )
D о /S о
αo
Dо
Sо
δp
N
H об
Vн
V новый /V cт ω кон
Печь № 1 (Q об = 8,62 м3/с, V cт = 12,1 м3)
30
20
1
0,033
0,174
17
5,5
5,5
0,45
203,64
30
30
1
0,033
0,168
26
5,14
5,14
0,42
210,66
30
50
1
0,033
0,142
46
5,47
5,47
0,45
248,66
40
20
1
0,025
0,227
17
4,54
4,54
0,37
207,98
40
30
1
0,025
0,217
26
4,17
4,17
0,34
217,52
40
50
1
0,025
0,177
50
4,47
4,47
0,37
266,42
Печь № 2 (Q об = 5,47 м3/с, V cт = 9,35 м3)
30
20
1
0,033
0,174
11
3,99
3,99
0,43
203,64
30
30
1
0,033
0,168
16
3,57
3,57
0,38
210,66
30
50
1
0,033
0,142
29
3,62
3,62
0,39
248,66
40
20
1
0,025
0,227
17
3,38
3,38
0,36
207,98
40
30
1
0,025
0,217
26
2,96
2,96
0,32
217,52
40
50
1
0,025
0,177
50
2,98
2,98
0,32
266,42
Примечания: α o – угол наклона конуса, D о – диаметр циклона, S o – расстояние между конусными поверхностями, δ р – ширина входа запылённого потока в циклон, N – количество секций в циклоне, H oб – общая высота циклона, V новый – общий объем нового циклона V новый /V ст – отношение общих объёмов рассматриваемого циклона и существующего с той же производительностью, ω кон – площадь всех конусных поверхностей.
Использование многосекционного циклона с рациональными параметрами, позволит при прочих равных условиях увеличить более чем в 3 раза эффективность очистки,
более чем в 5 раз уменьшить объём батарейных циклонов в сравнении с существующими
моделями циклонов [4].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
4.
Пылеулавливатель: пат. 2234968 РФ: МКИ В 01 45/16.
Соболев, А.В. Математическая модель движения частицы в циклоне/ А.В.Соболев// Вклад учёных и
специалистов в национальную экономику. – Брянск: БГИТА, 2004. – С. 102 – 105.
Справочник по пыле- и золоулавливанию/ под общ. ред. А.А. Русанова. – М.: Энергоавтомиздат, 1983.
– 312 с.
Воробьев, Х.С. Теплотехнические расчёты цементных печей и аппаратов/ Х.С. Воробьев, Д.Я. Мазуров. – М.: Высш. шк., 1962. – 350 с.
Материал поступил в редколлегию 21.10.2005.
29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ISBN 5-89838-227-5
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
А. В. Соболев, О. Г. Тайц
ПРИМЕНЕНИЕ МНОГОСЕКЦИОННОГО ЦИКЛОНА
В УСЛОВИЯХ СИЛИКАТНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Рассмотрен процесс пылеулавливания в многосекционном циклоне нового поколения, и его параметры сопоставлены с параметрами существующих моделей. Использована совершенно новая методика расчёта, поскольку
конструкция этого циклона резко отличается от существующих.
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ISBN 5-89838-227-5
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
A. V. Sobolev, O. G. Tayc
USING MUCHSECTIONAL CYCLONE
IN CONDITION SILICATE PRODUCTION
Considered process peelings in muchsectional cyclone of the new generation
and his(its) parameters are compared with parameter existing models. New methods calculation is used absolutely since design of this cyclone sharply differs from
existing.
Сведения об авторах
1. Андрей Витальевич Соболев, 1977 г., аспирант, БГИТА, дом. тел. 415889.
2. Олег Григорьевич Тайц, 1933 г., доктор физико математических наук,
профессор кафедры «Энергетика и автоматизация производственных процессов», БГИТА, дом. тел. 753002.
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
УДК 621.1.016
С.А. Кондаков
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ
ПЛАСТИНЧАТЫХ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ
Рассмотрено влияние схемы движения теплоносителей на эффективность пластинчатого теплообменника. Получены уравнения, позволяющие определить размеры теплообменника и оценить влияние тепловых и гидродинамических характеристик пластин, температур и расходов теплоносителей на размеры
теплообменника и суммарную мощность, расходуемую в нем.
Системы охлаждения энергетического оборудования, технологических установок,
зданий и сооружений потребляют большое количество энергии. Использование теплообменных аппаратов высокой интенсивности позволяет увеличить эффективность систем охлаждения, повысить их надежность в эксплуатации. Для этих целей часто используют пластинчатые теплообменники с большой поверхностью теплообмена.
Одним из преимуществ пластинчатого теплообменного аппарата является возможность достаточно просто реализовать наиболее эффективную схему движения теплоносителей – схему противотока.
В общем случае для пластинчатых теплообменников существует три основных
способа размещения пластин, обеспечивающих одноходовое движение теплоносителей,
многоходовое с равным количеством ходов и многоходовое с неравным количеством ходов. При одноходовом течении оба теплоносителя двигаются противотоком по плоским
параллельным каналам. При многоходовом движении с равным количеством ходов появляется возможность обеспечения больших скоростей движения, коэффициентов теплоотдачи и других параметров, чем для одноходового движения. Схема противотока при движении теплоносителей сохраняется. Необходимость во многоходовом течении с неравным
количеством ходов возникает в тех случаях, когда отношение расходов жидкостей велико
или появляется необходимость уменьшения перепада давления с одной стороны. При неравном количестве ходов жидкостей в теплообменнике возникает прямоток, что приводит
к уменьшению эффективности теплоотдачи.
Для теплообменного аппарата с противоточным движением теплоносителей соотношение между теплоотводом и размерами может быть получено из уравнения [1]
1 − e − NTU ( 1 −W min / W max )
.
ε=
W min − NTU ( 1 −W min / W max )
1−
e
W max
Здесь ε = Q W min ∆T 0 – коэффициент эффективности теплообменника; Q – теплоотвод
в теплообменнике;
∆T 0 - максимальная разность температур теплоносителей в тепло-
обменнике; NTU = kF / W min – число единиц переноса тепла; K – коэффициент теплопередачи в теплообменнике; F − площадь поверхности теплообмена; W min , W max – наименьшая и наибольшая величины массовых теплоемкостей потоков теплоносителей (произведение массового расхода теплоносителя G на его удельную теплоемкость C p ).
Для пластинчатого теплообменника величина
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
kF =
F
δ 1
+ +
α1 λ α 2
1
,
где α 1 , α 2 – коэффициенты теплоотдачи в теплообменнике; δ − толщина пластины; λ −
коэффициент теплопроводности материала пластины.
Тогда
χF
.
NTU =
 1 δ
1 

W min  + +
 α1 λ α 2 
Здесь χ − коэффициент, учитывающий уменьшение коэффициента теплопередачи из-за
термического сопротивления накипи и загрязнений на пластинах.
Коэффициенты теплоотдачи α 1 и α 2 в теплообменнике могут быть выражены как
n
α1 = C 1' U 1n
n
 2l   W 1 n n
W 
 
X 1 , или α 1 = C 1  1  Χ 1n ;


V 
 C p1   V 
= C 1' 

f
f
 2l   W 2  f f
W 2 
f
 
,
или
Χ
α
C
=

 Χ2 .
2
2
2

V 
 C p2   V 
Здесь U 1 , U 2 – массовые скорости теплоносителей в каналах теплообменника; l – приведенная длина канала пластины; Χ – число ходов теплоносителя в теплообменнике; C p1 ,
α 2 = C '2U 2f
= C '2 

C p2 - средние удельные теплоемкости теплоносителей; V – суммарный объем каналов, обn
разованных поверхностью теплообмена; C 1 =
 2l 

 , C 2 = C '2  2l
Cp

 2
 C p1 
C 1' 

f

 – коэффициенты


пропорциональности.
Уравнение для определения площади поверхности теплообмена имеет вид
f
n

δ
1  F
NTU  1  F 
 
 +  ,

 +
(1)
F = W min
λ
χ  C 1  βΧ 1W 1  C 2  βΧ 2W 2 


где β = F V - коэффициент компактности поверхности теплообмена.
При многоходовом течении с большим неравным количеством ходов необходимо
учитывать уменьшение эффективности теплообмена. Для кожухотрубных теплообменников это можно сделать с помощью диаграммы эффективность ε − NTU . Эти
диаграммы основаны на предположении, что поток теплоносителя перемешивается в межтрубном пространстве, т. е. температура в поперечном сечении корпуса теплообменника
постоянна.
В пластинчатых теплообменниках каналы для потоков разделены пластинами, поэтому отсутствуют поперечные течения, возникающие в кожухотрубных аппаратах.
Результаты исследования различных схем размещения пластин представлены в [2]
как зависимость коэффициента Ε , на который умножается среднелогарифмическая разNTU np 

 , от параность температур или делится значение NTU np при противотоке  E =
NTU


метра Ζ .
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
На рис. 1-3 приведены зависимости Ε от параметра Ζ =
t 2′′ − t 2′
для схем течения
t 2′ − t 2′′
W1
от 1 до 10. Здесь t ′ , t ′′ - температуры жидW2
костей на входе в теплообменник и выходе из него.
жидкостей 2-1; 3-1; 4-1 при значениях R =
Таким образом, может быть определено
число единиц переноса теплоты NTU в
формуле (1).
Представим потери давления в каналах теплообменника следующим образом:
 2
∆p1 = c1′′lx 1U 1q = c1′′
 cp
 1
Рис. 1. Факторы Е
для двух–одноходовой схемы
q
 q +1  W 1 q q +1
 l 
 x1 ,

V 

q
W 
или ∆p1 = a 1  x 1q + 1 ;
V 
∆p2 =
c2′′lx 2U 2m
 2
= c2′′ 

 c p2
m
 m +1  W 2 m m +1
 l 
 x2

V



,
m
W 
или ∆p2 = b 2  x 2m + 1 ,
V 
 2
где a = c1′′

 c p1
Рис. 2. Факторы Е
для трех–одноходовой схемы
q
 2
 q +1
 l
и b = c2′′ 

 cp

 2
m
 m +1
 l
–


коэффициенты пропорциональности.
Суммарная мощность, расходуемая в теплообменнике, будет равна сумме мощностей N 1 и N 2 , расходуемых на
перемещение обоих теплоносителей в
каналах теплообменника.
( )q +1 ,
q
aβ q x1W1
a
W 
W1  1  x1q +1 =
N1 =
ρ1c p1  V 
ρ1c p1 F q
Рис. 3. Факторы Е
для четырех–одноходовой схемы
(
m
bβ m x2W2
b
 W2  m +1
W2   x2 =
N2 =
ρ 2c p2  V 
ρ 2c p2 F m
т. е.
N = N1 + N2 =
aβ q (Ζ 1W 1 )
ρ 1c p1 F q
q +1
+
bβ m (Ζ 2W 2 )
ρ 2 c p2 F m
где ρ1 , ρ 2 - средние значения плотностей теплоносителей.
32
)m+1 ,
m +1
,
(2)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
В качестве примера на рис. 4 представлены результаты расчета пластинчатого теплообменника, выполненного из пластин типа 0,6 [3], [4].
Параметры
теплоносителей (воды): температура
греющей воды на входе в теплообменник t1′ = 90 0С, на выходе из
теплообменника t1′′ = 60 0С, температура нагреваемой воды на
входе в теплообменник t2′ = 5 0С,
на выходе из теплообменника
0
С,
расходы
воды
t2′′ = 65
G1 = 76,36 кг/с, G2 = 38,33 кг/с.
Анализ результатов расчетов показывает, что в тех случаях, когда отношение расходов
жидкостей велико, совместное решение уравнений (1) и (2) позволяет оценить целесообразность замены противоточной схемы движения теплоносителей на многоходовое течение с неравным количеством ходов.
С помощью уравнений (1)
и (2) можно найти рациональные
геометрические размеры теплоРис.4. Зависимость площади поверхности теплообмена F плаобменника, соотношение этих
стинчатого теплообменника от суммарной мощности N,
размеров, обеспечивающие трерасходуемой на перемещение теплоносителей, для различбуемые значения гидравлическоных схем Х1–Х2 движения жидкостей
го сопротивления и суммарной
мощности, расходуемой в теплообменнике; оценить влияние геометрических, тепловых и
гидродинамических параметров поверхности теплообмена, температур и расходов теплоносителей на характеристики теплообменника.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кейс, В.М. Компактные теплообменники: [пер. с англ.] / В.М. Кейс, А.Л. Лондон/ – М.: Энергия, 1967. –
224 с.
2. Справочник по теплообменникам: 2 т. / пер. с англ. под ред. О.Г. Мартыненко [и др.]. –
М.:Энергоатомиздат, 1987. – Т. 2 .–352 с.
3. Коваленко, Л.М. Теплообменники с интенсификацией теплоотдачи/ Л.М. Коваленко, А.Ф. Глушков. –
М.:Энергоатомиздат, 1986. - 240 с.
4. Водяные тепловые сети: справ. пособие по проектированию / И.В. Беляйкина, В.П. Витальев [и др.]; под
ред Н.К. Громова, Е.П. Шубина.–М.: Энергоатомиздат, 1988. – 376 с.
Материал поступил в редколлегию 24.11.05.
33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
УДК 620.9.662.92
В. С. Казаков, Е. А. Глушак
СОВРЕМЕННЫЕ ПУТИ И МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ
И ЭКОНОМИЧНОСТИ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
Анализируются перспективные направления и современные методы повышения техникоэкономических показателей и надежности работы систем централизованного и децентрализованного теплоснабжения применительно к существующим схемам котельных установок.
В условиях перехода к рыночной экономике системы теплоснабжения находятся в
поле экономических интересов практически всех сфер производства и слоев общества.
Коммунальная энергетика потребляет более 20 % электрической и до 45 % тепловой
энергии, производимой в России. Степень изношенности оборудования, используемого на
ее объектах, приближается к 70 %, число аварий в год на 100 км магистральных тепловых сетей возросло до 200. Почти 100 % теплотрасс и линий абонентской разводки выполнено из коррозионно-нестойких углеродистых труб, несмотря на то, что большинство
входящих в эти системы источников теплоты (котельных) эксплуатируются без водоподготовки и деаэрации воды. Эксплуатация тепловых сетей сопровождается тепловыми потерями от внешнего охлаждения, составляющими 12-20 % тепловой мощности (нормируемое значение 5 %), и утечками теплоносителя (5-20 % от расхода сети при норме 0,5
%) [1, 2].
Преобладающая последние десятилетия в инженерных проектах и технических решениях система централизованного теплоснабжения (ЦТ) позволила достичь:
- максимальной эффективности выработки тепловой энергии мощными источниками теплоты, эксплуатируемыми специализированным персоналом;
- рационального использования централизации на базе крупных энергетических
установок;
- максимального социального эффекта с полным освобождением населения от
трудозатрат на обслуживание системы теплоснабжения.
Однако при централизованном снабжении из-за несовершенства местных энергетических систем распределения и управления, наличия технологически обусловленных режимов «перетопа» значительно увеличились потери тепла у потребителей. Большая протяженность тепловых сетей, значительный износ оборудования и низкое качество эксплуатации привели к снижению надежности функционирования как центральных источников тепла, так и распределительных сетей, что предопределило их высокий уровень
аварийности и низкие эксплуатационные показатели.
В связи со сложившимся положением в сфере энергообеспечения в современных
теплоэнергетических системах одновременно с использованием ЦТ происходит увеличение в общем балансе доли выработки тепла и электроэнергии автономными источниками
энергии коммунального и промышленного назначения на базе мини-ТЭЦ и мобильных
котельных: квартирными системами отопления и горячего водоснабжения; крышными
или пристроенными к многоэтажным зданиям (блочными) котельными; когенерационными установками с комбинированной выработкой тепловой и электрической энергии.
Функционально и экономически должны быть обоснованы оптимальное соотношение
централизованных, децентрализованных и индивидуальных производителей энергии и условия ее транспортировки потребителям. Децентрализация на современном уровне, базирующаяся на высокоэффективных теплогенераторах последних поколений с использованием энергосберегающих систем автоматического управления, позволяет в полной мере
удовлетворить потребности практически любого проекта.
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Организация автономного децентрализованного теплоснабжения (ДЦТ) позволяет
осуществить реконструкцию объектов, развитие инфраструктуры в городских районах
старой и плотной застройки при отсутствии свободных энергетических мощностей в централизованных системах. При выборе источника автономного теплоэнергоснабжения необходимо учитывать характер зоны расположения объекта-потребителя (отдельное здание
или их группа). Зоны расположения можно разделить на четыре вида: зоны ЦТ от городских (районных) котельных, зоны ЦТ от городских ТЭЦ, зоны автономного теплоснабжения, зоны смешанного теплоснабжения. Немаловажным фактором является оценка в каждом конкретном случае эффективности использования топлива и капиталовложений, а
также воздействия работы источника на состояние окружающей среды.
Если объект находится в зоне ЦТ от ТЭЦ , а загрузка станции и пропускная способность тепловых сетей позволяют подключить его к теплофикационной системе, предпочтение отдается централизованному варианту, поскольку потребление газа на нужды
теплоснабжения без выработки электроэнергии по комбинированному циклу приводит к
перерасходу топлива.
Для того чтобы сохранить существующую инфраструктуру и не допустить сокращения выработки электроэнергии на базе теплового потребления, целесообразно, если реконструкция объекта связана с увеличением тепловой нагрузки, установить автономный
теплоисточник, рассчитанный не на покрытие отопительной нагрузки всего реконструированного объекта, а только на ее прирост. При этом следует оценить степень морального
и физического износа оборудования ТЭЦ и тепловых сетей, а также перспективы сохранения теплофикационной системы в данной зоне. Работы по модернизации и перевооружению теплоэнергетического хозяйства потребуют в ближайшее время применения в новых и реконструируемых системах эффективного и надежного оборудования, пригодного
к сложным условиям и режимам эксплуатации.
Использование децентрализации позволяет лучше адаптировать систему теплоснабжения к условиям потребления тепла объектом. Повышенный интерес к автономным
источникам в последние годы обусловлен также финансовым состоянием и инвестиционно-кредитной политикой в отрасли. Строительство централизованной системы требует от
инвестора значительных единовременных затрат на источник, тепловые сети и внутренние
системы с неопределенным сроком окупаемости или практически на безвозвратной основе. При децентрализации имеется возможность не только снизить капитальные затраты
благодаря отсутствию инженерных сетей, но и переложить строительные расходы на
стоимость жилья, объекта (т.е. потребителя). Местное регулирование потребления тепла,
исключающее «перетопы», характерные для теплого периода отопительного сезона в централизованных системах, контроль потребления горячей воды, а значит и затрат на отопление и горячее водоснабжение (ГВС), наряду с исключением потерь теплоносителя и
теплоты во внешних сетях, позволяют существенно сократить потребление топлива децентрализованными системами по сравнению с эквивалентной по мощности централизованной системой теплоснабжения.
Анализ коммунального энергопотребления за последние 10-15 лет показал, что
вместе с тепловой существенно увеличивается электрическая нагрузка. Так, при реконструкции жилых кварталов с увеличением плотности застройки электропотребление может
возрасти в 3-5 раз. Технически обоснованным решением в этом случае является сооружение мини-ТЭЦ единичной мощностью 0,03…30 МВт [3].
Возможность применения различных схем автономной теплоэлектроцентрали –
мини-ТЭЦ – повышает надежность теплоэлектроснабжения, сокращает до минимума потери при транспортировке энергии и, как правило, снижает затраты на производство тепла
и электричества в целом. Установки отличаются простотой управления, высокой надежностью, низкой себестоимостью вырабатываемой электрической и тепловой энергии, по-
35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
зволяют исключить потери тепла при транспортировке горячей воды. Их основу составляют серийно выпускаемые и работающие в когенерационном режиме электроагрегаты с
приводом от паровой или газовой турбины, двигателя внутреннего сгорания. В установках
используются следующие теплоисточники: котлы - утилизаторы выхлопных газов; теплообменники, работающие на охлаждающей двигатель воде; водогрейные или паровые котлы, а также устройства подключения к электрическим и тепловым сетям.
Преимуществами автономных мини-ТЭЦ в сравнении с системой ЦТ являются:
- снижение себестоимости производимой электроэнергии в 2 – 4 раза;
- отсутствие затрат на транспортировку энергии;
- повышение надежности энергоснабжения как следствие независимости от внешних условий (возможные перебои с подачей электроэнергии не приводят к прекращению
работы теплоисточника);
- улучшение экономических показателей существующих котельных вследствие
выработки в них электроэнергии;
- возможность продажи в энергосистему излишков вырабатываемой электроэнергии;
- более низкие затраты на приобретение оборудования и монтаж мини-ТЭЦ в случае нового строительства по сравнению с затратами на сооружение питающих линий и
подключение к централизованным системам.
Важным достоинством мини-ТЭЦ является их экологическая безопасность: при
сжигании газа или жидкого топлива их эксплуатационные характеристики соответствуют
самым жестким европейским стандартам по допустимым выбросам в атмосферу.
Необходимо отметить и присущие мини-ТЭЦ недостатки:
- высокую стоимость оборудования, строительства и эксплуатации;
- невысокий КПД по первичному энергоносителю (особенно летом);
- зависимость электрической нагрузки от тепловой, что для северных районов обусловливает недостаток тепловой мощности (51-58 %), а при подборе установки по тепловой мощности - избыток электрической (42-49 %), для сброса которой приходится использовать электронагреватели [2].
В котельных тепловой мощностью до 10 МВт при низких параметрах пара могут
применяться паровые машины объемного типа ПРОМ и ПВМ, при тепловой мощности
более 10 МВт - паровые противодавленческие турбоагрегаты блочного типа и противодавленческие турбины для низких и средних параметров пара. У паровых машин объемного типа внутренний КПД составляет около 50-55 %, блочных турбоагрегатов –
65-75 %, противодавленческих турбин – 70-80 %.
В [4] рассмотрены схемы мини-ТЭЦ с противодавленческими турбинами (рис. 1а,
б), которые могут быть реализованы на базе существующих паровых котельных. Для решения задач реконструкции коммунальной энергетики представляет интерес их сравнение
с точки зрения выработки максимально возможной электрической мощности при одинаковых тепловых нагрузках. При этом определяющими являются следующие факторы: общая тепловая нагрузка котельной, соотношение электрической и тепловой нагрузок, параметры пара на входе в турбину, противодавление паровой турбины, вид тепловой схемы
мини-ТЭЦ .
Для открытых систем теплоснабжения (рис. 1а) с выработкой электроэнергии на
базе нагрузки ГВС в котельных с атмосферными деаэраторами при вводе в работу паровой турбоустановки пар в пароводяные теплообменники (ТО) и деаэраторы поступает с
выхлопа турбины. В результате тепловая мощность пароводяных ТО котельной при противодавлении турбины 0,12 МПа уменьшается примерно в 1,9 раза, нагрев воды в них
снижается с 28 до 14 оС, соответственно нагрев воды в деаэраторах возрастает с
34 до 48 оС. В этом случае возможна реконструкция теплообменной группы аппаратов
36
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
котельной с увеличением поверхности теплообмена при сохранении величины подогрева
подпиточной воды в пароводяных ТО на уровне 28 оС и деаэраторах - 34 оС. При этом
максимальное увеличение поверхности теплообмена независимо от начальных параметров
пара при противодавлении турбины 0,12 МПа может составлять 2,2 раза. Повышение
температуры подпиточной воды на выходе из теплообменной группы до 95 оС приводит к
перераспределению потоков пара между деаэратором и подогревателями и слабо изменяет
расход свежего пара через турбину и электрическую мощность мини-ТЭЦ , поэтому при
реконструкции теплообменной группы целесообразно сохранить подогрев подпиточной
воды на уровне 28 оС. Приведенные рекомендации справедливы также для варианта установки пароводяных ТО в машзале при выводе из работы подогревателей котельной и подаче пара с выхлопа турбины на ТО машзала и деаэраторы.
а)
б)
Рис. 1. Тепловые схемы мини-ТЭЦ: а – открытая система теплоснабжения; б – закрытая система теплоснабжения; 1 - паровой котел; 2 - противодавленческая турбина; 3 – электрогенератор; 4 - РОУ котельной;
5 - деаэратор подпиточной воды; 6 - деаэратор питательной воды; 7 - охладитель деаэрированной воды;
8 - аккумулятор горячей воды; 9 - подогреватель подпиточной воды; 10 – насос; 11 - подогреватель подпиточной воды машзала; 12 - пароводяной сетевой подогреватель (водогрейный котел); ТС - тепловая сеть;
ПС - прямая сетевая вода; ОС - обратная сетевая вода
В схеме мини-ТЭЦ закрытой системы теплоснабжения (рис. 1б) с выработкой электроэнергии на базе общей тепловой нагрузки при последовательном подключении пароводяных подогревателей машзала 11 и подогревателей сетевой воды котельной 12 (пароводяных сетевых подогревателей, водогрейных котлов) электрическая мощность зависит
от температурного графика регулирования отопительной нагрузки.
На рис. 2 представлены графики изменения соотношения электрической (N Э ) и тепловой (N Т ) нагрузок мини-ТЭЦ в зависимости от величины противодавления Р пр. при
различных температурных режимах отопительной нагрузки. В расчетах принимались:
внутренний КПД турбины - 75 %, КПД электрогенератора с механическим приводом - 95
%, доля тепловой нагрузки ГВС в общей нагрузке котельной - 25 %, параметры пара 3,4 МПа и 435 °С. Нижний предел противодавления определялся значением 15 %
влажности водяного пара на выходе из турбины.
Как видно из рис. 2, с увеличением температуры в системе отопления возрастет и
удельная электрическая мощность. На каждом температурном графике наблюдается максимум электрической мощности, величина которого тем больше, чем меньше расчетная
температура в подающей линии сети. Для рассмотренных температурных графиков, кроме
графика 1, оптимальное противодавление достаточно точно определяется давлением насыщения, соответствующим температуре в подающей линии сети, с учетом минимального
температурного напора, который был принят в расчетах равным 5 оС. Оптимальные зна37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
чения противодавления увеличиваются с повышением температуры в подающей линии
сети. Наибольшее значение электрической мощности достигается для температурного
графика 4 при противодавлении 0,1 МПа.
Электрическая мощность, выработанная на базе общей тепловой нагрузки
открытой системы теплоснабжения, зависит от доли нагрузки ГВС и с ее увеличением возрастает. В водогрейных котельных, имеющих паровую часть, электрическая мощность мини-ТЭЦ ограничивается паровой производительностью котельной. В общем случае величина устаРис. 2. Зависимости соотношения разных видов на- навливаемой электрической мощности
грузки мини-ТЭЦ от величины противодавления при для выбранной схемы мини-ТЭЦ зависит
различных температурных режимах отопления: от тепловой нагрузки котельной, жела1 – 150-70 оС; 2 – 130-70 оС; 3 – 115-70 оС; тельной степени загрузки турбоагрегатов
4 – 95-70 оС
в течение года и определяется техникоэкономическими расчетами с учетом цен на топливо и тарифов на энергоносители.
При анализе и выборе тепловых схем энергетических установок, выполнении оптимизационных расчетов режимов и параметров их работы эффективно могут быть использованы современные программные информационные технологии и методы исследования, в том числе основанные на компьютерном имитационном моделировании [5].
В современной коммунальной энергетике и системах ДЦТ все большее применение
находят автономные (индивидуальные) котельные, которые используются для теплоснабжения одного здания или сооружения. Они могут быть отдельно стоящими (блочными),
встроенными (независимо от этажа размещения), пристроенными или крышными. Реконструкция котельных, расположенных в подвальных помещениях жилых домов, затруднена
из-за ряда их особенностей: невозможности закрытия котельных на продолжительный период и сложности производства работ в стесненных условиях. Поэтому при их реконструкции и модернизации рекомендуются такие инженерные методы, как оснащение котельных высокоэффективной автоматикой с сохранением существующих чугунных секционных котлов и заменой газогорелочных устройств на более качественные газовые горелки, установка современных водотрубных водогрейных котлов малых размеров, монтаж
дополнительных автономных котлоагрегатов.
Блочные котельные целесообразно применять при дефиците мощностей на централизованном источнике теплоты, перегруженности существующих тепловых сетей и невозможности их реконструкции, отсутствии свободных территорий для расширения источника ЦТ, а также как пиковые в сочетании с ЦТ в том случае, когда имеется дефицит
теплоты в виде недогрева теплоносителя на расчетных режимах, и для снятия нагрузок
ГВС с источника ЦТ.
Крышные котельные рекомендуется устанавливать при невозможности другого
технического и архитектурного решения. При их установке особое внимание необходимо
уделять шумовым и вибрационным показателям оборудования и способам его монтажа.
Рекомендуется применять оборудование с минимальными шумовыми характеристиками
(котлы с атмосферными горелками, малошумные насосы и т.п.), а также исключать использование твердого или жидкого топлива. Для уменьшения нагрузки на несущие конструкции здания, уменьшения шума и вибраций предпочтительно расположение в двух
уровнях: котлы с обвязкой и газоходами - на крыше, а вспомогательное оборудование – на
38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
низшей отметке здания. При проектировании крышных котельных необходимо учитывать
возможные осложнения в случае выхода из строя основного оборудования. Так, при капитальном ремонте может потребоваться спецтехника для снятия котельной с крыши многоэтажного здания и ее последующего монтажа на подготовленной площадке.
Сооружение автономных котельных оправдано на отдельных удаленных участках
застройки, оно должно быть сопоставлено по технико-экономическим показателям со
строительством мини-ТЭЦ, использующих компактные турбинные установки или газопоршневые двигатели для одновременной выработки тепловой и электрической энергии.
Систему теплоснабжения – централизованную или децентрализованную – следует
выбирать на основе технико-экономического обоснования с учетом инвестирования
строительства и в зависимости от величины и плотности тепловых нагрузок, совокупности технических, экономических, экологических, градостроительных, социальных, санитарно-гигиенических и эксплуатационных факторов. Система теплоснабжения может рассматриваться как инвестиционный проект, позволяющий реализовать заданное количество
теплоты потребителям по рыночным ценам. При этом ее технико-экономическая эффективность должна оцениваться также исходя из реалий складывающейся рыночной экономики с использованием современных специализированных методик. Возможны следующие принципы экономического обоснования и выбора вида теплоснабжающей системы
для конкретных условий инженерного проекта.
Наряду с разделением систем централизованного и децентрализованного теплоснабжения по указанным формальным и организационным признакам, объективно существует три зоны их экономического соотношения по затратам З в покрытии прироста тепловой нагрузки ∆Q . Для исследования качественной обобщенной картины зависимости
соотношения экономических характеристик и взаимовлияния зон ЦТ и ДЦТ при различных тепловых нагрузках могут быть использованы графики [6] , схематично представленные на рис. 3. Как показывает анализ кривых, на рис.3 можно выделить:
• I зону - зону явных экономических преимуществ ЦТ (З ЦТ <Ц Т <З ДЦТ );
• II зону - зону взаимной экономической конкуренции ЦТ и ДЦТ (З ЦТ < З ДЦТ <Ц Т );
• III зону - зону явных экономических преимуществ ДЦТ (З ДЦТ <З ЦТ ).
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
В соответствии с таким подходом
зоны ДЦТ можно разделить на две категории: зоны ДЦТ, существование которых обусловлено техническими и
технологическими условиями, и зоны
ДЦТ, существование которых вызвано
экономическими взаимоотношениями
энергосистемы с потребителями теплоты и установленными ценами на энергоносители.
Когда нет экономической конкуренции между теплоснабжающими системами, критерием выбора схемы теплоснабжения могут быть суммарные
затраты за расчетный период с дисконРис. 3. Зависимости соотношения экономических характе- тированием их к базовому году, обуристик и зон ЦТ и ДЦТ от тепловой нагрузки: 1 - эконо- словленные лишь их техническими,
мическая характеристика ЦТ (З ЦТ ); 2 - характеристика
цены за теплоту в системе ЦТ (Ц Т ); 3 - экономическая технологическими и экологическими
характеристика ДЦТ (З ДЦТ ); 4 - фактическая экономиче- преимуществами. При этом реализуется
ская характеристика существующей системы ЦТ при пе- основное требование рыночной эконореносе ее нагрузки на ДЦТ
мики: учет упущенной выгоды, величину которой при альтернативном использовании средств следует не вычитать, а прибавлять к суммарным затратам.
При наличии экономической конкуренции, когда выбор систем теплоснабжения зависит от цен и тарифов на отпускаемую теплоту, в качестве критерия в экономических
обоснованиях принимается чистая прибыль с учетом действующей системы налогообложения, дисконтированная к расчетному году, - чистая текущая стоимость (ЧТС). В этом
случае на результаты расчета оказывает дополнительное влияние конъюнктура цен на
реализуемую тепловую энергию. ЧТС определяется как стоимость, получаемая путем
дисконтирования отдельно на каждый год разности всех оттоков и притоков наличности,
накапливающейся за период функционирования проекта, при заранее определенной норме
процента на капитал.
Экономически оправданными для последующей практической реализации среди
рассматриваемых систем теплоснабжения являются те проекты, у которых получается положительной расчетная величина ЧТС. Из них наиболее эффективным будет вариант с
наибольшим значением чистой текущей стоимости (ЧТС) max .
Общим экономическим критерием эффективности использования инвестиций является удельная прибыль, приходящаяся на единицу средств капиталовложений (К). Для
каждой теплоснабжающей системы по ее технико-экономическим, нагрузочным и стоимостным показателям можно вычислить соответствующие отношения приростов покрываемых тепловых нагрузок ∆Q к приростам капитальных вложений ∆К за принятые периоды времени. Выстроив эти отношения в порядке их убывания, можно получить функциональную зависимость ∆Q / ∆К = f (К ) , которая является характеристикой эффективности использования капитальных вложений при строительстве или реконструкции теплоэнергетической установки и позволяет сделать в инвестиционном проекте обоснованный
выбор принципиальной схемы теплоснабжения.
Существующие подходы и оценочные методы инженерных решений при проектировании и эксплуатации систем теплоснабжения дают возможность прогнозировать оптимизированные режимы работы любых теплоэнергетических хозяйств, в том числе комму40
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
нальные, с достаточно высокими технико-экономическими показателями.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Хаванов, П.А. Коммунальная энергетика – текущий момент / П.А. Хаванов, Н.А.Харламова // Энергосбережение. - 2003. - №5. - С. 18-21.
Хаванов, П.А. Автономная система теплоснабжения – альтернатива или шаг назад? / П.А. Хаванов //
АВОК. - 2004. - №1. - С. 34.
Энергосберегающие системы теплоснабжения зданий на основе современных технологий и материалов:
альбом / Госстрой России, Филиал Федерального центра энергоресурсосбережения Госстроя России по
Северо-Западному федеральному округу, Академический центр теплоэнергоэффективных технологий;
под общ. ред. С.А.Чистовича. - СПб.: АЦТЭЭТ, 2003. - 147 с.
Петрушенков, В.А. Сравнительные характеристики противодавленческих паровых турбин / В.А. Петрушенков, В.В. Васькин // Новости теплоснабжения. - 2005. - №2. - С.32-37.
Мирошников, В.В. Компьютерное имитационное моделирование при оптимизации теплоэнергетических
установок / В.В. Мирошников, В.С. Казаков, П.В.Казаков // Интенсификация работы теплоэнергетических установок: сб. науч. тр. - Брянск: БГТУ, 2000. - С. 107-112.
Яковлев, Б.В. Технико-экономическое обоснование выбора вида систем теплоснабжения в современных
условиях / Б.В. Яковлев // Новости теплоснабжения. - 2005. - №2. - С.2-6.
Материал поступил в редколлегию 15 12. 05.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Казаков В.С., Глушак Е.А. Современные пути и методы повышения надежности и экономичности систем теплоснабжения ………………………..
Анализируются перспективные направления и современные методы повышения технико-экономических показателей и надежности работы систем
централизованного и децентрализованного теплоснабжения применительно к
существующим схемам котельных установок.
Kazakov V.S., Glushak E.A. Modern ways and methods of increase of reliability and profitability of systems of a heat supply ………………………………....
Perspective directions and modern methods of increase of technical and economic parameters and reliability of work of systems of the centralized and decentralized heat supply with reference to existing schemes of boiler installations are
analyzed.
41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Казаков Валерий Сергеевич, к.т.н., доцент кафедры «Турбины и теплоэнергетика» БГТУ.
Глушак Екатерина Александровна, студентка V курса специальности
«Промышленная теплоэнергетика» БГТУ.
АВТОРЫ:
_______________________ В.С. Казаков
_______________________ Е.А. Глушак
42
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
УДК 621.438
В.Т. Буглаев, И.Г. Гоголев, А.М. Дроконов, А.Д. Николаев
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОДНОСТУПЕНЧАТОЙ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ
Представлены результаты экспериментальных исследований совместной работы турбинной ступени
и прилегающих патрубков. Показаны способы аэродинамического совершенствования их проточной части.
В настоящее время остаются недостаточно исследованными условия совместной
работы турбинной ступени с входным и выхлопным патрубками, что затрудняет процесс
оптимизации конструкции проточной части при проектировании и модернизации
турбомашин. С целью изучения взаимного влияния ступени и прилегающих к ней
патрубков была исследована одноступенчатая турбина, состоящая из осевой ступени,
газовпускного и выходного патрубков различной конструкции, на оборудовании и по
методике БГТУ [1].
Объектом испытаний служила модель газовой турбины агрегата наддува мощного
судового дизеля, безбандажная турбинная ступень которой имела следующие параметры:
d/l=7,0, углы решеток на среднем диаметре α 1 = 17°36′ и β 2 = 20° , степень реакции
ρ = 0,35 . Исследования проводились на воздушном стенде при числах M C1 = 0 ,35...0 ,45 и
Re С = (3,5...4,0)105 . Конструкции газовпускного и выхлопного трактов обеспечивали
1
поворот рабочего тела на 90° (рис. 1). Выходной патрубок простейшей конструкции
включал осерадиальный диффузор со степенью расширения nд = F3 F2 = 1,8 и корпус,
компоновка которого позволяла проводить испытания с различными значениями
выходных площадей
(n = F4 F2 ) . Характеристики потока регистрировались
аэродинамическими зондами в контрольных сечениях 0’-0’, 0-0,
1-1, 2-2, 3-3 и 4-4
проточной части. Испытания проводились в широком диапазоне режимов работы
установки. Определялись технические характеристики турбинной ступени, газовпускного
и выхлопного трактов при их различном конструктивном исполнении.
Рис. 1. Схема проточной части турбинного отсека: 1 – входной патрубок;
2 – направляющий аппарат; 3 – рабочее колесо;
4 – диффузорный выходной патрубок; 5 – дефлектор; 6 – решетка;
0’ – 0’, 0 – 0, 1 – 1, 2 – 2, 3 – 3, 4 – 4 – измерительные сечения
41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Влияние входного патрубка. Первый этап программы испытаний охватывал
автономные исследования входных патрубков и ступени турбоагрегата. Изучение
аэродинамических характеристик газовпускного
устройства на специальном
испытательном стенде позволило определить благоприятные контуры ограничивающих
поверхностей, обеспечивающие минимальные энергетические потери. При этом
установлено оптимальное отношение площадей между выходным и входным сечениями
патрубка - n1 = 0 ,9 .
По
результатам
исследований
спроектирован газоподводящий тракт (рис. 2а),
обладающий существенно меньшими в сравнении
с исходным потерями энергии. При дальнейшей
его
модернизации
были
дополнительно
сокращены практически вдвое потери напора
(рис. 2б), составившие в этой конструкции
ξ п = 0,16 при Re = (1,0...1,2)10 5 . Одновременно
снизился (в сравнении с моделью I) градиент
изменения углов выхода потока из тракта
газовпуска (сечение 0-0).
При исследовании отсека «входной патрубок
– ступень» была проведена его конструктивная
Рис. 2. Модернизация проточной части
модернизация.
Изучалось
влияние
формы
входного патрубка:
а– модель I; б– модель II
меридионального обвода направляющего аппарата
(НА) турбинной ступени средней верности на
экономичность работы агрегата. Было испытано 8 вариантов моделей ступени, угол
раскрытия проточной части которых изменялся в диапазоне ± 15° в корневом γ
и
периферийном
γn
к
сечениях (рис.3) при коническом очертании этих поверхностей.
Градиент изменения проходных площадей формировался благодаря соотношению углов
γ и γ . Установлено, что любой наклон внутреннего контура направляющей решетки
к
n
интенсифицировал радиальные перетекания энергоносителя, ухудшающие процесс его
течения в корневой области лопаточного аппарата, а потому этот обвод следует
формировать с ограничивающей поверхностью цилиндрического вида. При этом
обнаружено, что некоторая конфузорность периферийной меридиональной поверхности (в
пределах − 10... − 15° ) позволяет повысить экономичность ступени приблизительно на 1 %
(рис. 3). Обеспечение в средней части сопловых каналов линий тока, характерных для
выходных сечений НА, благоприятно влияет на структуру течения теплоносителя, что
улучшает преобразование энергии в ступени [2].
Сравнение аэродинамических характеристик элементов рассматриваемого отсека в
изолированных условиях с характеристиками, полученными в результате исследований в
комбинации «входной патрубок - ступень», позволило оценить взаимное влияние
последних в условиях совместной работы и наметить конкретные пути конструктивного
совершенствования. Так, исследование характера течения рабочего тела перед сопловой
решеткой показало значительную неравномерность его параметров (полей полного и
статического давлений, углов входа потока в НА). Как видно из рис.4а, за моделью I
патрубка в соплах, расположенных в зоне А (рис. 1), где согласуются направления
движения газа и вращения диска, наблюдаются отрицательные углы атаки потока. На дуге
В подачи газа углы атаки преимущественно положительные [2].
42
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Рис. 3. Зависимость η max =f(γ п ) при (u/C 0 ) opt
Рис. 4. Аэродинамические характеристики отсека
«входной патрубок – ступень» (с моделью I патрубка):
а– углы входа потока в сопловой аппарат в окружном
направлении; б– потери энергии ζ с в сопловом аппарате
Окружное распределение потерь напора в сопловых каналах (рис. 4б) подтверждает
неравномерность параметров газа в межвенцевом зазоре. Траверсирование потока за
ступенью показало, что в этом сечении его неравномерность существенно сокращается,
т.е. в рабочем колесе (РК) значительно снижается деформация течений, привнесенная
входным патрубком.
КПД комбинации «входной патрубок - ступень» при оптимальном режиме
эксплуатации на 2,5 % ниже эффективности изолированной ступени из-за
аэродинамических потерь непосредственно в каналах газовпускного тракта и потерь,
обусловленных влиянием последнего на преобразование энергии в ступени вследствие
43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
подачи теплоносителя со значительной неравномерностью распределения параметров в
окружном и радиальном направлениях (рис. 5, кривые 2 и 3).
Рис. 5. Зависимости КПД различных вариантов отсека от числа u/C 0 и n:
1–отдельная ступень с полным использованием выходной кинетической
энергии; 2 – отдельная ступень без использования выходной
кинетической энергии; 3 – комбинация «входной патрубок – ступень»;
4 – комбинация «ступень – диффузор»; 5 – комбинация «ступень –
выходной диффузорный патрубок» с отношением площадей n=2,5;
6–комбинация «ступень –выходной диффузорный патрубок» с
отношением площадей n=2,2; 7 – турбина с выходным патрубком n=2,5
Конструктивное совершенствование газоподводящего тракта (рис. 2б) и
профилирование направляющих лопаток турбинной ступени для условий безударного
натекания рабочего тела (согласно кинематике выхода потока из соответствующей зоны
газовпускного устройства, рис. 4а) способствовали повышению экономичности отсека
«входной патрубок - ступень» и обеспечивали снижение вибрационной нагрузки на
лопаточный венец РК.
Установлено, что большое влияние на уровень потерь энергии в безбандажных
турбинных ступенях оказывают утечки теплоносителя через радиальный зазор над РК.
Некоторое их снижение может быть достигнуто посредством создания у периферии
ступени за НА положительной перекрыши, оптимальные размеры которой для отдельных
групп ступеней устанавливаются опытным путем.
Другим перспективным направлением, способствующим снижению утечек
энергоносителя через радиальный зазор, является создание на внешнем обводе над РК
винтовых профильных канавок, обеспечивающих эффект «запирания» потока в
44
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
периферийной области. Так, канавки полукруглой формы (рис. 6), расположенные под
углом 75° к оси машины, в турбинной ступени с d/l=7,0 при радиальном зазоре δ = 0,5 мм
обеспечивают повышение КПД приблизительно на 1 % в сравнении с КПД ступени с
гладким периферийным кольцом.
Рис. 6. Периферийное уплотнение с винтовыми канавками на внешнем обводе над РК
Влияние осерадиального диффузора. Как показали исследования, эффективность
диффузора в значительной степени зависит от структуры входящего потока. Наименьшие
потери напора наблюдаются при равномерном поле скоростей и давлений рабочего тела.
Движение газа в канале диффузора при этом становится близким к осесимметричному,
наблюдается достаточно равномерное распределение параметров потока вдоль радиуса и
малая степень турбулентности. Коэффициент затрат энергии в патрубке, определяемый по
формуле ς = 1 − P1 − P2 (здесь P1 и P2 - величины статического давления на участках
E1
входа и выхода модели соответственно, E1 - кинетическая энергия), составил в
рассматриваемом случае ς = 0,62 (рис. 7, точка 1).
При совместной работе
диффузора
и
турбинной
ступени последняя оказывает
воздействие на течение в
диффузоре: набегающий поток
становится нестационарным и
высокотурбулентным. В периферийной области диффузора в
широком диапазоне режимов
работы ступени наблюдается
положительная закрутка потока
(в направлении вращения РК) и
с увеличением u/C o возрастает
протяженность области закрученного течения внутри каРис. 7. Зависимость потерь энергии ζ в выходных элементах
нала.
турбины от угла входа потока α 2 :
1 – диффузор в изолированных условиях (с равномерным
Для
снижения
подводом газа); 2 – комбинация «ступень – диффузор»;
отмеченного отрицательного
3 – выходной диффузорный патрубок в изолированных
воздействия
целесообразно
условиях с n=2,5; 4 – комбинация «ступень – выходной
создание
положительной
диффузорный патрубок» с n=2,5
перекрыши на внешнем обводе
входного участка диффузора,
45
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
соответствующей примерно 10 % высоты рабочей лопатки ( l ).
В этой области на внутреннем обводе диффузора поток при малых отношениях
u/C o имеет противоположное винтовое движение, а при больших оно совпадает с
направлением вращения РК.
Создание ступенью высокодеформированного потока на входе в диффузор
приводит к росту путевых потерь на его обводах. Условия эксплуатации, при которых
закрутка потока имеет положительное направление по всей высоте рабочей лопатки,
обусловливают увеличение потерь напора в диффузорном канале. И напротив, создание
некоторого отрицательного винтового течения приводит даже к некоторому повышению
его КПД (рис. 7, кривая 2).
Расположение диффузора за РК позволяет в определенной мере использовать
выходную кинетическую энергию. Так, КПД η max комбинации «ступень - диффузор»
увеличился на 1,8 % в сравнении с КПД η max отдельной ступени (рис. 5, кривые 2 и 4).
Создание на внешнем обводе входного участка диффузора положительной
перекрыши и отсос пограничного слоя в зоне отрыва от поверхности обвода путем
рециркуляции
потока (рис.8) позволяют
повысить
эффективность работы
рассматриваемого отсека на 1,0…1,5 %, а также снизить его виброактивность и уровень
излучаемого звукового давления.
Рис. 8. Конструктивное исполнение усовершенствованного диффузора
Влияние диффузорного выходного патрубка. Практика проектирования входных
и выходных устройств ГТУ показала, что аэродинамическое сопротивление входных
патрубков ( ξ = 0,13...0,5 ) существенно меньше, чем выхлопных( ξ = 0,4...1,1 ). Поэтому,
снижение сопротивления выходного отсека турбомашины позволит получить
значительный прирост мощности. Для реализации этой задачи была проведена
конструктивная модернизация последнего.
При расположении за ступенью турбины патрубка с односторонним выходом в
проточной части турбины возникают определенная асимметрия и неравномерность
течений, зависящие от конструктивных особенностей выходного тракта и режима работы
предвключенной ступени.
Как и на предыдущих этапах исследований, были выполнены испытания
диффузорного выходного патрубка в изолированных условиях на статическом стенде.
При этом установлены его оптимальные геометрические параметры: форма контура
поворота потока в закрытой области патрубка, обеспечивающая его плавное направление
в зону выхлопа, а также расстояние ∆ между выходным кольцевым сечением диффузора
и ограничивающими боковыми стенками корпуса ( ∆ ≈ 1,3l ).
С целью стабилизации течений энергоносителя в каналах выхлопного отсека в
области внешнего обвода диффузора устанавливался стационарный широкорежимный
46
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
дефлектор, посредством которого высокоскоростная периферийная часть потока,
ускоряясь на выходном участке внешней поверхности, создавала эжектирующий эффект,
содействуя безотрывному течению(рис. 1, п.5).
В части патрубка, прилегающей к выходному сечению, целесообразно
устанавливать противовихревые решетки, ориентированные вдоль оси турбины (рис. 1,
п. 6), что способствует снижению сопротивления корпуса и уровня его вибрации.
В диффузоре, работающем в системе выходного тракта со степенью расширения
n = 2,5 , коэффициент потерь энергии составил ς = 0,96 (рис.7, п.3).
Турбулентность и неравномерность потока, обусловленные ступенью турбины
(рис. 9), вызывают рост энергетических потерь в каналах выхлопного отсека, причем
величина их зависит от угла входа рабочего тела в диффузор α 2 (рис. 7, кривая 4).
Наименьшая величина потерь напора в патрубке наблюдалась на режиме с α 2 ≈ 70° , т.е.
отрицательная закрутка обеспечивает наиболее благоприятные условия течения
энергоносителя.
На рис. 5 представлены
зависимости КПД комбинаций
«ступень–выходные патрубки»
при
степени
расширения
последних n = 2,5 и n = 2,2
(кривые 5 и 6) от режима работы
предвключенной ступени. Как
видно,
установка
корпуса
патрубка снижает эффективность использования выходной
кинетической
энергии
за
ступенью, причем с уменьшением
площади
выхода
исследуемого варианта патрубка величина этих потерь энергии
возрастает.
Следует отметить, что
эффективность
собственно
ступени, работающей совместно
Рис. 9. Влияние угла выхода потока α 2 на распределение
с выхлопным отсеком, мало
скоростей за ступенью С 2 по высоте лопатки l = x / l : 1, 2, 3,
отличается от КПД ступени в
4 – соответствуют различным u/C o
изолированных условиях, что
можно
объяснить
незначительными изменениями условий течения газа в лопаточных каналах, в то время как
входной патрубок снижает ее эффективность примерно на 1 %.
Наличие патрубков практически не оказывает влияние на осредненную по
ометаемой площади степень реакции ступени, хотя перераспределение статического
давления в окружном направлении и по высоте каналов остается, то есть уровень осевого
усилия на РК сохраняется почти неизменным.
Комбинация «входной патрубок- ступень турбины - выходной патрубок».
Практический интерес представляет анализ условий работы турбоагрегата, проточная
часть которого состоит из ступени и прилегающих входного и выходного патрубков.
Зависимость эффективности этого отсека при n = 2,5 от параметра u/C o представлена
кривой 7 на рис.5. При оптимальном режиме работы общий КПД установки оказался
примерно на 2,5 % ниже, чем КПД отдельной ступени, причем эта разность несколько
47
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
уменьшается при снижении u/C o . Диффузор в турбине также положительно воздействует
на процесс преобразования энергии, а потому КПД турбоагрегата на частичных нагрузках
превосходит эффективность комбинации «входной патрубок- ступень».
Определенное влияние на КПД турбины оказывает взаимное расположение
сечений входа и выхода рабочего тела, формирующих его течение и определяющих
потери энергии в каждом из элементов проточной части. Установлено, что потери энергии
достигают минимальной величины, если подача газа в турбину и его отвод происходят на
одной стороне агрегата.
Исследования позволяют заключить, что при определении прочностных
характеристик ступени, работающей совместно с патрубками, необходимо учитывать
влияние последних, так как создаваемая в этих условиях окружная неравномерность
параметров потока существенно влияет на диск и лопаточный венец РК, повышая их
виброактивность. Кроме того, при смещении центра осредненного осевого давления газа
от оси вращения на ротор воздействует изгибающий момент, достигающий 10…15 %
крутящего момента ступени.
Таким образом, выполненные исследования позволяют сделать следующие
выводы:
• Работа турбинной ступени совместно с входными и выходными устройствами
несколько отличается от ее работы в изолированных условиях в основном под влиянием
входного патрубка.
• Существенное влияние на КПД отсека «ступень – выхлопной патрубок»
оказывает площадь выходного сечения последнего. При использовании выхлопных
устройств простейшей конструкции следует их проектировать со степенью расширения
n = 2 ,5...3,0 .
• Осерадиальный диффузор обладает наибольшей эффективностью при наличии
на входе в него (за рабочим колесом) некоторой отрицательной закрутки потока и
оборудовании его периферийным уступом на входе, а также
при оснащении
широкорежимным дефлектором;
• Экономичность ступени средней верности можно повысить путем
незначительного сужения каналов в области периферийного обвода направляющего
аппарата.
• Эффективность работы входного отсека газовой турбины, оборудованного
кольцевым газовпускным патрубком, можно существенно увеличить при проектировании
сопловых сегментов с учетом места их расположения в выходном сечении последнего, т.е.
обеспечивая безударное натекание потока на НА.
• Применение на внешнем обводе над безбандажным РК винтовых
уплотнительных канавок способствует повышению КПД ступени.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Афанасьева, Н.Н. Аэродинамические характеристики ступеней тепловых турбин/ Н.Н. Афанасьева, В.Н.
Бусурин, И.Г. Гоголев [и др.]; под ред. В.А. Черникова. – Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1980.
– 263с.
2. Гоголев, И.Г. Аэродинамические характеристики ступеней и патрубков тепловых турбин/ И.Г. Гоголев,
А.М. Дроконов. – Брянск: Грани, 1995. – 258с.
Материал поступил в редколлегию 16.01.06.
48
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
УДК 621.431.72
Н.А. Иващенко, Ю.А. Пахомов, С.А. Киселёв
ПРИМЕНЕНИЕ БЕСКРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА
В ТЕПЛОВОЗНЫХ ДИЗЕЛЯХ
Оценены перспективы применения бескривошипно-шатунного механизма (БКШМ) в качестве механизма преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное приводного вала
тепловозного дизеля типа ЧН 26/26. Приведены схемы сил, действующих в рядном четырехтактном дизеле и
в двигателе с БКШМ. Приведена сравнительная оценка кинематики и динамики двух механизмов передачи
энергии на приводной вал. Сделаны выводы о целесообразности применения бескривошипно-шатунного
механизма в тепловозных дизелях.
Все дизелестроительные фирмы ведут конкурентную борьбу за повышение технико-экономических параметров дизелей. Но в общепринятой конструкции двигателей с
кривошипно- шатунным механизмом (КШМ) улучшение этих показателей ограничивается
тепловой и механической напряженностью деталей двигателя. Поэтому идет поиск нетрадиционных методов улучшения параметров дизелей. Одним из таких методов может стать
применение бескривошипно-шатунного механизма (БКШМ) преобразования возвратнопоступательного движения поршня во вращательное движение приводного вала.
В КШМ преобразование давления газов в крутящий момент на валу двигателя происходит неэффективно в силу следующих причин. На рис. 1а показаны силы, действующие в КШМ рядного тронкового четырехтактного дизеля.
Полезную работу совершает сгорающая в цилиндре топливовоздушная смесь, а
крутящий момент на валу двигателя создается тангенциальной силой, действующей на
колено кривошипа. Из рисунка видно, что сила Т, создающая крутящий момент, не равна
силе давления газов Р г , поскольку часть энергии теряется при разложении на составляющие.
Кроме того, наличие в КШМ большого числа пар трения (шатунная шейка – кривошипная головка шатуна, поршневой палец – поршневая головка, поршневые кольца –
втулка цилиндра) приводит к дополнительным затратам энергии.
На рис. 1б показан двигатель с бескривошипно-шатунным механизмом (БКШМ)
Пахомова [1], представляющий собой цилиндр 1 с оппозитно расположенными поршнями
2 и 4 и жестко соединенными между собой двумя зубчатыми рейками 3 и 5. Между рейками на осях цилиндра расположен зубчатый сектор 6 с приводным валом 7. Длина полуокружности зубчатого сектора равна ходу поршня. Зубчатый сектор со стороны схода
зубьев из зацепления срезан на высоту зуба перпендикулярно диаметру полуокружности.
На зубчатых рейках выполнены две проточки радиусом полуокружности зубчатого сектора, которые смещены одна относительно другой на величину хода поршня.
Из рис. 1б видно, что в данной схеме крутящий момент будет создаваться непосредственно суммарной силой от сил давления газов и сил инерции поступательно движущихся масс.
Рассмотрим кинематику работы двигателя с БКШМ в сравнении с кинематикой
КШМ рядного четырехтактного дизеля типа ЧН 26/26. Все параметры двигателя с БКШМ
обозначим так же, как и для двигателя с КШМ, но с индексом «1». При расчете принимаем, что все параметры, за исключением рассчитываемых, аналогичны.
49
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
а)
б)
Рис.1. Схема сил, действующих в КШМ рядного тронкового четырехтактного дизеля (а);
в двигателе с БКШМ Пахомова (б)
Перемещение поршня. Перемещение поршня в зависимости от угла поворота
кривошипа для двигателя с центральным кривошипно-шатунным механизмом
s = R[(1 − cos ϕ ) +
где
вала.
λ
(1 − cos 2ϕ )] ,
4
R – радиус кривошипа; λ – постоянная механизма; φ – угол поворота коленчатого
50
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
 λ
Из этого уравнения следует, что при ϕ = 90° , s=
R 1 +  , а при =
ϕ 180° ,
90°
 2
s180° = 2 R .
При повороте кривошипа от ВМТ до НМТ движение поршня происходит под
влиянием перемещения шатуна вдоль оси цилиндра и отклонения его от этой оси. Вследствие совпадения направлений перемещений шатуна при движении кривошипа по первой
четверти окружности (0…90°) поршень проходит больше половины своего пути. При
движении кривошипа во второй четверти окружности (90…180о) направления перемещений шатуна не совпадают, и поршень проходит меньший путь, чем за первую четверть.
Перемещение поршня не линейно от угла поворота коленчатого вала. Зависимость перемещения поршня s центрального кривошипно-шатунного механизма от угла поворота
коленчатого вала φ для четырехтактного дизельного двигателя типа ЧН 26/26 за 1 оборот
коленчатого вала показана на рис.2.
Для того чтобы для двигателя с БКШМ обеспечить максимальный ход поршня,
соответствующий двигателю с КШМ, необходимо соблюсти условие:
S = S1 ,
если
тогда
S = 2R и S1 = π R З ,
2R= π R З ,
откуда
RЗ =
2
π
R = 0, 637 R ,
(1)
R З - радиус зацепления зубчатого сектора БКШМ.
Таким образом, радиус зубчатого сектора для равенства ходов должен быть меньше радиуса кривошипа R и составлять 0,637R.
Принимая, что зубчатый сектор вращается равномерно, так же как и в двигателе с
КШМ, и учитывая, что за каждый угол поворота зубчатого сектора поршень проходит
1
S можно рассчитать перемещение поршня при его движении от ВМТ до НМТ по за180
висимости
где
s1 =
ϕ1
180
S.
Таким образом, поршень перемещается пропорционально углу поворота зубчатого
сектора. При ϕ1 = 0° s1 = 0 , а при ϕ
=
180° s1= S= 2 R .
1
При обратном движении поршня от НМТ до ВМТ график перемещения симметричен относительно перпендикуляра, восстановленного к оси ϕ в точке 180º, и, следовательно,
ϕ1 

s=
1
1 −
S .
 180 
При этом, поскольку ход поршня обеспечивается полуокружностью сектора, угол
поворота ϕ1 необходимо задавать от 0 до 180º.
51
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
0,3
s, м
1
0,25
0,2
0,15
2
0,1
0,05
00
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
320
340
ϕ,°
360
Рис. 2. Зависимость перемещения поршня от угла поворота приводного вала:
1 – четырехтактный дизельный двигатель типа ЧН 26/26;
2 – двигатель с БКШМ .
Зависимость перемещения поршня s1 двигателя с БКШМ от угла поворота зубчатого сектора ϕ1 также показана на рис.2. Из графика следует, что вначале движения
поршня от ВМТ к НМТ величина его перемещения больше в двигателе БКШМ, затем на
угле примерно 70º величины совпадают. При дальнейшем движении величина перемещения становится меньше, чем в двигателе с КШМ.
Скорость поршня. При перемещении поршня двигателя с КШМ скорость его
движения является величиной переменной и при постоянной частоте вращения зависит
R
только от изменения угла поворота кривошипа и отношения λ =
.
Lш
=
υ ω R(sin ϕ +
λ
sin 2ϕ )
2
Из этого уравнения следует, что скорость поршня в мертвых точках φ = 0° и
φ =180° равна нулю. При ϕ= 90° υ = Rω , а при =
ϕ 270° , υ = − Rω , т.е. в этих точках абсолютные значения скорости поршня равны окружной скорости оси шатунной шейки коленчатого вала. На рис. 3 представлен график изменения скорости поршня в зависимости
от угла поворота коленчатого вала ϕ четырехтактного дизельного двигателя типа ЧН
26/26 (кривая 1). Средняя скорость поршня (кривая 2) определяется из выражения
Sn
.
Cm =
30
При перемещении поршня двигателя с БКШМ скорость его движения от ВМТ до
НМТ и от НМТ до ВМТ является постоянной при постоянной частоте вращения. В ВМТ и
НМТ изменяется направление движения поршня, поэтому в этих точках скорость меняет
направление при неизменной ее величине. Средняя скорость поршня Cm1 в этом случае
52
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
совпадает со скоростью движения поршня υ1 и со средней скоростью движения поршня
С m в двигателе с КШМ.
Это подтверждается следующими соображениями.
Средняя скорость поршня в двигателе с КШМ
Sn 2 Rn
=
Сm = = 0, 0667 Rn .
30
30
Постоянная скорость поршня БКШМ, выраженная через угловую скорость,
πn
Сm1 = υ max1 = ω R3 =
⋅ 0, 637 ⋅ R = 0, 0667 Rn .
30
Максимальная скорость поршня в двигателе с КШМ
π ⋅n
υ max = ω ⋅ R =
R = 0,105 ⋅ R ⋅ n .
30
Поскольку максимальная скорость поршня двигателя с БКШМ совпадает с его
средней скоростью, можно сказать
υ max
0,105 ⋅ R ⋅ n
=
= 1,577 .
υ max1 0, 0667 ⋅ R ⋅ n
Таким образом, максимальная скорость движения поршня в КШМ больше постоянной скорости поршня в БКШМ в ~1,6 раза при одинаковом их ходе, а средняя скорость
поршня КШМ совпадает с постоянной скоростью поршня двигателя с БКШМ.
υ , м / с15
2
1
10
3
5
ϕ,°
0
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
320
340
360
ϕ,°
-5
-10
-15
Рис. 3. Зависимость скорости поршня от угла поворота приводного вала:
1 – четырехтактный дизельный двигатель типа ЧН 26/26;
2 – средняя скорость поршня четырехтактного дизельного двигателя типа ЧН 26/26;
3 – двигатель с БКШМ
Для снижения ускорения поршня в момент изменения направления его движения, а
также для обеспечения работы двигателя с БКШМ без заклинивания в конструкции реечно-зубчатого зацепления предусмотрены следующие мероприятия:
53
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
- зубчатый сектор со стороны схода зубьев из зацепления срезан на высоту зуба
перпендикулярно диаметру полуокружности;
- на зубчатых рейках выполнены две проточки радиусом полуокружности зубчатого сектора, которые смещены одна относительно другой на величину хода поршня.
Таким образом между выходом зубчатого сектора из зацепления с одной рейкой и
входом в зацепление с другой проходит некоторое время. Принимаем, что это время соответствует углу поворота зубчатого сектора примерно на 10º.
Следовательно, изменение скорости поршня двигателя с БКШМ от максимума до
нуля и наоборот происходит за 10º поворота сектора, и зависимость скорости от угла поворота приобретает вид, показанный на рис. 3 (кривая 3).
Ускорение поршня. Ускорение поршня двигателя с КШМ изменяется по закону
j=ω 2 R(cosϕ +λ cos2ϕ ) .
На рис. 4 показана зависимость изменения ускорения поршня от угла поворота коленчатого вала четырехтактного дизельного двигателя типа ЧН 26/26. Из рисунка видно,
что максимальное значение ускорения поршня
π ⋅n 
jmax =ω R(1 +λ )= 
 R (1 + λ )
 30 
наблюдается при φ = 0 и составляет 1864,7 м/с2.
Поскольку скорость движения поршня БКШМ постоянна, за исключением изменения ее направления вблизи верхней и нижней мертвых точек, то ускорение поршня равняется нулю. В ВМТ и НМТ отмечаются скачкообразные изменения ускорения поршня
при изменении направления его движения.
Максимальное ускорение поршня двигателя с БКШМ оценим, исходя из следующих соображений.
При частоте вращения n = 1000 мин −1 время одного оборота
60
60
t=
=
= 0,06 с.
об
n 1000
Время поворота вала на 10º
tоб
0, 06
=
t10°
=
10 = 0,0017 с.
360
36
Средняя скорость поршня двигателя с БКШМ, равная его максимальной скорости,
π ⋅n
0, 637
Сm1 υ=
R 0, 0667 ⋅ R
=
ω=
⋅ R3
=
=
⋅ n 0, 0667 ⋅ 0,13 ⋅1000
= 8,67 м с ,
max1
30
где R = 0,13 м – радиус кривошипа четырехтактного дизельного двигателя типа ЧН 26/26.
Ускорение при изменении скорости от максимальной до нуля за 10º поворота сектора
dυ υ
8, 67
(2)
jmax1
= = max1
=
= 5100 м с 2 .
dt
t10°
0, 0017
2
2
На рис. 4 показана зависимость изменения ускорения двигателя с БКШМ от угла
поворота приводного вала.
Рассмотрим перспективы применения БКШМ с точки зрения динамики, для чего
сравним величины среднего крутящего момента рядного четырехтактного дизельного
двигателя типа ЧН 26/26 и двигателя с БКШМ. Принимаем, что организация рабочего
процесса для двух двигателей одинакова. Размеры и масса поршневой группы также одинаковы. Для чистоты сравнения принимаем, что двигатель с БКШМ имеет один поршень.
54
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
с2
j , м /5500
4400
3300
1
2200
2
1100
0
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
-1100
320
340
ϕ360, °
-2200
-3300
-4400
-5500
Рис. 4. Зависимость ускорения поршня от угла поворота приводного вала:
1 – четырехтактный дизельный двигатель типа ЧН 26/26;
2 – двигатель с БКШМ
В кривошипно-шатунном механизме действуют силы (рис. 1а), рассчитываемые по
методике [2].
Здесь крутящий момент одного цилиндра определяется по величине тангенциальной силы Т
М кр.ц = T · R.
Средний крутящий момент определяется по формуле
ΣМ кр.ц .i
,
М кр.ср.ц =
i
где i – число точек расчета
По данным динамического расчета для четырехтактного дизельного двигателя типа
ЧН 26/26 была построена зависимость изменения крутящего момента одного цилиндра от
угла поворота коленчатого вала (рис.5), а также определен средний крутящий момент двигателя, который составил 0,0347 МПа·м.
Как было изложено выше (рис.1б), в связи с отсутствием кривошипа и шатуна в
первом приближении будем считать, что крутящий момент будет создаваться непосредственно суммарной силой Р Σ от сил давления газов Р г и инерционных сил в цилиндре Р j .
М кр.ц.1 = Р Σ ·R з .
Средний крутящий момент, действующий в одном цилиндре,
ΣМ кр.ц .i
,
М кр.ср.ц .1 =
i
где i – число точек расчета.
Исходя из допущения, что рабочий процесс в цилиндрах обоих двигателей протекает аналогично, диаметр цилиндра D = 0,26 м, ход поршня S = 0,26 м остаются неизменными, и, имея в виду, что для данного двигателя длина полуокружности зубчатого сектора
равна ходу поршня, из формулы (1) получим:
(3)
R
=
0, 637 ⋅=
R 0, 637 ⋅ 0,13
= 0, 08281 ≈ 83 мм .
з
55
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Мкр, МПа·м
0,6
0,5
1
0,4
0,3
0,2
φº
2
0,1
0
-360
-320 -280
-240 -200
-160 -120
-80
-40
0
40
80
120
160
200
240
280
320
360
-0,1
-0,2
Рис. 5. Зависимость крутящего момента от угла поворота коленчатого вала двигателя типа ЧН26/26:
1 – крутящий момент одного цилиндра;
2 – средний крутящий момент одного цилиндра
Для получения значений зависимости изменения суммарной силы, действующей в
цилиндре двигателя, от угла поворота сектора необходимо развернуть индикаторную диаграмму двигателя типа ЧН 26/26 (рабочий процесс двух двигателей аналогичен), но не по
полуокружности (метод проф. Брикса), а по прямой линии, поскольку в связи с отсутствиR⋅λ
и перемещение поршня будет проем шатуна нет необходимости вводить поправку
2
исходить равномерно при постоянной частоте вращения выходного вала.
Для линии сжатия объемы рассчитываем по формуле
π ⋅ d 2 ϕ1
,
V= Vc +
S
4
180
где Vc - объем камеры сгорания, а для линии расширения
ϕ 
π ⋅d2 
V=
Vc +
S 1 − 1  .
4
 180 
Значения Р г для полученных объемов принимаем из индикаторной диаграммы двигателя ЧН 26/26. Зависимость сил давления газов от угла поворота приводного вала представлена на рис. 6.
Поскольку ускорение поршня в течение цикла равно нулю, за исключением периодов перекладки, зависимость силы инерции от угла поворота вала будет иметь вид, показанный на рис 7. Здесь максимальная сила инерции рассчитывается по формуле
m ⋅ j ⋅10−6
,
Р jmax = п.д. max
Fп
где
jmax - максимальное ускорение цикла, м с 2 , определяемое по формуле (2);
F п – площадь поршня, м2.
56
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Тогда удельная суммарная сила, действующая на поршень, будет иметь вид, показанный на рис. 8.
Умножаем полученные значения Р Σ на радиус сектора, рассчитанный по формуле
(3), получаем значения крутящего момента для различных углов поворота сектора, по которым строим зависимость, представленную на рис. 9, и его среднее значение, равное
0,0469 МПа·м.
Рг, МПа
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
-360
-320 -280
-240 -200
-160
-120
-80
-40
0
40
80
120
160
200
240
280
320
360
φº
Рис. 6. Зависимость сил давления газов от угла поворота приводного вала для двигателя с БКШМ
Рj, МПа
6
5
4
3
2
1
0
-360
-320
-280
-240
-200
-160
-120
-80
-40
0
40
80
120
160
200
240
280
320
-1
-2
-3
-4
-5
-6
Рис. 7. Зависимость сил инерции от угла поворота приводного вала для двигателя с БКШМ
57
360
φº
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
При построении учитываем, что на участке от -180 до 0° и от 180 до 360°, т. е. на
такте сжатия и на такте выпуска, суммарные силы создают отрицательный крутящий момент.
РΣ, МПа
-360
-320
-280 -240
-200
-160
-120
-80
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
-40 -1 0
-2
-3
-4
-5
-6
40
80
120
160
200
240
280
320
360
φº
Рис. 8. Зависимость суммарной силы от угла поворота приводного вала для двигателя с БКШМ
Для наглядности построим кривые крутящих моментов для одного цилиндра, а
также средние крутящие моменты в одном масштабе (рис.10).
1,5
Мкр, МПа·м
1
1
0,5
2
0
-360
-320 -280
-240 -200
-160 -120
-80
-40
0
40
80
120
160
200
240
280
320
-0,5
Рис. 9. Зависимость крутящего момента от угла поворота коленчатого вала двигателя с БКШМ:
1 – крутящий момент одного цилиндра;
2 – средний крутящий момент одного цилиндра
58
360
φº
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Мкр. ср, МПа·м
Мкр, МПа·м
1,4
0,06
0,05
1,2
0,04
2
0,03
1
2
0,02
1
φº
0,01
0,8
0
0,6
0,4
0,2
0
-360
-320 -280
-240 -200
-160
-120
-80
-40
0
40
80
120
160
200
240
280
320
360
φº
-0,2
1
-0,4
-0,6
Рис. 10. Зависимость крутящего момента от угла поворота приводного вала:
1 – четырехтактный дизельный двигатель типа ЧН 26/26;
2 – двигатель с БКШМ
Таким образом, на основании изложенного можно сделать следующие выводы:
- конструкция двигателя с БКШМ значительно проще, чем двигателя с КШМ, а
следовательно, и более технологична;
- у двигателя с БКШМ максимальная скорость движения поршня значительно ниже, чем у двигателя с КШМ, но у двигателя с БКШМ ее изменение происходит скачкообразно вблизи ВМТ и НМТ, а не плавно, как у двигателей с КШМ;
- в результате малого времени изменения скорости движения поршня максимальные ускорения в двигателе с БКШМ превышают максимальные ускорения в двигателе с
КШМ более чем в 2 раза;
- дальнейшее совершенствование конструкции БКШМ необходимо вести в направлении снижения ускорения поршня в период движения вблизи мертвых точек.
Сравнение динамических характеристик показывает, что в результате применения
бескривошипно-шатунной схемы передачи крутящего момента его среднее значение
увеличилось с 0,0347 до 0,0469 МПа·м, т.е. примерно на 35 %. Следовательно, несмотря
на многочисленные допущения, которые, несомненно, внесут свои корректировки, можно
сказать, что данный путь повышения технико-экономических параметров двигателей выглядит весьма перспективным и в этом направлении необходимо провести дальнейшие
исследования, поскольку:
- отсутствие таких звеньев передачи крутящего момента, как шатун и кривошип,
позволяет увеличить крутящий момент двигателя при прочих равных условиях, что, в
свою очередь, означает увеличение мощности и топливной экономичности;
- применение бескривошипно-шатунного механизма позволяет упростить конструкцию двигателя из-за отсутствия сложного в изготовлении коленчатого вала и шатуна;
59
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
- отсутствие шатуна позволяет значительно уменьшить высоту двигателя, а следовательно, и его массу;
- из-за отсутствия шатунных подшипников скольжения коленчатого вала, а также
пар трения шатун – палец уменьшаются потери на трение.
Сделанные выводы позволяют утверждать, что применение БКШМ в ДВС дает
некоторые преимущества по сравнению с традиционными схемами КШМ. Однако окончательная целесообразность применения БКШМ определится в ходе дальнейших исследований динамики и рабочего процесса.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пат. 2151894 РФ. Приводной механизм двигателя внутреннего сгорания.
2. Яманин, А.И. Динамика поршневых двигателей: учеб. пособие А.И.Яманин, А.В.Жаров. – М.: Машиностроение, 2003. – 464 с.
3. Пахомов, Ю.А. Возможные перспективы повышения технико-экономических параметров поршневых
ДВС / Ю.А.Пахомов, Ю.С.Козлов// Сб. науч. тр. БГТУ «Надежность и эффективность работы двигателей
и автомобилей». – Брянск, 1999. – С. 33-38.
Материал поступил в редколлегию 30.06.05.
60
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ
ТЕХНОЛОГИИ
УДК621.37/39.001.5
А.И. Андриянов, А.А.Малаханов
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ
ИМПУЛЬСНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ
ПОВЫШАЮЩЕГО ТИПА
Создана математическая модель преобразователя напряжения повышающего типа с широтноимпульсной модуляцией, обеспечивающая высокую точность расчетов. Рассмотрена возможность исследования динамики работы преобразователя c целью обеспечения научно обоснованного выбора параметров
регулятора, что позволяет существенно повысить надежность работы устройства и качество преобразования
электрической энергии.
Современные системы преобразования параметров электрической энергии обеспечивают достаточно высокую совместимость преобразователя с нагрузкой благодаря применению высокочастотных импульсных способов регулирования потоков энергии, что
обусловливает заданное качество выходного сигнала. Однако основной проблемой при
использовании любого преобразовательного устройства является обеспечение электромагнитной совместимости с питающей сетью для исключения помех, распространяемых
по сети, и минимизации потерь мощности. Современные нормы, регламентируемые ГОСТ
Р 51317.3.2-99 (МЭК 61000-3-2-95), определяют требуемое качество потребляемого тока с
целью минимизации как генерируемой реактивной мощности, потребляемой из сети, так и
мощности искажений.
Основные подходы к решению задачи электромагнитной совместимости с питающей
сетью связаны с применением компенсаторов реактивной мощности, построенных на базе
систем с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). В литературе [1, 2] описываются разные способы построения подобных систем, однако наибольшее распространение получили корректоры коэффициента мощности, выполненные на базе повышающего преобразователя, рассматриваемого в данной статье.
Многочисленные экспериментальные и теоретические исследования в области построения систем энергетической электроники [3-8, 10-16] показывают, что любая замкнутая система с ШИМ представляет собой динамическую систему, склонную к возникновению устойчивых периодических колебаний токов и напряжений, а также хаотизации.
Упомянутые режимы являются достаточно опасными и отрицательно сказываются на качестве работы преобразователя. Бифуркационный подход к проектированию подобных
устройств, базирующийся на математическом моделировании [6, 7], позволяет делать научно обоснованный выбор параметров систем автоматического управления (САУ) с целью
обеспечения проектного режима работы с высокими показателями качества входного тока
и выходного напряжения преобразователя.
Системы автоматического управления с ШИМ описываются нелинейными дифференциальными уравнениями с разрывными правыми частями [3, 4], что затрудняет задачу
выделения траекторий, существующих в фазовом пространстве, и определения их областей притяжения. Несмотря на сложность, существует ряд методов, с помощью которых
поставленная задача может быть решена. К ним относятся метод установления, метод
уравнений периодов, метод неподвижной точки [5]. Последние два метода достаточно
сложны, но являются перспективными, так как позволяют определить с заранее заданной
точностью границы областей существования периодических режимов.
На сегодняшний день накоплен достаточно большой практический и теоретический
материал в области математического моделирования замкнутых систем с ШИМ, однако
61
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
полностью универсальных подходов к моделированию различных по структуре преобразователей напряжения не существует, что требует создания новых математических моделей и алгоритмической базы для отдельно взятых преобразователей или их классов.
Математические модели преобразователей с ШИМ различаются по признакам:
− число коммутаций ключей на тактовом интервале;
− число поверхностей сшивания участков гладкости [3];
− принципы формирования топологии преобразователя на каждом участке;
− тип применяемого корректирующего устройства.
Первые два пункта в наибольшей степени определяют объем вычислений, необходимых при моделировании замкнутых систем с ШИМ, и, собственно говоря, весь спектр
типов бифуркационных переходов [5], реализующихся в преобразователе.
Математическому описанию повышающего преобразователя и устройств на его основе посвящены работы [10-16]. Особого внимания заслуживают работы Ч.К. Це
(C.K. Tse) [14-16], который исследовал возможность применения бифуркационного подхода при проектировании замкнутых систем на базе повышающего преобразователя. В его
работах определяются границы нормального функционирования системы в пространстве
параметров и сравнениваются полученные результаты с экспериментальными данными. К
недостаткам указанных работ можно отнести прежде всего допущения при построении
математических моделей, связанные с игнорированием поверхностей сшивания, пересекаемых траекторией достаточно редко, но влияющих на динамику преобразователя в отдельных параметрических диапазонах, а также отсутствие точного определения границ
рассматриваемых поверхностей и моментов коммутации ключа. Авторы данной статьи
создали математическую модель, устраняющую указанные недостатки и позволяющую с
более высокой точностью исследовать процессы нелинейной динамики в замкнутых системах с ШИМ.
Рассмотрим математическую модель замкнутой системы управления с преобразователем напряжения повышающего типа с ШИМ-II.
Схема замещения преобразователя представлена на
рис. 1.
При построении схемы
β2
замещения принимались во
внимание следующие допущения:
1) входной
источник
питания E является идеальξi(X,t)
ным источником напряжения;
2) импульсный преобразователь выполнен на идеальных ключах с нулевым
временем переключения;
β1
3) элементы R, L, C линейны; сопротивление R моделирует суммарное сопроРис. 1. Схема замещения преобразователя: E – напряжение
тивление индуктивности и источника питания; R – сопротивление, характеризующее потери в
сопротивление ключа преоб- индуктивности и преобразователе; L – индуктивность; C – емкость;
разователя в открытом со- R Н – сопротивление нагрузки; ИМ – широтно-импульсный модулятор; β1, β2 - коэффициенты передачи датчиков обратной связи выстоянии;
ходного напряжения и входного тока соответственно; КУ1, КУ2 –
4) корректирующие
корректирующие устройства цепей обратных связей напряжения и
устройства выполнены на ба- тока; U З –напряжение задания; I З –ток задания; ГРН – генератор
развертывающих напряжений; ξi(X,t) – разностная функция
зе идеальных элементов.
Модели автоматических систем на базе полупроводниковых преобразователей с широтно-импульсной модуляцией относятся к классу систем следующего вида:
62
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
(
)
dX
= G A, X, t ,
(1)
dt
где X – вектор фазовых переменных; G – периодическая векторная функция; A – матрица
параметров системы.
Решение системы (1) имеет вид:
X(t ) = X(t + T ) .
Схема замещения преобразователя описывается системой нелинейных дифференциальных уравнений

 di L
L dt = −R ⋅ i L − K FD (ξ( t )) ⋅ u C + E ;
(2)

uC
 du C
C dt = i L ⋅ K FD (ξ( t )) − R ,
H

где i L – ток в индуктивности; u C – напряжение на емкости фильтра; K FD (ξ( t )) –
функция, описывающая коммутацию диода.
Разностная функция ξ имеет вид
ξ( t ) = α 2 (α1 ( U З − β1u C ) − β 2i L ) − U P ( t ) ,
где α1 , α 2 – коэффициенты усиления ошибки по выходному напряжению и потребляемому току соответственно; U P ( t ) – развертывающее напряжение.
Коммутационная функция K F (ξ) принимает два значения – 0 и 1– и представляется
выражением
1
K F (ξ( t )) = [1 + sign (ξ( t ) )].
2
В матричном виде система (1) записывается как
dX
= A(K F (ξ( t )) ⋅ X + B(i L ) .
dt
Рабочий цикл преобразователя разбивается на три участка непрерывности.
при (k-1)a ≤t ≤t k1
K F =1, i L >0;
A1 ⋅ X + B1,

dX 
при t k1 ≤t ≤ t k2
K F =0, i L >0;
= A 2 ⋅ X + B 2 ,
(3)
dt 
при t k2 ≤ t ≤ k·a
K F =0, i L =0.
A 3 ⋅ X + B3 ,
Здесь X – вектор переменных состояния (ток в индуктивности, напряжение на конденсаторе); А – основная матрица системы, которая является разрывной и может иметь
три состояния: А 1 , А 2 , А 3 в зависимости от значения коммутационной функции K F и наличия режима прерывистого тока; B – вектор вынуждающих воздействий, причем в режиме непрерывного тока дросселя В 1 =В 2 ; а – период следования тактовых импульсов; t k1 –
момент коммутации; t k2 – момент снижения тока до нулевого значения.
Если за период следования тактовых импульсов ток не равен нулю, то можно ограничиться первыми двумя выражениями, т.е. t k2 в этом случае равен k·a.
Однако при некоторых условиях возможен и четвертый интервал на периоде квантования. Участок t k 2 < t ≤ k ⋅ a разбивается на два: t k 2 < t ≤ t k 3 , аналогичный участку 3 системы (3), и t k 3 < t ≤ k ⋅ a , связанный с уменьшением напряжения на конденсаторе ниже
напряжения питания. Наличие четвертого участка возможно в том случае, когда ток через
дроссель равен нулю, а конденсатор разряжается на нагрузку, причем напряжение на конденсаторе становится меньше напряжения источника питания.
63
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Система уравнений (1) решается численно-аналитическим методом, при котором
тактовый интервал а разбивается в общем случае на четыре участка гладкости, границы
которых определяются соответствующими поверхностями сшивания.
1. Момент коммутации ключа преобразователя.
2. Момент снижения тока дросселя до нуля.
3. Момент снижения напряжения на конденсаторе до уровня источника питания.
4. Конец тактового интервала.
На каждом участке гладкости эволюция вектора переменных состояния описывается
аналитически
(4)
X( t ) = e A ( t − t 0 ) X 0 + A −1 ⋅ B − A −1 ⋅ B ,
а вектор начальных условий последующего интервала принимается равным значениям переменных состояний в конце предыдущего интервала.
Представленные временные диаграммы (рис. 2) поясняют положение всех поверхностей сшивания. Участки гладкости на рисунке обозначены римскими цифрами. Граница
существования каждого участка справа определяется соответствующей поверхностью
сшивания.
(
ГРН,
iL,
Uy
iL
ГРН
(k-1)a
KF
zk1⋅a
)
zk2⋅a
UУ
(k+1)a
k⋅a
zk3⋅a
1
0
(k-1)a
tk2 tk3k⋅a
tk1
I
II
II
I
(k+1)a
I
II
Рис. 2. Временные диаграммы работы системы управления:
ГРН – генератор развертывающих напряжений; U У – напряжение управления;
i L – ток в дросселе; z k1 , z k2 , z k3 – относительные длительности участков гладкости
Рис. 3. Схема замещения преобразователя на первом участке
Рассмотрим решение (4) системы (2) для каждого
из участков непрерывности.
1. Участок слева от момента коммутации:
(k − 1)a ≤ t ≤ t k1 .
Коммутационная функция на данном участке
принимает значение K F = 1 . Эквивалентная схема замещения преобразователя на этом участке представлена на рис. 3.
Основная матрица системы и вектор возмущающих воздействий принимают вид
64
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
 R

0
− L

E L 
B=
A1 = 
.
1  ,
 0 
−
 0

C ⋅ R H 

Решение (4) исходной системы на данном участке
)
(
X(t ) = e A1 (t − (k −1)a ) X k −1 + A1−1 ⋅ B − A1−1 ⋅ B .
Значение вектора переменных состояния X в момент коммутации t k1 имеет вид
X t k1 = X ( t k1 ) = e
(
A1 t k1 − (k −1)a
)(X
−1
k −1 + A1 ⋅ B
)− A1−1 ⋅ B .
Заменим переменную t k1 на переменную z k1 = (t k1 − (k − 1)a ) a , имеющую физическую трактовку относительной длительности интервала и позволяющую исключить в
дальнейшем постоянный пересчет моментов изменения топологии цепи
A ⋅z
⋅a
)
(
X t k (z ) = e 1 k1 X k −1 + A1−1 ⋅ B − A1−1 ⋅ B .
2. Участок справа от момента коммутации: t k1 < t ≤ t k 2 . Коммутационная функция
на данном участке принимает значение K F = 0 . Схема замещения преобразователя представлена на рис. 4.
Основная матрица системы и вектор вынуждающих воздействий на этом участке имеют значения
1 
L  ,
1 
−

C ⋅ R H 
 R
− L
A2 =  1

 C
Рис. 4. Схема замещения преобразователя на втором участке
−
E L 
B=
.
 0 
Начальными условиями являются значения вектора переменных состояния в момент коммутации
ключа
( )
X 0 = X t k = X t k1 .
1
Тогда решение на данном интервале запишется как
X (t ) = e
(
A 2 t − t k1
)(X
t k1 + A 2
−1
Вектор решений X в точке t k 2 имеет вид
X(t ) = e
(
A 2 t k 2 − t k1
)(X
t k1
)
⋅ B − A 2 −1 ⋅ B .
)
+ A 2 −1 ⋅ B − A 2 −1 ⋅ B .
(5)
Если заменить переменную t k 2 − t k1 = a (z k 2 − z k1 ) , то выражение (5) записывается
X(z ) = e
A 2 ( z k 2 − z k1 ) a
(X t
k1
)
+ A 2 −1 ⋅ B − A 2 −1 ⋅ B .
3. Участок справа от момента коммутации: t k 2 < t ≤ t k 3 .
Коммутационная функция на данном участке принимает значение K F = 0 , ток дросселя i L = 0, u C > E.
65
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Рис. 5. Схема замещения преобразователя на третьем участке
Схема замещения преобразователя представлена
на рис. 5.
Основная матрица системы и вектор вынуждающих воздействий на этом участке имеют вид
0
0

0 

A3 = 0 − 1  ,
B3 =   .

0 
C ⋅ R H 

Начальными условиями для этого интервала постоянства являются значения вектора переменных состояния в момент времени t k 2
( )
X0 = X k 2 = X t k 2 .
Тогда решение на данном интервале запишется следующим образом:
X(t ) = e
(
A3 t − t k 2
)(X
)
+ A 3−1 ⋅ B3 − A 3−1 ⋅ B3 .
С учетом того, что вектор В 3 является нулевым, выражение (6) принимает вид
X(t ) = e
tk2
(
A3 t − t k 2
)⋅X
Вектор X в момент времени t k 3 имеет вид
X(t ) = e
(
tk2 .
)⋅X
A3 t k 3 − t k 2
(6)
tk2 .
(7)
Поскольку t k 3 − t k 2 = a ⋅ (z k 3 − z k 2 ) , то выражение (7) можно записать как
X(z ) = e
A 3 ( z k 3 − z k 2 )a
⋅ Xtk2 .
4. Участок справа от момента коммутации: t k 3 < t ≤ k ⋅ a .
Коммутационная функция на данном участке принимает значение K F = 0 , ток дросселя i L = 0, u C < E. Топология преобразователя на этом участке представлена на рис. 4. На
этом участке происходит отпирание диода, и ток дросселя начинает возрастать, что ведет
к заряду конденсатора. Начальными условиями для этого участка являются значения вектора переменных состояния в момент времени t k 3
X0 = X k 3 = X t k 3 .
( )
Решение системы (3) на данном участке имеет вид
X (t ) = e
(
A2 t −t k3
)(X
t k3 + A2
−1
)
⋅ B − A 2 −1 ⋅ B .
На следующем этапе найдем вектор X в момент времени k⋅a
X(t ) = e
(
A 2 k ⋅a − t k 3
)(X
t k3 + A2
−1
)
⋅ B − A 2 −1 ⋅ B .
Проведем замену переменной k ⋅ a − t k 3 = a ⋅ (1 − z k 3 ) и получим выражение
X(z ) = e
A 2 (1− z k 3 )a
(X t
)
+ A 2 −1 ⋅ B − A 2 −1 ⋅ B .
Для завершения формирования общего алгоритма расчета (4) необходимо аналитическое решение на каждом из интервалов дополнить процедурами точного поиска положения границ всех участков гладкости, длительность которых определяется переменными
z k1 , z k2 , z k3 [3].
Поиск переменных z k1 , z k2 , z k3 возможен любым из известных численных методов
решения нелинейных уравнений. Авторами использовался метод Ньютона, так как он обладает достаточно быстрой сходимостью и приемлемой степенью точности.
k3
66
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Используя изложенный математический аппарат, рассмотрим динамику системы на
базе повышающего преобразователя.
Параметры модели:
R = 0,2 Ом; L = 0,1 мГн; E 0 = 100 В; C = 10 мкФ; R Н = 83,3 Ом;
β = 0,01; α = 20; β = 0; α = 1; U = 10 В; a = 25 ⋅ 10 − 6 c.
1
2
оп
2
В результате моделирования получен ряд диаграмм, отражающих динамику импульсного преобразователя напряжения.
На рис. 6 представлена карта динамических режимов работы преобразователя, на которой варьируемыми параметрами по осям являются задающее напряжение Uз и коэффициент усиления ошибки α1 . Каждому оттенку соответствует свой периодический режим
(m-цикл), период которого определяется кратностью периода m.
Рис. 6. Карта динамических режимов повышающего преобразователя
Выбор диапазона напряжения задания от единицы связан с тем, что при более низком его значении на выходе преобразователя будет напряжение, равное напряжению источника питания за вычетом падений на активном сопротивлении дросселя и открытом
диоде. Из рис. 6 видно, что в диапазоне напряжения задания от 1,25 В до 3 В и диапазоне
изменения коэффициента усиления ошибки от 10 до 52 присутствует устойчивый одноцикловый режим. При росте напряжения задания и при увеличении коэффициента усиления ошибки в преобразователе появляются режимы с кратностями периода колебаний 2, 3,
4, 5, 6, 7, 8 и т.д., а также области хаотических колебаний.
67
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
По сравнению с наиболее исследованными системами на базе понижающего преобразователя [3-8] переход к хаотическим колебаниям в преобразователях повышающего типа
происходит в основном не через плав∆Uc
ное удвоение периода, а жестко.
На рис. 7 представлена диаграмма эволюции размаха колебаний выходного напряжения преобразователя
∆Uc в пространстве параметров системы Uз и α1 . Как видно на рис. 7, при
параметрах, соответствующих области
Uз
α1
одноциклового режима, размах колебаний составляет менее 5 В. При переРис. 7. Диаграмма размаха колебаний
ходе преобразователя из одноциклововыходного напряжения
го режима в любой другой наблюдается быстрый рост ∆Uc, и чем выше m, тем больше увеличивается ∆Uc. Максимальный размах колебаний выходного напряжения в общем случае может достигать очень больших
значений (порядка 150 В).
Результаты проведенной работы позволяют сделать следующие выводы:
1. Непосредственный преобразователь повышающего типа в некоторых областях параметров обладает достаточно сложной и опасной динамикой, что требует дополнительных мер для обеспечения безопасности функционирования.
2. Наличие режимов с прерывистым током дросселя и сильными колебаниями напряжения на конденсаторе приводит к появлению двух дополнительных поверхностей
сшивания на тактовом интервале по сравнению с системами на базе преобразователя понижающего типа.
3. Предварительный анализ динамики повышающего преобразователя на базе метода
установления показал необходимость дальнейшего развития методик поиска и анализа
периодических режимов в системах на его основе.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кобзев, А.В.
Модуляционные
источники
питания
РЭА /
А.В. Кобзев,
Г.Я. Михальченко,
Н.М. Музыченко. – Томск: Радио и связь, 1990. – 336 с.
2. Статические компенсаторы реактивной мощности в электрических системах: пер. тематического сб. рабочей группы исслед. ком. N39 СИГРЭ / под ред. И.И. Карташева.-М.: Энергоатомиздат, 1990. –174с. –
( Энергетика за рубежом).
3. Баушев, В.С. О недетерминированных режимах функционирования стабилизатора напряжения с широтно-импульсным регулированием / В.С. Баушев, Ж.Т. Жусубалиев // Электричество.–1992. – № 8. –
C. 47-53.
4. Жусубалиев, Ж.Т. К исследованию хаотических режимов преобразователя напряжения с широтно–
импульсной модуляцией / Ж.Т. Жусубалиев // Электричество.– 1997. – №6. – C. 40–46.
5. Zhusubaliyev, Zh.T Border-collision bifurcations and chaotic oscillations in a piecewise-smooth dynamical system / Zh.T Zhusubaliyev, E.A. Soukhoterin , E. Mosekilde. // International Journal of Bifurcation and Chaos.–
2001. – Vol. 11. № 12. –pp. 2977–3001.
6. Андриянов, А.И. Сравнительная характеристика различных видов широтно-импульсной модуляции по
топологии областей существования периодических режимов / А.И. Андриянов, Г.Я. Михальченко //
Электричество. – 2004. – № 12. – С. 46–54.
7. Андриянов, А.И. Бифуркационные и хаотические явления в замкнутых системах энергетической электроники импульсно-модуляционного типа: отчет по НИР №02.200.406012 / А.И. Андриянов,
Г.Я. Михальченко. − Брянск, 2004.
68
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
8. A.I. Andriyanov, G.Ya.Mikhalchenko A Comparative Characteristic of Different Kinds of Pulse-Width Respect
to the Topology of Regions of Existence of Periodic Operating Conditions // Electrical Technology, 2004. № 4.
P. 166-181.
9. Белов, Г.А. Динамика импульсных преобразователей. – Чебоксары: Изд-во ЧГУ, 2001.
10. Белов, Г.А. Расчет процессов в широтно-импульсном корректоре коэффициента мощности / Г.А. Белов,
А.А. Алексеев, А.В. Нестеров // Электричество.–2004. – №9.
11. Богданов, К.В. Моделирование повышающего импульсного стабилизатора напряжения / К.В.Богданов //
Известия томского политехнического университета.–2005. – №2.
12. Овчинников, Д.А. Моделирование повышающего преобразователя в среде Matlab-Simulink / Д.А. Овчинников, Ю.М. Кастров, А.В. Лукин, Г.М. Малышов, А.А. Герасимов // Практическая силовая электроника.
– 2002. – №8. – С.17-22.
13. Овчинников, Д.А. Корректоры коэффициента мощности на основе дискретной линейной модели повышающего однотактного преобразователя / Д.А. Овчинников // Практическая силовая электроника. – 2003.
– №12. – С. 2-11.
14. Tse, C.K. Flip Bifurcation and Chaos in Three-state Boost Switching Regulators / C.K. Tse // IEEE Transactions
on Circuits and Systems I. – January. – 1994. – Vol. 41. – n. 1. – pp. 16-23.
15. Chan, W.C.Y. Study of bifurcations in currentprogrammed dc/dc boost converters: from quasiperiodicity to
period-doubling / W.C.Y Chan, C.K. Tse // IEEE Trans. CAS-I. –1997. – 44. – pp. 1120-42.
16. Iu, H.H.C. Study of Low-Frequency Bifurcation of a Parallel-Connected Boost Converter System Via Averaged
Models / H.H.C. Iu and C.K. Tse // IEEE Transactions on Circuits and Systems I. –May. –2003. – Vol. 50. – n.
5. – pp. 679-686.
Материал поступил в редколлегию 20.01.06.
69
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
УДК 004.82
Е.А. Белов, В.И. Аверченков
МОДЕЛЬ ТЕЗАУРУСА ДЛЯ ЗАДАЧИ СЕМАНТИЧЕСКОГО РАСШИРЕНИЯ
ДЕРЕВА СИНТАКСИЧЕСКОГО РАЗБОРА ЗАПРОСА НА ЕСТЕСТВЕННОМ
ЯЗЫКЕ
Рассмотрена проблема использования тезауруса узкой предметной области в качестве основы подсистемы проверки ответов испытуемого на естественном языке в тестирующем комплексе. Разработана математическая модель тезауруса, определены операции над тезаурусом, правила пополнения, формат представления в электронном виде.
Тезаурусы получили широкое распространение в области задач информационного
поиска. Среди таких задач можно выделить автоматическое индексирование, рубрицирование, вычисление смысловой близости текстов, иных лексических единиц и др. Основным
отличием тезаурусов от традиционных словарей является наличие связей, отношений между единицами словаря, способных описывать некие инвариантные свойства понятий и терминов в определенном контексте. Базовые связи, определяемые между узлами тезауруса,
представляют наборы семантических отношений, таких как часть, источник, причина и
т.п. Тезаурус можно определить как совокупность терминов, описывающих предметную
область, с указанием семантических отношений (связей) между ними [10]. В общем виде
использование тезауруса в задачах информационного поиска сводится к семантическому
расширению и/или сужению обрабатываемого текста на естественном языке (ЕЯ), что
приводит к возможностям уточнения запроса пользователя и расширения поиска на основе тезаурусных связей.
Наиболее известным и авторитетным среди тезаурусов является семейство словарей WordNet, EuroNet [1, 2]. Популярность и широкое распространение WordNet обусловлены, прежде всего, его существенными содержательными и структурными характеристиками.
Разработка подобных систем для русского языка ведется несколькими исследовательскими группами:
− RussNet в СпбГУ, кафедра математической лингвистики (http://www.phil.pu.ru/);
− РуТез в нучно-исследовательском вычислительном центре МГУ им.
М.В.Ломоносова (http://www.cir.ru/).
Существуют коммерческие версии тезаурусов, как правило, в составе систем обработки текстов на естественном языке. Завершенные проекты, представленные на российском рынке:
− RCO Thes - тезаурус, созданный компанией «Гарант-Парк-Интернет» при МГУ;
− Тезаурусы в составе проекта Dialing, факультет лингвистики в РГГУ
(http://www.aot.ru/).
Предлагаемый подход. Предлагается новый подход к построению тезауруса для
использования его в качестве вспомогательного механизма при определении семантической близости двух фраз на ограниченном естественном языке. Предпосылкой исследования проблемы построения тезауруса стала разработка системы оценки знаний методом
тестирования с обработкой ответов испытуемого на естественном языке. Такой метод
имеет очевидные преимущества перед заданиями, где тестируемому предоставляются на
выбор готовые ответы. С одной стороны, это позволит расширить круг возможных формулировок вопросов и диапазон возможных ответов, с другой стороны, устранить возможные погрешности оценки знаний. Оценка на очередном этапе теста основывается на
сравнении ответа на естественном языке с набором неких эталонных ответов. Тем самым
находится мера семантической близости между двумя ответами. Последовательность об70
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
работки ответа заключается в проведении синтаксического анализа фразы с получением
на выходе анализатора дерева синтаксических зависимостей. Аналогично строится дерево
синтаксического разбора эталонного ответа. Далее проводится сравнение деревьев, цель
которого – получение меры близости высказываний. Тезаурус позволяет производить переформулировку ответов, в частности расширение, отождествление близких по смыслу
единиц текста и фильтрацию общеупотребимой лексики, т.е. на основе связей тезауруса
происходит расширение семантических деревьев синонимичными, более общими или более частными по смыслу терминами.
Описанный ниже подход к построению тезауруса основывается на исследовании
различных существующих подходов к построению и использованию тезаурусов в практических задачах. Исследование показало, что применение универсальных тезаурусов дает
неудовлетворительные результаты при работе со специализированными предметными областями. Избыточные связи и отношения не способствуют наличию прозрачных процедур
добавления и извлечения единиц словаря. В частности, структура тезауруса типа WordNet
представляется слишком громоздкой и избыточной, требует создания сложной инфраструктуры для адаптации словаря к использованию в практической задаче. Отправной
точкой модели является применение тезауруса узкой предметной области.
Основной элемент тезауруса – концепция – синонимический ряд, множество слов и
словосочетаний, связанных отношением синонимии. Использование концепции позволяет
разбивать предметную область на множества лексических единиц, выражающих сущность
каких-либо понятий. В концепцию, помимо синонимов, могут быть включены иностранные аналоги слов, однозначно соответствующие понятию, а также сленг. В отличие от
традиционных тезаурусов, где отношение синонимии либо есть, либо нет, в нашем случае
оно имеет количественный вес: -1..0..1, где 1 обозначает абсолютную идентичность лексических единиц, 0 – отсутствие какой либо связи. Вес связи в диапазоне -1..0 показывает
противоположность синонимии – антонимию, где -1 – абсолютная противоположность
лексем. В зависимости от степени детализации предметной области допустимый вес связи
включения в концепцию может варьироваться от 0,9 до 1. Определение порога семантического сходства/различия терминов приводит к укрупнению/сужению концепций, что, в
свою очередь, сказывается на упрощении или усложнении процедуры сопоставления лексических единиц. Порог семантической близости, определяющий принадлежность, должен соответствовать цели использования тезауруса.
Примеры концепций: {сетевой концентратор, концентратор, хаб, hub}, {Свитч-хаб,
switch-hub, свитч}, {протокол маршрутизации, RIP}, {журнал событий, log-файл, логфайл, журнал, лог, log}, {хеш-значение, значения-дайджест, хеш, дайджест}, {пакетный
фильтр, файрвол, firewall}.
Для придания более четкой структуры концепции, один из ее членов рассматривается как объединяющее понятие – главенствующий представитель концепции, доминанта
с наиболее общим предпочтительным значением и нейтральной стилистической окраской.
Следует отметить, что отношения в тезаурусе определяются между концепциями, а
не отдельными лексическими единицами.
Математическая модель. Модель тезауруса разработана в соответствии с регламентами стандартов ISO 2788-1986 (описание одноязычных тезаурусов) [6], ISO 59641985 (описание многоязычных тезаурусов) [5] , ANSI/NISO Z39.19-1993.
Модель тезауруса представляется упорядоченной пятеркой
T = C , A, R, ℜ ,
где C – непустое множество концепций; A – непустое множество терминов; R –
множество типов бинарных отношений; ℜ – множество бинарных отношений на множествах C, A.
71
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
•
Концепция Concept ∈ C имеет атрибуты
Concept = (ID, IsTop),
где ID – уникальный идентификатор объекта тезауруса; IsTop – признак, что концепция
является самой верхней в иерархии.
• Термин Term ∈ A имеет атрибуты
Term = (ID, Value, Lang),
где ID – уникальный идентификатор объекта тезауруса; Value – написание, или наименование термина на данном языке; Lang – язык термина.
• Имеется отображение множества R в ℜ
r ∈ R ⇒ ρ (r ) ∈ ℜ ,
где R – множество типов отношений
R = CR ∪ TR .
Здесь TR (Term Relation) – множество типов отношений между терминами; CR (Concept
Relation) – множество типов отношений между концепциями.
TR = {USE, UF},
где USE – связь термина с наиболее предпочтительным термином для данной концепции.
a USE b – термин b является наиболее предпочтительным для концепции, обозначаемой
термином a; UF (Used For) – обращение связи USE: a USE b ⇔ b UF a.
CR = {BC, NC, BCG, NCG, BCP, NCP, BCI, NCI, RC, SR, AR},
где BC (Broader Concept) – cвязь концепции с концепцией более общего понятия:
c 1 BC
c 2 - концепция c 2 обозначает более общую концепцию по сравнению с c 2 ; NC (Narrower
Concept) - обращение связи BC: a NC b ⇔ b BC a; BCG (Broader Concept Generic) – вариант связи BC, когда концепция характеризует разновидность понятия, определяемого более общей концепцией, например «протоколирование» и «аудит» (наличие связи BCG
подразумевает наличие связи BC): a BCG b ⇒ a BC b; NCG (Narrower Concept Generic) –
обращение связи BCG: a NCG b ⇔ b BCG a; BCP (Broader Concept Partitive) – вариант
связи BC, когда концепция характеризует часть понятия, определяемого более общей концепцией, например «ARP» это часть стека «TCP\IP» (наличие связи BCP подразумевает
наличие связи BC): a BCP b ⇒ a BC b; NCP (Narrower Concept Partitive) – обращение связи BCP: a NCP b ⇔ b BCP a; BCI (Broader Concept Instance) – вариант связи BC, когда
концепция характеризует элемент класса или частный случай понятия, определяемого более общей концепцией, например «Java» и «Языки программирования» (наличие связи
BCI подразумевает наличие связи BC): a BCI b ⇒ a BC b; NCI (Narrower Concept Instance)
– обращение связи BCI: a NCI b ⇔ b BCI a; RC (Relation Concept) – ассоциативная связь
(связывает семантические связанные между собой концепции, не находящиеся при этом в
одной иерархии и не являющиеся синонимами или квазисинонимами); связь симметричная: a RC b ⇔ b RC a; SR (Synonym Relation) – синонимия (отношение связывает слова по
общности
значений,
которое
также
можно
определить
через
понятие
взаимозаменяемости); отношение симметричное, имеет вес: f c : src → n - функция, определяющая вес отношения sr c ; AR (Antonym Relation) – антонимия (связь определяет противоположность концепций).
Модель имеет следующие ограничения:
1. Концепция может быть связана с другой концепцией не более чем одним типом
отношений:
72
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
∪ (ρ 1 ∩ ρ 2 ) = ∅, 1 ≠ρ 2 , {ρ 1 , ρ 2 } ∈ℜ.
2. Концепция верхнего уровня не имеет связей частности (вroader) с другими концепциями:
∀c ∈ Concept ∧ (∃c1 ∈ Concept ∧ c ∈ TopConcept (c1 )) ⇒ BroaderConcept (c) = ∅ .
3. Каждая концепция имеет как минимум одну концепцию верхнего уровня:
∀с 1 ∈ Concept ∃ с 2 ∈ Concept : с 1 TopConcept с 2.
4. Каждая концепция имеет один предпочтительный термин:
∀c∈ Concept ∧ ∀ t 1 t 2 ∈ Term ∧ t 1 ∈ PreferredTerm( c ) ∧ t 2 ∈ PreferredTerm( c ) ⇒ t 1 = t 2.
Объекты и отношения тезауруса можно схематично представить в виде дерева
(рис. 1).
Tesaurus
(Тезаурус)
Entity
(Сущности)
Concept
(Концепция)
Relation
(Отношения)
Hierarchical
(Иерархические)
Term
(Термин)
Top Concept
Preferred Term
(Концепция
(Предпочтительный
в ерхнего уров ня)
термин)
Broader Generic
(Более общее)
Broader
(Общее)
Narrow er
(Частное)
Associative
(Ассоциатив ные)
Antonym
Synonym
(Антонимия) (Синонимия)
Broader Partitive Narrow er Generic
(Целое)
(Более частное)
Narrow er Partitive
(Часть)
Narrow er Instance
(Экземпляр)
Broader Instance
(Класс)
Рис. 1. Объекты тезауруса
Для автоматизированного использования тезауруса необходима формализация основных процедур: просмотр, извлечение информации из тезауруса. Реализация данных
операций обеспечивается эффективным выполнением следующих запросов:
• Получить все концепции, связанные с данной связями заданных видов.
• Получить все термины, связанные с концепцией связями заданных видов.
• Получить все концепции, связанные с термином связями заданных видов.
• Получить концепции верхнего уровня в иерархии концепций.
• Получить значение атрибутов концепции, термина.
• Получить все термины, содержащие данное слово (или ключевое слово).
• Получить полную иерархию концепций тезауруса.
• Получить полный список терминов тезауруса.
Администрирование тезауруса. Интерфейсы администрирования тезауруса обеспечивают выполнение следующих операций:
• Добавить новый термин в тезаурус.
• Добавить связь определенного типа между концепциями. При этом обеспечивается ограничение: не более одной связи между двумя концепциями.
73
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
• Изменить тип связи между концепциями.
• Удалить концепцию и все ее связи.
• Удалить связь между понятиями.
• Добавить/изменить наиболее подходящий термин для данной концепции.
• Удалить термин и все его связи.
• Изменить код (идентификатор) концепции, термина.
• Добавить/изменить/удалить комментарий к объекту.
Создание тезауруса. Создание тезауруса начинается с определения тематики тезауруса, границ предметной области, подлежащей описанию, и формирования списка источников информации. Информация формализуется в заголовочные данные тезауруса: название, код УДК, авторы, даты, ссылки на источники.
Также на первом этапе определяются концепции верхнего уровня. ГОСТ [7, 8]
предлагает использовать следующие общие категории:
• названия дисциплин и отраслей деятельности (subject);
• предметы, материалы (object);
• методы, процессы, операции, явления (process);
• свойства, величины, параметры, характеристики (property);
• отношения, структуры, модели, законы, правила, абстрактные понятия (abstract).
Следует обратить внимание на сущность прикладного характера предложенной
модели тезауруса, в связи с чем предлагается использовать иной способ создания классификации. Право выбора категорий верхнего уровня делегируется разработчикам тезаурусов; важно, чтобы этот набор наилучшим образом соответствовал предметной области.
Формат представления тезауруса. Для хранения и представления тезауруса был
использован формат RDF (Resource Description Framework) – рекомендация консорциума
W3C [9]. Синтаксис RDF основан на языке XML (Extensible Markup Language), что обеспечивает возможность взаимодействия независимо разработанных серверных и клиентских приложений. При этом XML затрагивает вопросы, связанные только со структурой
документов. RDF более приспособлен для обеспечения семантической интерпретабельности, поскольку предлагает модель данных, которую можно расширить таким образом,
чтобы она охватывала более совершенные методики представления данных.
Базовый строительный блок в RDF — тройка «объект — атрибут — значение»,
которую часто записывают в виде A(O,V): объект O имеет атрибут A со значением V. Эту
связь можно также представить как ребро с меткой A, соединяющее два узла, O и V: [O]A—>[V].
RDF Scheme. Пространство имен. RDF-модель использует определение
пространства имен. Пространство имен RDF Schema определено через пространство имен
XML.
<rdf:RDF xmlns:rdf="http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#"
xmlns:rdfs="http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#">
Классы. Для представления тезауруса определены 5 классов. Класс верхнего уровня – ThesaurusObject, является базовым для всех остальных классов. Объект позволит создавать наиболее общие свойства и ограничения для подклассов.
<rdfs:Class rdf:ID="ThesaurusObject">
<rdfs:subClassOf
rdf:resource="http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#Resource"/>
</rdfs:Class>
Concept – класс определяющий уникальную концепцию, которая может быть объявлена более чем для одного тезауруса. Для определения тезауруса, к которому относится
концепция, можно использовать свойство rdfs:isDefinedBy с указанием области имен тезауруса.
74
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
<rdfs:Class rdf:ID="Concept">
<rdfs:subClassOf rdf:resource= "#ThesaurusObject"/>
</rdfs:Class>
Свойства концепции. conceptID – свойство, определяющее уникальный идентификатор концепции.
<rdfs:Property rdf:ID="conceptID">
<rdfs:domain rdf:resource="#Concept"/>
<rdfs:range rdf:resource="http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#Literal"/>
</rdfs:Property>
Аналогичным образом описаны термины, свойства концепций, терминов, отношений. На рис. 2. графически представлен пример описания нескольких концепций тезауруса предметной области сетевых технологий в формате RDF (определено пространство
имен net).
true
TC_1
net:ID
TC_3
true
TC_2
TC_4
net:ID
net:ID
net:isTop
net:isTop
net:isTop
Concept
true
true
Concept
Concept
net:isTop
net:ID
false
Concept
T_10
true
net:Term
net:Term
net:Term
net:Term
Term
Term
Term
Term
net:Term
net:NCG
net:ID
net:lang
net:value
Железо
Софт
C_1
Св ойств а
net:lang
ru
ОС
net:NCG
ru
Аппаратное
обеспечение
net:value
Характери
стики
false
Term
net:value
net:BCI
false
Term
net:isPreferred
net:isTop
C_14
net:isTop
net:isPreferred
net:Term
false
net:ID
net:value
net:Term
Concept
Хаб
Concept
net:Term
Term
net:Term
Протоколы
net:ID
net:NCG
net:BCG
C_17
Hub
false
C_15
Концентратор
net:value
net:Term
true net:SR 0.85
(Synonim Relation)
net:value
net:ID
Term
C_18
Term
net:BCP
false
net:NCP
net:isTop
net:Term
TCP/IP
false
net:Term
Sw itch
net:value
Concept
net:ID
Свитч
Term
net:isTop
Term
net:isPreferred
net:value
T_12
net:ID
Term
net:BCG
net:lang
net:value
net:value
Стандарты
Программное
обеспечение
net:value
true
ru
ru
net:value
Term
T_11
Процессы
Term
net:Term
net:Term
net:lang
net:value
net:value
net:ID
Term
net:value
net:value
Concept
net:isPreferred
net:Term
net:isPreferred
net:Term
Term
net:BCG
net:ID
Concept
net:isTop
net:Term
Св итч-хаб
net:value
Term
Term
net:Term
Concept
net:Term
net:value
net:Term
net:ID
net:Term
Term
DNS
Sw itchhub
net:value
Term
net:Term
C_19
net:value
Умный хаб
net:value
Term
Term
ДНС
net:value
Data Name Service
Рис. 2. Пример описания тезауруса в формате RDF (пространство имен net)
75
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
В результате исследования рассмотренной проблемы, разработана структура тезауруса для проведения семантического расширения деревьев синтаксического разбора фразы с целью определения их семантической близости (релевантности). Определены объекты тезауруса, отношения между объектами; разработана математическая модель; формат
представления тезауруса в виде RDF Schema.
Ведется разработка программного обеспечения для администрирования тезауруса,
шаблонов XSLT для проведения операций над тезаурусом.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
Fellbaum, C. WordNet: An Electronic Lexical Database / C. Fellbaum. - Cambridge, 1998.
Vossen, P. EuroWordNet: A Multilingual Database with Lexical Semantic Networks / P. Vossen. - Dodrecht,
1998.
3. Материалы к компьютерному тезаурусу лексики русского языка / cост. И. В. Азарова,
О. А. Митрофанова. - СПб., 2002. - 232 с.
4. Пекар, В.И. Автоматическое пополнение специализированного тезауруса / В.И. Пекар // Труды Международного семинара Диалог-2002 по компьютерной лингвистике и её приложениям: в 2 т. / под ред. А.
С. Нариньяни. - М.: Наука, 2002. - Т. 2.
5. ISO 5964:1985 Documentation - Guidelines for the establishment and development of multilingual thesauri. 1985. - 61 p.
6. ISO 2788:1986 Documentation - Guidelines for the establishment and development of monolingual thesauri
2nd., ed., - 1986. - 32 p.
7. ГОСТ 7.25-80. Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Тезаурус информационно-поисковый одноязычный. Правила разработки, структура, состав и форма представления.
8. ГОСТ 7.24-90. Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Тезаурус информационно-поисковый многоязычный. Состав, структура и основные требования к построению.
9. W3C Resource Description Framework. http://www.w3.org/RDF/.
10. Аджиев, А.С. Подходы к описанию и использованию тезаурусов в информационных системах / А.С.
Аджиев // Труды 5-й Всероссийской научной конференции RCDL 2003. – СПб., 2003.
11. Tokunaga, T. Extending a thesaurus by classifying words / T. Tokunaga, A. Fujii et al. // Proceedings of the
ACL-EACL Workshop on Automatic Information Extraction and Building of Lexical Semantic Resources. 1997. - pp. 16-21.
Материал поступил в редколлегию 25.11.2005.
76
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Belov E.A., Averchenkov V.I. Model of the thesaurus for a problem of semantic expansion of a tree of syntactic analysis of inquiry in a natural language.
The problem of using thesaurus of narrow data domain as a basis for subsystem of
checking probationers answers in natural language in test system are considered.
Thesaurus mathematical model has been developed, thesaurus operations are determined, format of presentation in electronic form.
77
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Аверченков Владимир Иванович, д.т.н., проф., зав. Кафедрой «Компьютерные технологии и системы», засл. деятель науки и техники РФ, проректор по
информатизации и международному сотрудничеству БГТУ.
Телефон: 56-05-33 (раб.)
Белов Евгений Александрович, ст. преподаватель кафедры «Информатика и
программное обеспечение» БГТУ.
Телефоны: 56-09-84 (раб.)
28-43-87 (дом.)
78
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
УДК 629.4.028.86
В. В. Киселев
ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
ПОГЛОЩАЮЩЕГО АППАРАТА ЭПА – 120
Рассматривается математическая модель поглощающего аппарата ЭПА-120 и рассчитываются параметры этой модели с использованием процедуры идентификации.
Проведение эксперимента – достаточно длительная и дорогостоящая процедура,
требующая подготовки специальных средств, кроме того, не все эксперименты осуществимы. Поэтому невозможно исследовать явления и процессы только с их помощью. Таким образом, любой исследователь сталкивается с необходимостью построения математической модели, работающей в определенной области. Обычно в математическую модель
входит множество констант и параметров, которые учитывают влияние ряда факторов.
Большинство из них можно получить простым измерением (геометрические размеры,
массы, скорости и т.д.). Однако некоторые константы, недоступные непосредственному
измерению, выбирают исходя из соображений наибольшего приближения данных моделирования к экспериментальным данным. Значения параметров определяют с помощью
процедуры идентификации.
Сформулируем задачу идентификации применительно к математическим моделям
поглощающих аппаратов автосцепки железнодорожных вагонов. Для оценки работы поглощающего аппарата важнейшим показателем является силовая характеристика (зависимость силы на поглощающем аппарате P от хода x ). Для адекватности модели необходимо максимальное совпадение расчетной и экспериментальной силовых характеристик.
В общем случае математическая модель представляется в виде уравнения или системы уравнений
PM = f (x; x; ci ) ,
где ci - вектор идентифицируемых параметров; PM – расчетная сила поглощающего аппарата.
Экспериментальную силовую характеристику PЭ считаем известной из испытаний.
Для расчета параметров необходимо определить функцию цели, в качестве которой могут
быть взяты различные критерии оценки рассогласования результатов эксперимента и расчета модели:
1. Максимальный ход аппарата
2
2
Q = X max Э − X max M ,
где X max Э - максимальный ход, полученный в результате эксперимента; X max М - максимальный ход, рассчитанный для модели.
2. Максимальное усилие в аппарате
2
2
Q = Pmax Э − Pmax M ,
где Pmax Э - максимальная сила, полученная в результате эксперимента; Pmax M - максимальная сила, рассчитанная для модели.
3. Энергоемкость
Q = ЭЭ − Э М ,
77
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
где ЭЭ - энергоемкость, определенная по результатам экспериментам; ЭМ - энергоемкость, определенная для модели.
Энергоемкость рассчитывается как площадь под кривой силовой характеристики
амортизатора P( x ) на этапе нагрузки.
4. Среднеквадратическое отклонение силовых характеристик
t max
Q=
∫ (P(t )
− P(t )M ) dt ,
2
Э
0
где P(t )Ý - силовая характеристика, полученная по экспериментальным данным;
P(t ) M - силовая характеристика модели, полученная численным интегрированием;
t max – длительность ударного взаимодействия (время удара).
5. Среднеквадратическое отклонение экспериментальной кривой перемещений от
кривой, полученной численным интегрированием
∫ (x(t )
t max
Q=
Ý
)
− x(t )M dt .
2
0
Возможны также и другие функции цели, которые будут введены в дальнейшем.
В общем случае задача оптимизации выглядит следующим образом:
Q = Q(C ) → min,
C∈Ω
[
]
где С – вектор параметров; Q - функция цели; Ω = C Н ; C В - допустимая область параметров.
Допустимая область параметров определяется ограничениями, налагаемыми на параметры.
Процедуру идентификации рассмотрим на примере эластомерного поглощающего
аппарата ЭПА-120 (рис. 1) [1].
9
10
1
2
8
3
7
6
4
5
Рис. 1. Конструкция аппарата ЭПА-120
Аппарат состоит из корпуса 1, внутри которого перемещается плунжер 9. Внутренний объём плунжера разделен поршнем 3 на две камеры : камеру сжатия 2 и камеру расширения 7. Во избежание истечения эластомера из рабочей зоны используется уплотнение
4. Камера постоянного объёма 6 соединяется с камерой сжатия 2 дроссельным
отверстием 5.
78
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
v0
xP
xB
CB
Работает аппарат следующим образом: при соударении железнодорожных экипажей продольная сила передаMB
µB M P
ется через автосцепку на плиту 10, что
приводит к перемещению плунжера 9 и
изменению объёмов камер 2 и 7. Из-за
возникающего при этом перепада давРис. 2. Расчётная схема удара вагона в упор
лений эластомер перетекает из камеры
сжатия 2 через кольцевой зазор 8 и дроссельное отверстие 5 в камеры 7 и 6 соответственно. Восстановление аппарата после удара происходит под действием давления на плунжер
9 объёмно сжатого в камерах 6 и 7 эластомера.
Удар вагона в жесткий упор (рис. 2) описывается уравнениями
M B xB + PB (x B − x P , v B − v P ) = 0 ;

M P xP − PB ( x B − x P , v B − v P ) + PА ( x P , v P ) = 0 ,
где xB – перемещение массы M B ; xP – перемещение массы M P ; v B – скорость массы M B ;
v P – скорость массы M P ; PB – сила, действующая на вагон; PА ( xP , vP ) – силовая характеристика межвагонного амортизирующего устройства.
Выражение для силы, действующей на вагон, имеет вид
(1)
PB = C B ( x B − x P ) + C B µ B (v B − v P ) .
Силовая характеристика аппарата ЭПА-120 описывается зависимостью [2]:
2
Pa = qC S C − q P S P + C K ( x P − 0,12 ) σ 0 ( x P − 0,12 ) + P3 + P4 x p
.
(2)
Выражения для объемного расхода QCP и QC1 эластомера в рабочих камерах:
QCP =
2πra 03
( qC − q P ) + πx B ra 0 ;
12νρl
(3)
qC − q1
,
ρgBCP
(4)
QC1 =
где r - радиус поршня; l - длина поршня; a 0 - радиальный зазор между плунжером и
поршнем; ν - кинематическая вязкость эластомера; ρ - плотность эластомера;
g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2;
BCP -коэффициент, описывающий
геометрию отверстия между камерами сжатия и постоянного объема.
BCP = K BC
+ K BP
2ν
π⋅g
2ν
π⋅g
⋅ d 23
⋅ d 33
+
+
128ν ⋅ l 3
π⋅g
128ν ⋅ l 4
π⋅g
⋅ d 44
⋅ d 34
+ K BC
+ K BP
2ν
π⋅g
2ν
π ⋅ g ⋅ d 43
⋅ d 23
+
128ν ⋅ l 2
π ⋅ g ⋅ d 24
+
,
где K BC - коэффициент потерь от внезапного сужения потока, K BP - коэффициент потерь от внезапного расширения.
Параметры математической модели аппарата ЭПА-120: E 0 = 445 МПа - модуль упругости при атмосферном давлении; a = 8,62 – параметр, зависящий от типа эластомера и
температуры; ρ = 1030,0 кг/м3; d 4 = 0,14735 м; ν=50 м2/с; d 2 = 0,024 м; Sc= 0,0172м2;
ε - безразмерный эксцентриситет; Sp=0,0128 м2; V С0 = 0,00328 м3; V P0 =0,0000895 м3;
V 1 = 0,002189 м3; C k = 500 Н/м; a 0 = 0,00033 м; l 2 = 0,13 м; l 3 = 0,214 м; l 4 =0,035 м;
K BC =27,0; K BP =26,0; d 3 =0,038м; q 0 = 34 MПа.
79
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Таким образом, общая система дифференциальных уравнений, описывающих удар
вагона массой M в неподвижный недеформируемый упор, с учетом выражений (1)-(4) может быть представлена в виде
M B xB + Pе (xB − xP ,vB − vP ) = 0 ;

M P xP − PB (xB − xP ,vB − vP ) + PА (xP ,vP ) = 0 ;
 P = q S − q S + C (x − 0,12)σ ( x − 0,12) ;
C C
P P
K P
0 P
 А
 dqC
E0 + aqC
 dt = V − x S [QC + x P SC ] ;
C0
P C

 dqP
E + aqP
[QP − xP S P ] ;
= 0

VP 0 + xP S P
 dt
 dq1 E0 + aq1
[Q1 ] ;
=

V1
 dt
QC = −QCP − QC1 ;

QP = QCP ;
Q = Q ;
C1
 1

2πra03
(qC − qP ) + πx B ra0;
QCP =
12νρl


q − q1
.
QC1 = C

ρgBCP
(5)
Система нелинейных уравнений (5) решается при следующих начальных условиях:
 xB = xP = 0 ;

v B = v P = v0 ;
q = q = q = q ,
0
1
P
 C
где q 0 -начальное давление в камерах аппарата.
Для проведения эффективной процедуры идентификации необходимо выявить
идентифицируемые параметры и характер их влияния на силовую характеристику аппарата.
В результате анализа системы дифференциальных уравнений и расчетов были выделены следующие параметры идентификации: E 0 (модуль упругости при атмосферном
давлении), ν(вязкость), a(безразмерный коэффициент, учитывающий изменение модуля
упругости от давления), P 4 (параметр, учитывающий влияние скорости сжатия v P на силу
P a сжатия поглощающего аппарата), µ B (вязкость вагона). Ниже приведены графики
(рис. 3 – 7), показывающие влияние параметров на силовую характеристику.
Параметр P 4 введен в модель для регулирования наилучшего приближения расчетных данных к экспериментальным (рис. 6).
Из приведенных графиков видно: изменяя любой параметр, мы увеличиваем либо
максимальную силу, либо максимальное перемещение, соответственно уменьшая максимальное перемещение или максимальную силу.
Для процедуры идентификации, кроме рассмотренных, использовалась следующая
целевая функция (критерий):
2
t max
t max
2
(6)
Q = k1 ∫ (P(t )Э − P(t )M ) dt + k 2 ∫  x(t )Э − x(t )  dt.
0
0

M
80

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
P, МН
P, МН
1
1,8
2
3
1,2
1
3
1,8
1,2
0,6
2
0,6
0
28
56
84
x, мм
0
28
56
84 x, мм
Рис. 4. Влияние на силовую характеристику параметра ν: 1 - ν = 90 м2/с;
2 - ν = 50 м2/с, 3 - ν = 25 м2/с
Рис. 3. Влияние на силовую характеристику параметра Е0: 1 - E0 = 945 МПа,
2 - E0 = 145 МПа; 3 - E0 = 445 МПа
P, МН
3
2
P, МН
2
1
1,8
1,8
3
1
1,2
1,2
0,6
0,6
28
56
84
x, мм
0
x,
28
56
84
Рис. 6. Влияние на силовую характеристику параметра P4:
1 - P4 = 1,0⋅107 Н/м;
2 - P4 = 1,0⋅107 Н/м; 3 - P4 = 0
Рис. 5. Влияние на силовую
характеристику параметра a:
1 - a = 15; 2 - a = 9; 3 - a = 6
P, МН
1,8
1
2
3
1,2
0,6
0
28
56
84
x, мм
Рис. 7. Влияние на силовую характеристику
параметра µ B :1 - µ B = 0,001 1/c;
2 -
µ B = 0,01 1/c;
вать функцию
3 -
µ B = 0,005 1/c
Критерий (6) представляет собой сумму среднеквадратических отклонений силы
и перемещения от экспериментальных характеристик. При рациональном выборе весовых коэффициентов k 1 и k 2 он дает наилучший результат, так как в оценку входят
данные как по силам, так и по перемещениям. Интегрирование дифференциальных
уравнений выполнено с помощью метода
Рунге-Кутта 4-го порядка. Для нахождения
минимума целевой функции используется
метод деформируемого многогранника, модифицированный Боксом.
Данный метод позволяет минимизиро-
f(x) = f(x 1 , x 2 , …, x n ),
где x определяется явными (l j ≤x j ≤ u j при j = 1,2,…,n), а также неявными ограничениями
(g i (x) ≤ b i при i = 1,2,…m).
При вычислении критериев использовались экспериментальные данные, полученные в результате стендовых ударных испытаний аппаратов ЭПА-120 [3].
Расчеты показали, что критерий (6) не удовлетворяет условию равномерной сходи-
81
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
мости графиков на всей длине силовой характеристики ( рис. 8). Поэтому критерий (6)
был модифицирован следующим образом: вместо суммы среднеквадратических отклонений P(t) и x(t) вычислялась функция

0, если ( f (t ) − g (t )) 2 < w 2
,
h( f , g , t ) = 
2
2
2
( f (t ) − g (t )) , если ( f (t ) − g (t )) ≥ w
где w 2 – среднее значение функции l(t) = (f(t) – g(t))2.
1 t max
2
w2 =
∫ ( f (t ) − g (t )) dt.
tmax 0
Функции f(t) и g(t) будут приближаться равномерно, так как малые отклонения (меньше
w 2 ) не будут учитываться, и погрешность будет складываться из значительных отклонений. Таким образом, критерий (6) можно записать в виде
Q = k1
t max
t max
0
0
∫ h( PЭ , PM , t )dt + k 2
∫ h( x
Э
, x M , t )dt .
(7)
Результат идентификации с использованием (7) для одного из уровней скорости
показан на графике (рис. 9).
P, МН
1
P, МН
2
1
2,1
1,8
1,4
1,2
0,7
0,6
2
x, мм
28
56
84
Рис. 9. Силовые характеристики
для начальной скорости v0 = 2,77 м/с;
(P4 = 5 МН); 1 - расчет, 2 - эксперимент
0
0
x, мм
30
60
90
Рис. 8. Силовые характеристики
для начальной скорости v0 = 2,77 м/с;
(P4 = 7,7МН): 1 – расчет; 2 - эксперимент
1
2
Было установлено, что при скоростях v 0 > 3 м/с графики, полученные в результате
численного интегрирования, по сравнению с графиками, полученными в результате эксперимента, показывают завышение не только по силе, но и по ходу (рис. 11). Варьирование параметров не дает одновременного снижения данных характеристик. Это объясняется тем, что энергия удара в эксперименте ниже, чем в расчете. При больших скоростях
(энергиях) удара нельзя пренебрегать рассеиванием энергии самим стендом – неподвижным бетонным упором. Чтобы удалить из системы «лишнюю» энергию, в расчетной схеме «удар в абсолютно жесткий упор» заменен на «удар в большую массу» (1000 т). Для
гашения энергии в модель была введена также вязкая сила трения для массы М (рис. 10).
v0
MB
xB
xP
CB
MP
M
Рис. 10. Расчетная схема удара вагона в большую массу
82
μM
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
На рис. 11 показаны результирующие графики при скорости 3,61 м/с.
Для диапазона средних
2
1
P, МН
скоростей (1-3 м/с), при кото3
рых не происходит «закры2,1
тие» аппарата, целесообразно
использовать критерии, полученные на основе среднеквад1,4
ратических отклонений. Наилучшие результаты дает ком0,7
бинированный критерий (7).
Рациональный выбор весовых
коэффициентов повышает в
0
x, мм
отдельных случаях точность
30
60
90
расчетов на 30 %.
Рис. 11. Силовые характеристики для начальной скорости
v0 = 3,61 м/с; 1 – расчет удара в жесткий упор; 2 - расчет
Модель соударения с
удара в большую массу; 3 - эксперимент
большой массой (рис. 10) рекомендуется применять для
описания стендовых соударений при достаточно высоких скоростях, когда происходит
«закрытие» аппарата.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
Пат. 2115578 РФ, МПК6 В 61 G 9/08. Поглощающий аппарат автосцепки/ Кеглин Б.Г., Шлюшенков
А.П., Шалимов П.Ю.; опубл. 20.07.98, Бюл. № 20.
Болдырев, А.П. Расчет и проектирование амортизаторов удара подвижного состава/ А. П. Болдырев,
Б.Г. Кеглин. – М: Машиностроение -1, 2004. − 199 с.
Кеглин, Б.Г. Разработка и внедрение эластомерного поглощающего аппарата ЭПА-120. Динамика ,
прочность и надежность транспортных машин :сб. науч. тр./ Б.Г. Кеглин, А.П. Шлюшенков, А.П. Болдырев, Д.А. Ступин, А.В. Иванов. – Брянск: БГТУ, 2003.
Материал поступил в редколлегию 21.11.05.
83
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
УДК 543.08: 519.711.3
Л. М. Чирок
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ДАТЧИКА
РАСТВОРЁННОГО КИСЛОРОДА НА ОСНОВЕ МДП-ТРАНЗИСТОРА
Предложена конструкция датчика растворённого кислорода на основе полевого транзистора с
МДП – структурой и рассмотрена его математическая модель.
Недостатком применения ионоселективных электродов для определения концентрации веществ является высокий уровень собственного шума, обусловленный большим
электрическим сопротивлением ионоселективной мембраны. Провода, соединяющие электрод с усилителем, выполняют функции антенн, реагирующих на любые изменения электромагнитного поля.
В ионоселективных полевых транзисторах (ИСПТ) селективная мембрана подключается непосредственно к электрическому преобразователю. Таким образом, ИСПТ не
подвержен влиянию изменения локальных электромагнитных полей. Преимуществами
датчиков на полевых транзисторах также являются их миниатюрность, невысокая стоимость и широкие возможности интеграции.
В настоящее время существуют
Uзи
различные химические полевые транзисторы, позволяющие детек-тировать
водород в воздухе и растворах, кон1
центрацию сульфит-ионов в воде, не6
Исследуемый
2
которые
нервно-паралитические газы,
раствор
3
CO 2 , NH 3 , некоторые взрывоопасные
вещества [2, 3]. На растворённый ки4
слород подобных сенсоров пока не
выпускается.
Сток
Исток
Моделируемый электрохими5
ческий датчик кислорода предSi
полагается реализовать на основе полевого транзистора, на затвор которого наносятся слои платины, кислородUси
проводящего электролита и селективная мембрана (тефлон) (рисунок.).
Рис. Схема ионоселективного полевого транзистора:
1 – электрод сравнения; 2 – селективная мембрана
(тефлон); 3 – гель электролита; 4 – платина;
5 – диэлектрик; 6 – изолирующая заливка.
Регистрируемый ток i будет состоять из фарадеевской составляющей i F и тока i C
заряжения ёмкостного двойного слоя, формируемого на границе раздела платина –
электролит. Поскольку регистрироваться будут нестационарные значения фарадеевского
тока при сравнительно небольшой длительности временных интервалов, диффузия кислорода будет практически линейной. При этом функциональная зависимость между фарадеевским током, потенциалом границы раздела мембрана – раствор φ м и концентрацией кислорода с О описывается уравнением Батлера – Фолмера [4]:
84
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
iF
(1)
= cO e −ζ ,
4 FSK S
где F – число Фарадея; S – площадь поверхности слоя платины; K S – стандартная констан4F
та скорости электрохимической реакции; ζ =
(ϕ M − ϕ 0 ) ; R – универсальная газовая поRT
стоянная; Т – абсолютная температура; φ 0 – стандартный электродный потенциал.
Для полностью обратимой электрохимической реакции, когда K S → ∞, уравнение
(1) обращается в уравнение Нернста
RT
(2)
ϕМ = ϕ0 −
ln (c0 ) .
4F
Выражение для порогового напряжения на затворе имеет следующий вид:
Q
U ЗИпор = U пл. з − N + 2ϕ F .
CД
Здесь Q N – заряд неподвижных ионизированных акцепторов в полупроводнике; C Д –
удельная ёмкость диэлектрика; φ F – положение уровня Ферми относительно середины запрещённой зоны; U пл.з – напряжение плоских зон [1].
d
Q
1 x
U пл. з = ϕ МП − S −
Q Д ( x )dx .
(3)
C Д С Д ∫0 d
Здесь φ МП – напряжение поля, уравновешивающее разность работ выхода электронов из
металла и полупроводника; Q S – поверхностный заряд вблизи границы раздела диэлектрик – полупроводник; Q Д (x)dx – плотность заряда в диэлектрике в слое dx; d – толщина
диэлектрика.
Для ИСПТ величина φ МП может быть представлена в виде
φ МП = φ ср +φ м +φ м-п ,
где составляющие потенциала φ МП соответствуют границам раздела: φ ср – электрод сравнения – раствор; φ м – раствор – мембрана; φ м-п – мембрана – полупроводник. Потенциал
φ м-п изменяется от концентрации измеряемых ионов в растворе, что приводит к изменению заряда в полупроводнике вблизи границы раздела диэлектрик – полупроводник.
При этом в выражение (3) вместо φ МП необходимо подставить φ м-п :
d
QS
1 x
U пл. з = ϕ м − п −
Q Д ( x )dx .
−
C Д С Д ∫0 d
Ток стока можно найти из выражения
Q S b
I c = n = µC Д (U ЗИ − U пл. з − ϕ М − ϕ ср )U СИ ,
t
l
где Q n = C Д (U ЗИ - U ЗИпор ) – индуцированный заряд электронов в канале; S = bl – площадь
поперечного сечения затвора (b – ширина канала, l – длина канала); t – время пролёта носителей заряда в канале под действием напряжения U СИ ; μ – подвижность носителей заряда в канале; φ М определяется по формуле (2).
Учитывая массоперенос кислорода из электролита к поверхности платины и растворение кислорода в материале мембраны и электролите, выражение для диффузионного
тока можно записать в виде:
D M σ M DЭ σ Э
.
(4)
iд = 4сО FAP
D M σ M l Э + DЭ σ Э l M
Здесь А – площадь поверхности платины; Р – парциальное давление кислорода; D M , D Э –
коэффициенты диффузии кислорода в мембране и электролите соответственно; σ М , σ Э –
85
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
коэффициенты растворимости кислорода в материале мембраны и электролите соответственно; l M , l Э – толщина мембраны и слоя электролита соответственно [4, 2].
Окончательно выражение для тока стока можно записать в виде
b
I c = µC Д (U ЗИ − U пл. з − ϕ ср )U СИ − iд ,
l
где i д определяется выражением (4).
Таким образом, измеряя ток стока при постоянном затворном напряжении, можно
измерять концентрацию растворённого кислорода. Вместо электрода сравнения целесообразно использовать "нулевой" полевой транзистор, затвор которого практически не должен реагировать на кислород [5].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
4.
5.
Зятьков, И. И. Сенсоры на основе полевых транзисторов: учеб. пособие / И.И.Зятьков, А.И.Максимов,
В.А.Мошников. – СПб.:ЛЭТИ, 2002.
Эггинс, Б. Химические и биологические сенсоры/ Б. Эггинс – М.: Техносфера, 2005.
Фрайден, Дж. Современные датчики: справочник/ Дж. Фрайден – М.: Техносфера, 2005.
Аналитическая химия. Проблемы и подходы: в 2 т: [пер. с англ.]/ под ред. Р. Кельнера [и др.] – М.: Мир,
2004. – Т. 1.
Никифорова, М.Ю. Интегральные сенсоры концентраций газов/ М.Ю.Никифорова, Б.И.Подлепецкий //
Датчики и системы. – 2002. - №4. – С. 38-52.
Материал поступил в редколлегию 25. 11. 05.
86
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Сведения об авторе.
Чирок Любовь Михайловна, ассистент кафедры "Общая физика" БГТУ.
тел.: 8-903-819-83-90
87
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Lubov Mikhailovna Chirock
The mathematical model of the electric chemical sensor of water-soluble oxygen on the basis of the MDSC transistor.
The structure of the water-soluble oxygen sensor on the basis of the field MDSC
transistor is given and its mathematical model is described.
88
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
УДК 511.3
В.Ю. Макаров
НУЛИ ζ - ФУНКЦИИ РИМАНА В КРИТИЧЕСКОЙ ПОЛОСЕ
Работа посвящается знаменитой пятой гипотезе Римана, высказанной Риманом еще в середине 19
1
.
2
Нули действительной прямой s = −2k для всех k ∈  , ζ - функции называются
ζ
века: все нетривиальные нули
- функции содержатся на прямой
σ=
тривиальными. Риман получил голоморфное продолжение ζ - функции на выколотую
комплексную плоскость за исключением простого полюса x = 1 . На границе критической
полосы
=
T (σ , t ) 0 < σ < 1, t ∈  нулей у ζ - функции нет, этот результат был полу-
{
}
чен еще Адамаром в 19 веке. Хорошо известно, что
=
ζ (s) 2 π
s
π
s −1
− 2s
sin
πs
2
+∞
Γ (1 − s=
)ζ (1 − s ) s ∫
s
Γ   ζ (=
s)
2
 
1
∫x
ψ ( x ) dx +
0
1
s−3
1
1
1
=
− + ∫ x 2 2ψ   dx +
s −1 s 0
x
где функции=
ψ ( x)
+∞
1
+
s ( s − 1)
∫(
+∞
s −1
2
s −1 
1
1
1
2
x
∫ ψ  x  + 2 x − 2  dx +
0
=
x s +1
1
1
=
[ x ] − x − 12
+∞
x
− s 2+1
+x
s −2
2
1
∫
1
+∞
∫
+∞
∫
dx +
1
1
+ и
s −1 2
s −1
x 2 ψ ( x )=
dx
s −1
x 2 ψ=
( x ) dx
1
s −1
x 2 ψ ( x ) dx=
1
)ψ ( x ) dx, где
def +∞
ζ ( s ) ∑ exp ( − s log n ) ряды экспонент.
∑ exp ( −π n x ) и=
2
n =1
n =1
Доказать или опровергнуть пятую гипотезу Римана долгое время (более 140 лет) не
удавалось никому, хотя были неоднократные попытки.
Первая основная идея доказательства возникла в марте 2004 года и опиралась на
свойства функций, введенных автором статьи и подробно изложенных в монографии [1].
Необходимы были функции, которые содержали бы все нетривиальные нули ζ - функции
в критической полосе и являлись бы действительно значными, позволяющими определять
знак в вертикальной полосе. В качестве таких функций были использованы две функции:
W (σ , t )= E (σ + it ) + E (σ − it ) и W * (σ =
, t ) i  E (σ + it ) − E (σ − it ) .
−s  s 
Функция E (=
s ) π 2 Γ   ζ ( s ) немного напоминает функцию, которую Риман ис2
пользовал для исследования свойств
ζ - функции:
87
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
ξ ( s=
) 0.5 ⋅ s ( s − 1) ⋅ π
− 2s
s
⋅ Γ  ζ ( s ) ,
2
хотя хорошо видно, что это разные функции, так как отличаются множителем
s ( s − 1)
2
.
Очевидно, что функция E (σ + it ) , введенная автором, голоморфна в открытой критической полосе D=
все нули
{(σ , t ) σ ∈ ( 0,1) , t ∈  }
и функции W (σ , t ) и W
*
(σ , t )
содержат
ζ - функции в критической полосе.
Известно, что нули ζ - функции в критической полосе симметричны отно-
сительно вертикальной прямой x =
1
декартовой прямоугольной системы координат
2
Oxy и прямой y = 0 . Следовательно, достаточно провести исследования в области


1 
D (σ , t ) σ ∈  , 1  , t0 < t < +∞  – открытая вертикальная неограниченная сверху
=
2 


1
полоса шириной .
2
Таким образом, доказательство 5-й гипотезы Римана сводилось к определению зна-
ка или знака модулей функции W (σ , t ) и W
*
(σ , t )
в области D , где параметр t0
фиксирован.
К 17 апреля 2005 г. автору удалось получить алгоритм, позволяющий определять
знак любой из функций W (σ , t ) >0 или W
*
(σ , t ) > 0
в открытой полуполосе, напри-
мер, для параметров
=
t0 2000000,
=
t0 400,
=
t0 50 и решение проблемы, которое на
черновиках составляло 5000 страниц формата А 4.
К сентябрю 2005 г. была сделана одна из версий доказательства 5-й гипотезы Римана с некоторыми сокращениями для полуполосы


1 
D (σ , t ) σ ∈  , 1  , 50 < t < +∞ 
=
2 


в печатном виде объемом 140 страниц формата А4 или 17 п.л.
Итак, гипотеза Римана верна, то есть все недействительные нули
держатся внутри критической полосы на вертикальной прямой
ζ - функции со-
1
2
σ = . Доказательство
рассчитано на специалистов по аналитической теории чисел и опирается на комплексный
анализ.
Основная идея − использовать действительные функции W (σ , t ) и W
*
(σ , t ) ,
определенные в полуполосе D .
Вторая идея состоит в возможности представления любой функции в виде конечной суммы функций, позволяющих определять их знаки в полуполосе D .
Третья идея состоит в получении надежного доказательства, для чего необходимо
использовать минимальное число хорошо проверенных утверждений, например голо-
88
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
морфное продолжение ζ - функции влево от прямой x = 1 , строго доказанное Риманом, и
симметрию нулей ζ - функции в критической полосе.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Макаров, В.Ю. Суммы многомерных и одномерных рядов экспонент в окрестностях сингулярных точек
и нули ζ - функции Римана в критической полосе: монография / В.Ю. Макаров. – Брянск: Изд. БГУ,
2004. - 322с.
Материал поступил в редколлегию 02.12.05.
89
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
ЭКОНОМИКА, ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВОМ
УДК 658.012.011.56
Ф.Ю. Лозбинев, В.А. Цыганков, Н.И. Белозеров
ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА КООРДИНАЦИИ
ЗАКУПОК ПРОДУКЦИИ ДЛЯ ГОСУДАРСТВЕННЫХ
И МУНИЦИПАЛЬНЫХ НУЖД РЕГИОНА
Рассмотрены особенности государственного регулирования процесса закупок продукции для государственных и муниципальных нужд на региональном уровне. Предложены структурная схема и принципы
функционирования специализированной информационно-аналитической системы. Показаны пути совершенствования системы управления госзакупками на основе новой информационной технологии.
Актуальность разработки информационно-аналитической системы координации
государственных закупок обусловлена следующими объективными обстоятельствами.
Совершенствование системы управления госзакупками необходимо для
"…пресечения злоупотреблений государственными служащими своим служебным положением" в свете Указа Президента Российской Федерации № 305 от 8 апреля 1997 г.
Новые информационные технологии в настоящее время интенсивно развиваются,
широко внедряются в деятельность органов управления всех уровней, создают условия
для повышения эффективности управленческой деятельности и становятся серьезным
барьером на пути произвола и коррупции при распределении бюджетных средств. Кроме
того, создание системы электронной торговли, в том числе для закупок продукции для государственных нужд, соответствует восьмому разделу системы программных мероприятий Федеральной целевой программы (ФЦП) "Электронная Россия (2002—2010 годы)".
Такая информационно-аналитическая система должна существенно повысить эффективность использования средств федерального бюджета и бюджетов субъектов Российской Федерации при государственных закупках, а также создать предпосылки для
широкого использования информационно-коммуникационных технологий в процессе
взаимодействия органов государственной власти и хозяйствующих субъектов.
Для достижения этого на федеральном уровне планируется создать:
• единую информационную инфраструктуру электронной торговли, включающую
общероссийскую систему информационно-маркетинговых центров;
• систему электронной торговли для закупок продукции для государственных
нужд;
• единую базу данных товаров и услуг и систему ее поддержки.
Создание системы электронной торговли для закупок продукции для государственных нужд позволит автоматизировать эти процессы во всех органах исполнительной
власти, значительно уменьшить издержки государственных заказчиков при проведении
конкурсов, сократить потери и исключить злоупотребления. При этом для государственных заказчиков намечено создать типовые комплексы аппаратных и программных
средств, необходимые для проведения электронной торговли при закупках продукции для
государственных нужд. Ожидается, что экономия бюджетных средств после внедрения
системы составит примерно 15 %.
Схема проведения госзакупок в регионе представлена на рис. 1.
90
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Рассмотрим основные особенности процесса регулирования госзаказа на региональном уровне.
В регионе есть ряд потребителей продукции (государственные заказчики). Поставщики имеются как внутри региона, так и за его пределами. Заказчики подают организаторам конкурсов заявки на продукцию, которые затем консолидируются. Организаторы торгов готовят конкурсную документацию и объявляют о проведении конкурсов. Потенциальные поставщики подают и подтверждают заявки на участие в конкурсах. Организаторы
проводят экспертизу поданных заявок, после чего устраиваются торги. Определяются победители конкурсов, затем заключаются контракты и осуществляются прямые поставки
продукции, минуя посредников.
Рис. 1. Схема проведения закупок для государственных и муниципальных нужд
Территориальным уполномоченным исполнительной властью органом по координации и контролю госзакупок в Брянской области является комитет по экономической политике, который:
- осуществляет координацию процесса;
- определяет номенклатуру и объем госзакупок за счет бюджетных средств исходя
из прогнозных показателей;
- представляет перечень государственных и муниципальных заказчиков в органы
государственной статистики.
Схема взаимодействия уполномоченного органа с государственными заказчиками
и муниципальными образованиями представлена на рис. 2.
Эффективные методы работы территориального уполномоченного органа в регионе
привели к определенным положительным результатам. В 2004 году проведено 14 тысяч
торгов по закупке товаров и услуг на конкурсной основе (рис. 3). Сокращение неэффективных расходов стало важным резервом наполняемости бюджетов. Экономия бюджетных средств в 2004 году составила более 101 млн. руб.
Перспективы развития исследуемой деятельности непосредственно связаны с применением новых информационных технологий. Разработана принципиальная схема
(рис. 4) информационно-аналитической системы координации закупок продукции для государственных и муниципальных нужд.
Информационно-аналитическая система ориентирована на эксплуатацию в среде
Microsoft Windows, включает интегрированную базу данных (ИБД), систему управления
91
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
базой данных (СУБД) и семь функциональных блоков. ИБД реляционного типа (размещается на одном узле вычислительной системы (на схеме условно показана распределенной)
и содержит следующие разделы: "Товары", "Услуги", "Производители и поставщики",
"Условия закупок", "Результаты закупок".
АДМИНИСТРАЦИИ МУНИЦИПАЛЬНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ:
Брянск, Клинцы, Новозыбков, Сельцо, Брасовский, Брянский,
Выгоничский, Гордеевский, Дубровский, Дятьковский,
Жирятинский, Жуковский, Злынковский, Карачевский,
Клетнянский, Климовский, Клинцовский, Комаричский,
Красногорский, Мглинский, Навлинский, Новозыбковский,
Погарский, Почепский, Рогнединский, Севский, Стародубский,
Суземский, Суражский, Трубчевский, Унечский
Администрация
области
Жилищная инспекция
Комитет
по экономической
политике
Областная
Дума
Фонд жилищного
строительства и ипотеки
Управления:
природных ресурсов и охраны
окружающей среды,
по делам гражданской
обороны и чрезвычайным
ситуациям,
судебного департамента,
социальной защиты
населения,
ЗАГС, по делам архивов,
внутренних дел, культуры,
финансовое,
труда, ветеринарии,
архитектуры и
градостроительства,
тарифно-ценовой политики и
потребительского рынка
Комитеты:
Департаменты:
здравоохранения; образования; по энергетике, связи и
реформированию жилищнокоммунального хозяйства;
строительства, в т.ч.:
государственное учреждение
«Управление дорожного
хозяйства»,
предприятие жилищно-коммунального хозяйства,
«Брянсккоммунэнерго»,
государственное учреждение
«Управление капитального
строительства»
лицензирования,
по земельным ресурсам и
землеустройству,
по сельскому хозяйству и
продовольствию,
по физической культуре и
спорту,
по делам печати,
телерадиовещания и средств
массовых коммуникаций,
по управлению госимуществом
Рис. 2. Схема взаимодействия уполномоченного органа с государственными заказчиками
и муниципальными образованиями
14003
Число торгов
15000
12500
9475
10000
7500
5882
4503
5000
2500
2253
1126
0
1999
2000
2001
2002
2003
Рис. 3. Количество проведенных торгов по закупке продукции
для государственных нужд Брянской области
92
2004 годы
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
6
Анализ
Анализрезультатов
результатовторгов
торгов
(закупок)
(закупок)
5
Пополнение
Пополнение
раздела
разделаБД
БД
«Результаты
«Результаты
закупок»
закупок»
7
Формирование
Формированиеотчетных
отчетных
иирекомендательных
рекомендательныхматериалов
материалов
4 Заключение
Заключение
контракта
контракта
3
Выбор
Выборпоставщика
поставщика
2
Анализ
Анализналичия
наличия
предмета
предметазакупок
закупок
1 Анализ условий закупок
Анализ условий закупок
Раздел БД
Раздел БД
«Результа«Результаты
тызакупок»
закупок»
Раздел
РазделБД
БД
«Товары»
«Товары»
Раздел БД
Раздел БД
«Условия
«Условия
закупок»
закупок»
Раздел
РазделБД
БД
«Услуги»
«Услуги»
Раздел БД
Раздел БД
«Произво«Производители
дители
и поставищики»
поставщики»
Система
Системауправления
управлениябазой
базойданных
данных
Рис. 4. Принципы построения информационно-аналитической системы и ее структура
Разделы "Товары" и "Услуги" заимствованы полностью из телекоммуникационной
информационно-поисковой системы "Рынок товаров и услуг региона" (ТИПС Р-ТУР).
Раздел "Производители и поставщики" создается на основе информации о производителях, имеющийся в ТИПС Р-ТУР. Добавлена информация о производителях и сведения о потенциальных поставщиках продукции (название, адрес, номера контактных телефонов, сведения об ответственных лицах, время работы на рынке, оценка платежеспособности, надежность выполнения условий контрактов, возможность гарантийного и постгарантийного обслуживания и т.п.).
Раздел "Условия закупок" включает информацию о критериях закупок, формах оплаты, способах и сроках поставок, требованиях к поставщику и т.п.
Раздел базы данных "Результаты закупок" предназначен для накопления информации об осуществленных закупках для её последующей обработки и выполнения анализа.
Сюда включаются следующие сведения: вид проводимого конкурса (открытый, двухэтапный, закрытый, по котировкам, у единственного источника); сведения о победителе и участниках конкурса; стоимость заключенного контракта; сокращение бюджетных назначений и др. Для ведения базы данных используется стандартная СУБД Access из пакета
офисных программ Microsoft Office.
Функциональный блок "Анализ условий закупок" предназначен для формирования
своего рода системы фильтров для "отсеивания" производителей и поставщиков, которые
по каким-либо причинам не соответствуют установленным условиям конкурса. В процессе функционирования блок использует информацию из раздела базы данных "Условия закупок".
Блок "Анализ наличия предмета закупок" осуществляет поиск в разделе БД "Производители и поставщики" потенциальных поставщиков товара. При этом выбираются те
кандидаты, у которых в разделе БД "Товары" (или в разделе "Услуги") имеется предмет
закупки. При построении этого блока заимствованы процедуры из ТИПС Р-ТУР.
93
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Блок "Выбор поставщика" осуществляет выбор из списка потенциальных кандидатов тех, которые удовлетворяют всем условиям конкурса. Для такого выбора используется компонент, имеющийся в ТИПС Р-ТУР. Затем из отфильтрованного списка в соответствии с установленным критерием выбирается победитель конкурса и поставщик, занявший второе место. Таким образом, в рамках блока "Выбор поставщика" решается классическая задача однокритериальной оптимизации методом простого перебора вариантов.
При более сложных условиях конкурса, когда выбор должен быть осуществлен не
по одному, а по нескольким критериям, можно использовать иерархический подход. Разработка алгоритма многокритериальной оптимизации для решения исследуемой проблемы представляет собой самостоятельную задачу и выходит за рамки данной статьи.
Блок "Заключение контракта" предназначен для автоматизации подготовки полного комплекта документов по контрактам (протокол заседания конкурсной комиссии о результатах конкурса, текст договора, спецификация поставки, приемо-сдаточные документы и т.п.). Такого блока в системе Р-ТУР не предусматривалось.
Блок "Пополнение раздела БД "Результаты закупок" необходим для внесения в базу данных информации о проведенном конкурсе. Вносятся следующие данные: вид проводимого конкурса (открытый, двухэтапный, закрытый, по котировкам, у единственного
источника); сведения о победителе и участниках конкурса; стоимость заключенного контракта; сокращение бюджетных назначений и др. Такой блок может быть построен в виде
отдельного автономного модуля или с использованием средств стандартной СУБД.
Блок "Анализ результатов торгов (закупок)" предназначается для выборки из базы
данных и суммирования таких показателей, как общее количество торгов, количество торгов каждого типа, стоимость заключенных контрактов, сокращение расходов бюджетных
средств и других показателей, устанавливаемых администрацией области.
Блок "Формирование отчетных и рекомендательных материалов" необходим для
автоматизированной подготовки презентаций материалов в программной среде Microsoft
PowerPoint, отчетов различного вида, буклетов и других текстовых и графических документов.
На рис. 5 представлена предлагаемая схема координации и контроля процесса госзакупок с использованием информационно-аналитической системы. Процесс осуществляется следующим образом. Территориальный уполномоченный орган по координации и
контролю закупок продукции для государственных нужд на конкурсной основе (комитет
по экономической политике Брянской области) определяет перечень организаций (организаторов проведения торгов), которым предоставляется право проведения торгов по реализации госзаказа, и устанавливает требования к разработке конкурсной документации.
Организаторы проведения торгов на основе поступивших заявок от производителей
и поставщиков товаров и услуг осуществляют проведение конкурсных закупок в соответствии с законодательством и установленными условиями конкурсов.
Информация о результатах проведенных торгов передается в территориальный
уполномоченный орган, который при помощи информационно-аналитической системы
(ИАС) выполняет проверку степени обоснованности результатов торгов. При этом используется информация о товарах, услугах, производителях и поставщиках, предоставленная в ИАС администрациями муниципальных образований области, а также включенная в ИАС на основе сведений, полученных из других регионов.
На основе накопленной в ИАС и обобщенной информации территориальный уполномоченный орган подает сведения о результатах своей деятельности в администрацию
области и разрабатывает предложения по совершенствованию процесса закупок продукции для государственных и муниципальных нужд региона. Предложения по совершенствованию правового механизма конкурсных закупок администрация области вносит
94
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
в областную думу, а организационные вопросы решает путем издания соответствующих
постановлений и распоряжений.
Администрация
Администрация
области
области
Территориальный
уполномоченный орган
по координации и контролю
закупок продукции для
государственных нужд
на конкурсной основе
ИнформационноИнформационноаналитическая
аналитическаясистема
система
Администрации
муниципальных
образований
Производители товаров
и услуг (хозяйствующие
субъекты региона)
и поставщики
Предложения
по совершенствованию
процесса закупок продукции
Критерии оценки
победителей
конкурса
Организаторы
проведения торгов
регионального
уровня
Брянская
Областная Дума
Совершенствование
правового
механизма
Совершенствование
организационных
аспектов
Результаты
торгов
Производители
и поставщики
товаров и услуг
за пределами региона
Рис. 5. Предлагаемая схема координации процесса госзакупок
Разработчики выражают надежду, что применение разработанной информационноаналитической системы реализации госзаказа позволит не только повысить эффективность использования бюджетных средств, но и будет способствовать "прозрачности" госзакупок и предупреждению злоупотреблений в сфере государственного и муниципального управления.
Материал поступил в редколлегию 04.04.05.
95
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
УДК 330.341
Д.В. Ерохин, К.Ю. Калинин
МЕТОДЫ ПРИНЯТИЯ ИНВЕСТИЦИОННЫХ РЕШЕНИЙ
НА ПРОМЫШЛЕННОМ ПРЕДПРИЯТИИ
Рассматриваются методы отбора инвестиционных проектов и процесс реализации выбранного проекта на промышленном предприятии.
Опыт стран с развитой рыночной экономикой показывает, что экономический рост
всегда связан со значительным наращиванием инвестиций. В условиях переходного периода инвестиции должны иметь особую структуру и сопровождаться как мерами по стимулированию национальных финансовых вложений, так и активным привлечением иностранного капитала. При этом инвестиционная политика, используя рыночные рычаги
воздействия, должна опираться на государственное регулирование [2].
Стимулирование внутренних резервов инвестирования зависит, прежде всего, от
ставки рефинансирования ЦБ РФ и системы налогообложения.
Важным внутренним резервом совокупных инвестиций считается амортизация.
Значение ее как основного источника производственного инвестирования, должно быть
восстановлено в процессе регулярной переоценки фондов [1].
Российские предприятия всех отраслей промышленности сталкиваются с возрастающей конкуренцией. Поэтому огромное значение для каждого из них приобретает проблема формирования долгосрочных конкурентных преимуществ на целевых сегментах
рынка. Это осуществляется путем разработки и реализации инвестиционной политики
предприятия - комплекса мероприятий, направленных на завоевание и укрепление рыночных позиций в долгосрочной перспективе. При ее формировании определяются приоритетные направления капиталовложений и устанавливается оптимальное (по критерию
повышения конкурентоспособности фирмы) распределение ресурсов между ними.
Результаты реализации инвестиционной политики зависят от качества менеджмента на предприятии, его способности работать с потенциальными инвесторами с целью
привлечения дополнительных источников финансирования. В зависимости от степени
решения этих задач управление может либо содействовать развитию, либо тормозить его.
Наличие высококачественного менеджмента, способного обеспечить как эффективное использование собственных и привлеченных финансовых ресурсов, так и качественное решение задач повышения конкурентоспособности, является ключевым фактором успеха в
реализации рыночной стратегии предприятия [3, 4].
Всякое вложение капитала является результатом принятия определенного решения.
Если в плановой экономике этот процесс для первичного хозяйственного звена был строго
регламентирован специальными нормативно-правовыми актами и вписан в общий план
экономического и социального развития страны на пятилетку, то сейчас такие решения
принимаются непосредственно на предприятии. Более того, данный процесс для предприятия стал крайне сложен, поскольку принимать инвестиционные решения приходится с
учётом воздействия множества факторов внешней и внутренней среды. Среди них - политическая и общеэкономическая нестабильность, несовершенство правовой базы инвестиционной деятельности, недостаток финансовых ресурсов и т.д. Отметим также, что главным критерием принятия того или иного инвестиционного решения стала экономическая
эффективность, важнейшим элементом которой является конкурентоспособность фирмы
на целевом рынке.
Инвестиционные идеи, возникающие в различных подразделениях, стекаются в
специально сформированный центр, состоящий из высококвалифицированных сотрудни96
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
ков различного профиля и отвечающий за координацию усилий по реализации стратегии
предприятия. В нем отсеиваются идеи, не соответствующие стратегическим целям.
Что касается идей, прошедших этап отбора, то они оформляются в соответствующие предложения, которые поступают в структурное подразделение, отвечающее за разработку инвестиционных проектов. На этом этапе формируются различные способы реализации инвестиционных предложений - так называемые инвестиционные альтернативы.
Так, необходимое предприятию технологическое оборудование может быть произведено
собственными силами или закуплено у одной из фирм-производителей. Сформированный
набор альтернатив впоследствии вновь подвергается просеиванию, критерием которого
служит экономическая эффективность. В результате выбирается наиболее эффективный
вариант, который принято называть инвестиционным проектом. Это и есть конечный продукт процесса принятия инвестиционного решения.
Существование множества источников инвестиционных идей увеличивает количество возможных направлений повышения эффективности функционирования предприятия
в долгосрочной перспективе. Прохождение идеями нескольких этапов отбора позволяет
минимизировать риск принятия и реализации неэффективного инвестиционного решения.
Конечно, данная модель лишь идеал, редко встречающийся на практике. Причинами отклонений являются, как правило, дефицит финансовых ресурсов и несоответствие между
характерным для многих руководителей предприятий стилем управления, сложившимся
еще в советские годы, и новыми условиями хозяйствования.
Рассмотрим порядок принятия инвестиционных решений на ЗАО УК «БМЗ». На
практике инициировать принятие решения об осуществлении капитальных вложений могут лишь:
1. Служба главного инженера, объединяющая в своей структуре технический и
конструкторский отделы, отдел главного механика и др. Работники этого подразделения
по роду своей деятельности контролируют состояние производственной базы предприятия (реальный износ, возрастную структуру основных фондов) и формулируют предложения по ее обновлению и техническому перевооружению.
2. Отдел маркетинга, роль которого как генератора инвестиционных идей значительно повысилась в результате проведенной в течение последних двух лет реструктуризации системы управления. Как это ни парадоксально, но вплоть до конца 1998 г. данный
отдел входил в структуру службы сбыта и не был подготовлен к сопоставлению производственных возможностей предприятия с требованиями рынка конечной продукции.
Вне зависимости от источника возникновения все инвестиционные идеи стекаются
в так называемый штаб главного инженера (это связано с тем, что практически всегда основанные на них проекты предполагают приобретение материальных активов, что требует
проработки технико-технологических аспектов). Проведя предварительный анализ, штаб
главного инженера выносит их на обсуждение совета директоров ЗАО УК «БМЗ», который определяет приоритетность тех или иных направлений капитальных вложений.
После одобрения инвестиционных предложений высшими органами предприятия
для каждого из них формируется соответствующее технико-экономическое обоснование
(ТЭО). Оно разрабатывается совместно техническим и плановым отделами. Сначала технический отдел оценивает долю проектных работ, определяет перечень необходимого
оборудования, рассчитывает объемы строительно-монтажных работ. Далее эта информация передается в плановый отдел, который оценивает эффективность инвестиционных
вложений (рассчитывает срок окупаемости, норму доходности и другие показатели), а
также формулирует предложения по источникам финансирования. Как правило, при инвестиционном проектировании предприятие опирается на собственные силы и не пользуется услугами сторонних организаций.
97
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
В связи с долгосрочным характером капитальных вложений в техникоэкономическом обосновании практически каждого инвестиционного проекта предусмотрено его финансирование в течение нескольких лет. Однако план технического развития
предприятия составляется лишь на годовую перспективу, что предполагает финансирование проектов лишь в объемах, которые предстоит освоить в текущем году. Отсюда потребность в использовании механизма внутренней преемственности планов технического
развития как компенсатора суженного горизонта планирования.
Процесс реализации любого инвестиционного проекта, связанного с приобретением технологического оборудования, можно разделить на следующие этапы:
- сбор и обработка информации о потенциальных поставщиках (производителях)
технологического оборудования;
- проведение конкурса (тендера) на поставку оборудования и выбор поставщика
(производителя);
- заключение договора с поставщиком (производителем) и организация поставок;
- монтаж, пуско-наладочные работы и обучение обслуживающего персонала.
Как правило, потенциальные поставщики (производители) оборудования выбираются на основе следующих критериев проектирования производственного процесса:
- производственная мощность;
- ресурсоемкость;
- экономическая эффективность;
- гибкость;
- производительность;
- надежность;
- ремонтопригодность;
- стандартизация и постоянство результатов;
- безопасность, промышленная санитария.
После получения принципиального согласия потенциальных поставщиков (производителей) на участие в конкурсе на поставку комплекса технологического оборудования
каждому из них направляется официальное письмо. После этого производители формулируют свои предложения, в которых отражаются следующие позиции:
- перечень оборудования, необходимого для решения поставленных задач;
- стоимость комплекса оборудования;
- условия финансирования и поставки;
- вид гарантии и др.
Несмотря на то, что все предприятия производят оборудование примерно одного
класса, существуют некоторые различия в его технико-технологических и стоимостных
характеристиках, выявляемые при проведении конкурса. Выбирая конкретного производителя технологического оборудования, специалисты предприятия руководствуются следующими факторами:
- надежность оборудования в работе;
- опыт эксплуатации подобного оборудования на ЗАО УК «БМЗ»;
- опыт производства данного оборудования на фирме-производителе;
- наличие сервисной службы (от фирмы-производителя);
- конструктивная возможность перспективного расширения выпускаемого на выбранном оборудовании ассортимента продукции;
- устойчивость финансового состояния фирмы-производителя оборудования;
- сроки поставки оборудования;
- комплексность поставки оборудования (возможность приобретения всего комплекса необходимого оборудования у данного производителя);
- условия финансирования приобретения оборудования.
98
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Поступившие от различных производителей предложения обобщаются в сравнительной таблице, составляемой техническим отделом завода с целью сопоставления их со
сформулированными ранее требованиями. Таблица сопровождается пояснительной запиской, в которой дается детальный анализ предложений поставщиков. Пояснительная записка завершается рекомендациями по выбору конкретного поставщика, максимально удовлетворяющего требованиям предприятия, и подписывается начальником технического отдела. Участники конкурса (как победитель, так и проигравшие) извещаются о его результатах официальными письмами.
Реализация любого инвестиционного проекта, связанного с приобретением нового
технологического оборудования, повышает требования к качеству трудовых ресурсов.
Поэтому на ЗАО УК «БМЗ» сразу после подписания контракта проводится переобучение
работников: их направляют на стажировку к поставщику оборудования либо на специальные курсы. Повышение квалификации продолжается и при осуществлении пусконаладочных работ, в ходе которых представители поставщика обучают производственный
и обслуживающий персонал работе с новой техникой.
Отметим, что рассмотренный организационный механизм принятия и реализации
инвестиционных решений по ряду объективных и субъективных причин не является идеальным. Это лишь один из множества примеров организации инвестиционного процесса,
характерный для конкретного предприятия.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
4.
Авраменко, С. Новые формы инвестиций в условиях переходной экономики /С. Авраменко // Экономист. - 1999. - №3.
Вольский, А.П. Индустриальная, инновационная и инвестиционная независимость/А.П. Вольский //
Экономист. - 1999. - №4.
Новицкий, А. Ориентиры инвестиционной и инновационной деятельности / А. Новицкий // Экономист. 1999. - №3.
Матвеева, Ю.В.Теория и практика накопления и инвестиций в переходной экономике России / Ю.В.
Матвеева, В.Н. Строгова. - Самара: СГЭА, 1999.
Материал поступил в редколлегию 29.11.05.
99
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
D.V. Erokhin, K. J. Kalinin
THE METHODS OF TAKING INVESTMENT DECISIONS IN THE
ENTERPRISE
The methods of selection and realization of investment projects in the enterprise
are take up in this article.
100
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Данные об авторах:
Ерохин Дмитрий Викторович
Телефон (домашний): 51-37-16
Телефон рабочий: 56-88-52, 54-90-24
Заведующей кафедрой «Экономика и менеджмент», доцент, к. э. н.
Калинин Константин Юрьевич
Телефон рабочий: 51-26-47
Ведущий специалист контрольно-ревизионного отдела ЗАО «УК
БМЗ»
Тема статьи: инвестиции
Название статьи: Методы принятия инвестиционных решений
на промышленном предприятии
101
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
УДК 338.45
А.А. Сковородко
ПОДХОДЫ К КЛАССИФИКАЦИИ ИННОВАЦИОННЫХ
СТРАТЕГИЙ РАЗВИТИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ
Анализируются подходы к классификации инновационных стратегий, а также даются рекомендации
по упорядочению рассмотренных подходов.
В последнее время все большее внимание начинает уделяться разработке инновационных стратегий развития предприятия. Предприятием в соответствии с его миссией и
динамично изменяющейся внешней средой вырабатываются цели получения устойчивых
прибылей, конкурентных преимуществ и выживания в долгосрочной перспективе. Средствами достижения целей, т.е. стратегиями, при этом служат как интенсивное развитие
всех элементов производственно-хозяйственной системы предприятия, так и их инновационное развитие.
Существует несколько подходов к классификации инновационных стратегий.
По мнению автора, очень интересны выводы, сделанные группой российских экономистов по результатам исследования зарубежного опыта инновационного менеджмента
[3]. Они выделяют два основных класса инновационной стратегии: оборонительную и наступательную. При этом каждый класс включает несколько типов стратегий (рис.1), которые выбираются предприятием в зависимости от условий микро- и макросреды. Оборонительная и наступательная стратегии являются очень распространенными понятиями и используются для определения характера целей и действий практически во всех элементах
корпоративной стратегии.
Инновационная стратегия
Оборонительная
защитная стратегия
Наступательная
стратегия активных НИОКР
стратегия инновационной имита-стратегия ориентации на
маркетинг
ции
стратегия слияний и
приобретений
стратегия выжидания
стратегия непосредственного реагирования на нужды и запросы потребителей
Рис. 1. Классификация инновационных стратегий
Сущность оборонительной стратегии состоит в частичных непринципиальных изменениях, позволяющих усовершенствовать ранее освоенные продукты, технологические
процессы, рынки. Инновации рассматривают как форму вынужденной ответной реакции
на изменения внешней среды, которая способствует сохранению ранее завоеванных рыночных позиций.
Защитная стратегия представляет собой комплекс мероприятий, позволяющих про-
100
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
тиводействовать конкурентам, целью которых является проникновение на сложившийся
рынок с аналогичной или новой продукцией. В зависимости oт рыночных позиций и потенциальных возможностей организации эта стратегия может разрабатываться в двух основных направлениях:
- создание на рынке данной продукции условий, не приемлемых для конкурентов и
способствующих их отказу от дальнейшей борьбы;
- переориентация собственного производства на выпуск конкурентоспособной продукции при сохранении или минимальном сокращении ранее завоеванных позиций.
Основным фактором успеха защитой стратегии считается время. Все предполагаемые мероприятия должны проводиться в достаточно короткие сроки, поэтому производитель должен иметь определенный научно-технический задел и устойчивое финансовое положение для того, чтобы достигнуть ожидаемого результата.
Стратегия инновационной имитации подразумевает, что производитель, предполагая успех новшеств конкурентов, их копирует. Стратегия достаточно эффективна для тех,
кто имеет необходимые производственную и ресурсную базы, что обеспечивает массовый
выпуск имитируемых продуктов и их реализацию на рынках, освоенных основным разработчиком.
Товаропроизводители, выбирающие эту стратегию, несут меньше затрат на НИОКР
(научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы) и меньше рискуют. Однако вероятность получения высокой прибыли снижается, поскольку издержки производства больше, чем у разработчика, доля рынка относительно невелика, а потребители имитируемой продукции испытывают к ней вполне естественное недоверие, стремясь получить
продукт с высокими качественными характеристиками, гарантированными фирменными
торговыми марками авторитетных производителей. В связи с этим достаточно часто такая
продукция выпускается в странах «третьего мира», создавая прямую конкуренцию настоящим товарам вследствие незаконного, «пиратского» использования оригинальных
торговых марок.
Стратегия инновационной имитации предусматривает использование приемов агрессивной маркетинговой политики, позволяющей производителю закрепиться на свободном сегменте рынка.
Стратегия выжидания ориентирована на максимальное снижение уровня риска в условиях неопределенности внешней среды и потребительского спроса на новшество. Она
используется самыми различными по размеру и успешности предприятиями. Крупные
производители рассчитывают с ее помощью дождаться результатов выхода на рынок
новшества, предлагаемого небольшим предприятием, и в случае его успеха оттеснить разработчика. Небольшие предприятия также выбирают данную стратегию, если у них имеется достаточно устойчивая ресурсная база, но есть проблемы с НИОКР; они рассматривают выжидание как наиболее реальную возможность проникновения на интересующий
их рынок.
Стратегия выжидания близка к стратегии инновационной имитации, поскольку в
обоих случаях производитель прежде всего стремится убедиться в наличии устойчивого
спроса на новый продукт предприятия-разработчика, на долю которого приходится основной объем издержек. Но если при имитационной стратегии производитель довольствуется рыночными сегментами, не охваченными главным предприятием, то при стратегии
выжидания он стремится превзойти предприятие-разработчика по объемам производства
и реализации новшества, и здесь особое значение приобретает момент начала активных
действий против предприятия-разработчика. Таким образом, стратегия выжидания может
быть как краткосрочной, так и достаточно продолжительной.
Для того, чтобы правильно выбрать время начала активных ответных действий и
тем самым снизить риск неудачи, производители разрабатывают и применяют специаль-
101
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
ные системы отбора информации о передовых предприятиях-конкурентах, возможных
рынках сбыта предполагаемых новшеств, запросах отдельных групп потребителей и т.д.
Стратегия непосредственного реагирования на нужды и запросы потребителей применяется обычно в области производства промышленного оборудования. Ее реализуют
небольшие по размерам организации, выполняющие индивидуальные заказы крупных
предприятий. Особенность этих заказов или проектов состоит в том, что предусматриваемые работы охватывают в основном этапы промышленной разработки и сбыта новшества,
тогда как весь объем НИОКР выполняется в специализированных инновационных подразделениях самого предприятия-заказчика. Предприятия и организации, реализующие
данную стратегию, не подвержены особому риску, и основной объем затрат приходится
на указанные этапы инновационного цикла.
Кроме небольших специализированных организаций, стратегию непосредственного
реагирования на нужды и запросы потребителей могут применять и подразделения крупных предприятий, имеющие определенную хозяйственную самостоятельность, быстро
реагирующие на конкретные производственные потребности и способные в короткие сроки привести свою производственную и научно-техническую деятельность в соответствие с
содержанием предлагаемых заказов.
Все виды стратегий в отношении ранее освоенной и совершенствуемой продукции
можно разделить на две основные группы. С одной стороны, это стратегии, предполагающие снижение издержек производителя, с другой – дифференциацию выпускаемой продукции.
В стратегиях первой группы основное внимание уделяется совершенствованию материально-технической и технологической баз производства, поиску путей сокращения
затрат на отдельных этапах инновационного цикла. Стратегию лидерства по издержкам
реализуют предприятия, имеющие достаточно устойчивое рыночное положение, надежные источники сырьевых ресурсов. В случае успеха данной стратегии производитель получает еще большую долю рынка, экономию затрат на приобретение сырья и материалов,
что способствует получению большего, чем у конкурентов объема прибыли, а следовательно, появлению дополнительных средств, которые можно направить на совершенствование материально-технической и технологической баз, сохраняя тем самым лидерство по
издержкам в своей отрасли.
Стратегия дифференциации продукции предполагает разработку и создание в какой-либо сфере деятельности оригинального изделия, отличающегося от ранее освоенных
дизайном, некоторыми качественными параметрами, технологическими особенностями
производства, формами послепродажного обслуживания и т.д.
Выделенные группы стратегий взаимосвязаны между собой, причем зачастую снижение издержек является условием успешности дифференциации продукции. Однако некоторые предприятия, определяя характер своей будущей инновационной стратегии, противопоставляют их, стараясь ограничиться либо снижением издержек, либо дифференциацией продукции. При этом ориентация только на дифференциацию продукции может
привести к снижению качества НИОКР, росту числа мелких, незначительных работ, приоритету непроизводственных факторов (реклама, формы продажи и обслуживания) перед
научно-техническими и производственными.
В свою очередь, ориентация только на снижение издержек может приобрести форму
сокращения всех видов издержек, в том числе затрат на НИОКР, хотя по сравнению с
дифференциацией продукции эта стратегия ближе к целям инновационного развития производства. Таким образом, необходимо комплексное исследование возможных направлений перспективного развития предприятий и организаций, предпочитающих оборонительную инновационную стратегию.
В условиях относительно стабильных товарно-денежных отношений инновации, как
102
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
правило, являются исходной базой для повышения конкурентоспособности продукции,
расширения и укрепления рыночных позиций, освоения новых областей применения изделий, т.е. активным средством бизнеса, составляющим содержание наступательной стратегии.
Производители, реализующие стратегию активных НИОКР, получают самое большое конкурентное преимущество, которое выражается в оригинальных, единственных в
своем роде научно-технических разработках, принципах или методах.
При стратегии, базирующейся на интенсивности НИОКР, ключевые стратегические
возможности открываются вследствие горизонтальной диверсификации, освоения новой
продукции и рынков. Стратегические задачи управления здесь состоят в мобилизации дополнительных активов (в том числе знании рынков) для вступления в новые продуктовые
рынки и постоянном анализе деятельности производственных подразделений с точки зрения выявления возникающих технологических возможностей, а также в проведении внутренней реорганизации, необходимой для освоения новой продукции.
Стратегия, ориентированная на маркетинг, предусматривает целевую направленность всех элементов производственной системы, а также вспомогательных и обслуживающих видов деятельности, на поиск средств решения проблем, связанных с выходом
новшества на рынок. При этом основной круг этих проблем отражает взаимоотношения
продавца новшества с его потребителями. Успешность этой стратегии напрямую зависит
от интенсивности инновационной деятельности организации. Практика показывает, что
интенсивность выше, если она имеет устойчивые позиции на расширяющемся рынке,
вкладывает значительные средства в НИОКР по новой продукции, способствует поддержанию духа творчества в коллективе и стимулирующего организационного климата. Инновационная деятельность – деятельность, направленная на использование и коммерциализацию результатов научных исследований и разработок для расширения и обновления
номенклатуры и улучшения качества выпускаемой продукции (товаров, услуг), совершенствования технологии ее изготовления с последующим внедрением и эффективной реализацией на внутреннем и внешнем рынках.
Стратегия слияний и приобретений является одним из самых распространенных вариантов инновационного развития производителя, поскольку предполагает меньший риск
по сравнению с другими видами активной стратегии, опирается на уже отлаженные производственные процессы и ориентируется на освоенные рынки. Результатом данной стратегии является создание новых производств, крупных подразделений, совместных предприятий на базе объединения ранее обособленных структур. Наиболее эффективной их
разновидностью считаются внешние и внутренние венчуры.
Внешний венчур организации – организационная форма создания с другими организациями совместных фондов венчурного финансирования на коммерческих основах.
Внутренний венчур организации – подразделение с достаточной хозяйственной самостоятельностью и всеми преимуществами инновационной организации, которое имеет
матричную структуру менеджмента и действует как временный целевой коллектив, работающий по определенной целевой программе.
Стратегия создания венчуров может быть применена при условии проведения тщательного анализа следующих факторов:
- характера новой продукции, технологии, а также их связи с ключевыми технологиями и рынками организации;
- места венчура в организационной структуре организации (создание венчура при
линейном производственном подразделении или центральном исследовательском и конструкторском подразделении):
- способа и сроков финансирования;
- возможности обеспечения квалифицированными специалистами по управлению,
103
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
исследованиям и разработкам, маркетингу за счет внутренних источников или дополнительно привлеченных со стороны.
В активных инновационных стратегиях значительно труднее выделить внутренние
отличия, чем в оборонительных. Они имеют много общего и наиболее эффективны, когда
предприятие реализует целый комплекс различных направлений активной инновационной
деятельности.
Конкретный тип инновационной стратегии в отношении новой продукции зависит
от ряда факторов, наиболее важными из которых являются производственнотехнологические возможности и конкурентная позиция производителя.
Производственно-технологические возможности определяются внутренними и
внешними характеристиками инновационной деятельности. К внутренним относится ранее сформировавшийся научный и технико-технологический потенциал, элементами которого являются кадры, материально-техническая база, финансовые ресурсы, портфель
патентов. Примерами внешнего проявления технических возможностей являются наличие
и масштаб распространения лицензий, формы и характер взаимоотношений с поставщиками, потребителями.
Конкурентные возможности отражаются следующими показателями: относительной
долей рынка, контролируемой производителем, способностью быстро реагировать на динамику рыночных структур; доступом к источникам получения относительно дешевых, но
качественных ресурсов; доступом к источникам финансирования инновационных программ и отдельных проектов; уровнем подготовки персонала; готовностью к риску.
Кроме классического деления стратегий на оборонительную и наступательную, некоторые авторы выделяют в числе важнейших ряд дополнительных элементов классификации. Так, В. Хартман и В. Шток считают приспособительную стратегию самостоятельным классом и рассматривают в качестве ее основных признаков приобретение лицензий
у ведущей фирмы и/или попытки улучшить изделие, выпустить сходное изделие, обеспечив меньшие издержки производства, и т.д. По их мнению, для такой стратегии характерны более низкие расходы на НИОКР и меньший риск, однако вероятность получения высокой прибыли невелика [6]. Кроме того, авторы проводят аналогию между данной стратегией и стратегией инновационной имитации, при которой делается попытка максимально точного копирования заимствованной технической идеи другой фирмы для того, чтобы
приблизиться к конкурентам и изыскать новые возможности применения данной идеи [6].
Л. Водачек и О.Водачкова выделяют четыре основных типа инновационной стратегии: активно наступательную, умеренно наступательную, оборонительную и остаточную
[2].
Первый тип стратегии используется производителями, стремящимися быть первыми
на рынке конкретного нововведения. Для этого они должны обладать высоким инновационным потенциалом, а также научно-техническим заделом в сфере производства нового
продукта, сильной маркетинговой службой и т.д., т.е. всеми теми характеристиками, которые позволяют добиться лидерства в узкой сфере в течение относительно короткого промежутка времени (2-3 года).
Инновационный потенциал – совокупность различных видов ресурсов, в том числе
материальных, финансовых, интеллектуальных, информационных, научно-технических и
иных, необходимых для осуществления инновационной деятельности.
Второй тип стратегии позволяет предприятию стать вторым производителем и
удержать эту позицию путем проведения собственных НИОКР очень высокого уровня по
существенно более широкому спектру изделий, чем, например, при выборе первого типа
стратегии. При этом риск неудачи, естественно, не так высок, как для первого производителя, а уровень конкурентоспособности продуктов позволяет получать достаточно большой объем прибыли от их реализации.
104
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Третий тип стратегии авторы считают наиболее приемлемым для средних предприятий, стремящихся сохранить свои позиции, либо для тех, кто не имеет проблем со сбытом из-за отсутствия конкуренции (монопольное положение в определенной сфере, недоступной для конкуренции).
Четвертый тип стратегии отражает стремление производителя остаться на уже освоенном рынке с традиционными или даже морально устаревшими продуктами после ухода
с этого рынка ведущего производителя. Тогда, как правило, мелкие предприятия покрывают остаточный спрос на данные продукты отдельных групп потребителей. При безусловной экономии на различных видах издержек, в том числе на НИОКР и освоение рынка,
эта стратегия характеризуется достаточно жесткими временными ограничениями, поскольку неверная оценка момента выхода на остаточный рынок может повлечь за собой
значительные сбытовые потери.
Б.Cанто выделяет шесть типов инновационной стратегии: традиционную, оппортунистическую, имитационную, оборонительную, зависимую, наступательную [4].
При традиционной стратегии основная цель производителя состоит в повышении
качества ранее освоенных продуктов. Данная стратегия реализуется в стабильных производственно-хозяйственных условиях при традиционно сложившейся номенклатуре производства и относительно низком уровне конкуренции. Эта стратегия позволяет упрочить
рыночные позиции производителя, но вместе с тем может стать фактором их потерь в будущем из-за ограничения возможностей диверсификации.
Реализуя оппортунистическую стратегию, производитель выбирает такое изделие,
которое позволяет получить экономию на НИОКР, но обеспечивает монополию на рынке.
Для успешной ее реализации необходимы максимально полная информация о состоянии
рынка, высокий уровень технико-технологического развития производства, а также наличие у производителя способностей и возможностей к быстрой адаптации производства к
конкретным рыночным условиям. Недостатком этой стратегии является ограничение возможностей и перспектив развития собственного сектора НИОКР.
Имитационная стратегия ориентирована на приобретение у организацийразработчиков новых технических идей, технологий, способных обеспечить быстрое освоение рынка на основе выпуска лицензионных продуктов. Она требует наличия соответствующих финансовых средств для закупки лицензий и позволяет быстро занять достаточно выгодные рыночные позиции, использовать лицензионные разработки в собственных исследованиях. Однако данная стратегия может привести к нежелательной зависимости организации от продавца лицензий, а также отрицательно сказаться на результатах основной деятельности в случае приобретения лицензий на разработки с низким уровнем
конкурентоспособности.
Цель оборонительной стратегии по Б. Санто состоит в том, чтобы не отстать от конкурентов в избранной области, вследствие чего отсутствует ориентация производителя на
занятие ведущих позиций на рынке. Для ее реализации требуется наличие исходных научно-технических разработок достаточно высокого уровня. Эта стратегия реализуется с относительно низкой степенью риска, так как предполагаемые к выпуску продукты уже
прошли рыночную апробацию, при этом существует опасность пропустить важную разработку, предлагаемую первым производителем взамен продукта, предлагаемого обороняющимся.
Зависимая стратегия наиболее характерна для средних и малых предприятий, взаимодействующих с крупными компаниями, поэтому готовность крупных производителей
передать новые разработки для дальнейшего их распространения в сферу малого и среднего бизнеса является одним из основных условий применения этой стратегии. В результате экономятся средства на собственные исследования и разработки, маркетинговые исследования, технологическую подготовку производства. Вместе с тем малое предприятие
105
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
может существенно пострадать из-за возможных неудач основной компании. К тому же
зависимая стратегия практически не дает возможностей для диверсификации.
Наступательная стратегия отражает задачу производителя занять ведущие позиции
на рынке. Для нее характерны наличие развитого сектора НИОКР, сильной ресурсной базы, проведение комплексных аналитических маркетинговых исследований, а также соответствующее отношение персонала. Производитель, выбирающий наступательную стратегию, способен быстро реагировать на возникновение технологических разрывов, что позволяет обеспечить его лидерство в конкретной производственной области. Риск, связанный с выбором данной стратегии, по сравнению с другими вариантами наибольший.
Известный экономист Б.Твисс рассматривает в качестве основных следующие разновидности инновационной стратегии: наступательную, защитную, лицензионную, промежуточную, разбойничью, стратегию создания нового рынка [5].
В отношении наступательной стратегии его позиция отличается тем, что основными
производителями, избирающими ее, он считает только мелкие предприятия, концентрирующие усилия на одном или нескольких инновационных проектах, а главными факторами успеха – высокий уровень квалификации и профессионализма в инновационной сфере,
способность предвидения рыночных перспектив и умение быстро адаптироваться к изменениям. Поэтому при очень высокой степени риска эта стратегия характеризуется возможностью быстрой окупаемости вложенных средств и получения прибыли.
Защитная стратегия по Б. Твиссу используется при наличии значительной доли
рынка, не занятой первым производителем продукта или конкурентами, возможностей
получения прибыли, в том числе за счет относительно низкого уровня издержек. Для этой
стратегии характерно большее внимание к разработкам, нежели к исследованиям.
Лицензионная стратегия в данной классификации трактуется достаточно традиционно, но среди условий ее применения особо выделяется необходимость проведения собственных НИОКР для последующего более точного выбора лицензий для покупки.
Промежуточная стратегия позволяет избежать прямого столкновения рыночных интересов конкурентов в результате выявления свободной ниши. По мнению Твисса, промежуточная стратегия в значительной степени основывается на маркетинговых исследованиях, требует высокой творческой активности персонала маркетинговых служб.
Стратегия, которую Б. Твисс называет разбойничьей, предполагает резкое вторжение производителя на рынок, способное привести к его сокращению. Это может произойти при наличии у производителя таких продуктов, с которыми он может выйти на несвойственный для него рынок, где он не был представлен ранее. Прибыль при этом может
быть получена в результате переориентации потребителей с традиционного на новый продукт. Основным фактором риска здесь является отсутствие практического опыта работы
на новом, ранее неизвестном рынке.
Стратегия создания нового рынка предполагает, что в данный период организация
является единственным производителем нового продукта. Ее эффективность прежде всего
зависит от уровня развития маркетинговой службы и соответственно от качества проводимых маркетинговых исследований, инновационной активности персонала и прогрессивности позиции руководства в вопросах перспективного развития производства. Производитель, реализующий данную стратегию, становится монополистом на рынке, а затраты
на разработку и распространение инновации окупаются достаточно быстро. Вместе с тем
очевидно и то, что стратегия создания нового рынка имеет очень высокую степень риска.
В исследованиях Л.И. Богданова [1] выделены четыре типа инновационной стратегии: острая наступательная, умеренно наступательная, защитная и лицензионная.
Острая наступательная стратегия выбирается производителем, стремящимся к лидерству при внедрении нововведения в определенном рыночном сегменте, если оно имеет
необходимые ресурсы и опережает потенциальных конкурентов в инновационной и про-
106
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
изводственной сферах, хотя и в достаточно узком секторе товарного ассортимента.
Умеренно наступательная стратегия характеризуется большим количеством продуктов, предлагаемых к внедрению. Это опять стратегия второго лучшего производителя,
ориентирующегося на широкий круг потребителей и достаточно уверенного в высоком
уровне конкурентоспособности изделий в будущем. Однако если сильные конкуренты успешно реализуют острую наступательную стратегию, то при возникновении значительных
технологических разрывов для вторых производителей очень велика вероятность потери
рыночных позиций.
Характеристики защитной и лицензионной стратегий в трактовке Л.И. Богданова
практически не отличаются от характеристик, используемых в приведенных подходах.
Рассмотренные варианты классификации инновационных стратегий позволяют сделать вывод, что многие авторы используют различные определения для характеристики
одного и того же вида стратегии, сохраняя при этом единую точку зрения на его содержание и условия выбора. Это относится и к названиям классов инновационных стратегий,
когда наравне с термином «оборонительная» используются понятия «адаптационная»,
«пассивная», а синонимами термина «наступательная» служат понятия «активная», «творческая» и др. Поэтому возникает необходимость упорядочить существующие подходы к
классификации инновационных стратегий, привести их к единообразию (рис. 2).
защитная
зависимая
иные факторы
остаточная
мотивация
персонала
информационное
обеспечение
время
ресурсное
обеспечение
умеренная наступательная
Оборонительная
технология
активная наступательная
маркетинг
Наступательная
КОМБИНИРОВАННАЯ
Инновационная стратегия
Рис. 2. Взаимосвязь инновационных стратегий
На практике процесс выбора конкретного типа инновационной стратегии, как правило, предполагает определение той приоритетной сферы, которая будет играть ведущую
роль в перспективном развитии организации. Только при комплексном решении инновационных задач развития производства возможен успех стратегического характера. Поэтому в одно и то же время производитель обычно реализует самые разные мероприятия, которые по содержанию и направленности могут не соответствовать основной стратегиче-
107
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
ской цели, поскольку относятся к различным сферам деятельности организации. Но и при
реализации основной стратегии обычно осуществляются различные по характеру действия и проекты.
Следует иметь в виду то, что достаточно сложно однозначно определить приоритетность мер только оборонительного или только наступательного характера. Поэтому в
дополнение к оборонительным и наступательным стратегиям необходимо выделить в качестве отдельной категории комбинированную инновационную стратегию. По мнению
автора, она наиболее эффективна в тех случаях, когда, упрочив свои позиции в результате
реализации оборонительной стратегии, производитель стремится постепенно перейти «к
наступлению».
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Богданов, А.И. Стратегическое управление научно-техническим прогрессом на предприятии / А.И. Богданов. - М.: ВАФ, 1991.
2. Водачек, Л. Стратегия управления инновациями на предприятии / Л. Водачек, О. Водачкова.– М.: Экономика, 1989.
3. Инновационная и конкурентная стратегия корпораций: науч.-аналит. обзор /РАН ИНИОН - М., 1994.
4. Санто, Б. Инновация как средство экономического развития / Б. Санто. - М.: Прогресс, 1991.
5. Твисс, Б. Управление научно-техническими нововведениями / Б. Твисс. - М.: Экономика, 1989.
6. Хартман, В. Критический анализ буржуазной теории и практики управления промышленными исследованиями и разработками / В. Хартман, В. Шток. - М.: Прогресс, 1979.
Материал поступил в редколлегию 11.01.2006.
108
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
УДК 330.341
И. В. Шляхто
ОЦЕНКА ИННОВАЦИОННОГО ПОТЕНЦИАЛА
ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ
Проанализировано понятие инновационного потенциала промышленного предприятия, предложены
его структурная схема и методические основы оценки.
Одним из наиболее существенных элементов системы инновационного процесса
является инновационный потенциал, отражающий способность к усовершенствованию
или обновлению системы и определяющий техническое лидерство. Существует большое
количество определений инновационного потенциала [1, 2]. Автор придерживается следующей формулировки: инновационный потенциал - это не только возможность создания
новшеств, осуществления инноваций, но и готовность воспринять эти нововведения для
последующего эффективного использования на уровне, соответствующем мировому.
Величина инновационного потенциала является параметром, позволяющим предприятию оценить возможности инновационной деятельности и определить стратегию инновационного развития. От состояния инновационного потенциала зависят управленческие решения по выбору и реализации инновационной стратегии, поэтому необходима его
комплексная оценка.
В литературе выделяют два подхода к оценке инновационного потенциала:
– детальный, при котором инновационный потенциал оценивается по системе показателей с целью выявления возможности осуществления конкретного проекта;
– диагностический, заключающийся в анализе состояния предприятий по ряду
внешних и внутренних параметров, в основном экспертными методами.
Нередко предлагаемые методики оценки инновационного потенциала не отражают
его структуры, поэтому анализ получается неполным.
По мнению автора, инновационный потенциал предприятия имеет сегментарную
структуру (рис. 1).
Ресурсный блок
Кадровый
потенциал
Информационный потенциал
Финансовый
потенциал
Научнотехнический
потенциал
Производственнотехнологический
потенциал
Потребительский
потенциал
Организационный
потенциал
Управленческий потенциал
Инновационная культура
Рис. 1. Структурная схема инновационного потенциала
109
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Каждая составляющая инновационного потенциала оценивается по ряду параметров, часть из которых приведена ниже.
1.Производственно-технологический потенциал включает применяемые технологии и их тип; состояние основных производственных фондов; технологическое обслуживание; компьютерные системы; оборудование и материалы; систему качества и т.д.
При оценке производственно–технологического потенциала важным является технический уровень создаваемой инновационной продукции, который можно определить,
используя следующие показатели производственного оборудования:
– Коэффициент прогрессивности оборудования
К пр = ОПФБПР ОПФФБ ,
где ОПФ БПР – балансовая стоимость прогрессивного оборудования на конец анализируемого периода, руб.; ОПФ ФБ – балансовая стоимость всего оборудования на конец анализируемого периода, руб.
– Коэффициент модернизации оборудования
К мо = ОПФМО ОПФФБ ,
где ОПФ МО – балансовая стоимость модернизированного оборудования, руб.
– Удельный вес оборудования со сроком эксплуатации до 10 лет
К ОБ10
У ОБ10 =
К ОБ ∑
где К ОБ10 – количество единиц оборудования со сроком эксплуатации до 10 лет, шт.; К ОБΣ общее количество единиц оборудования, шт.
– Количество инновационных мероприятий, направленных на повышение эффективности производства, шт.
– Коэффициент износа
Изн∑
,
К износа =
ПБС
где Изн∑ - накопленная сумма износа, руб.; ПБС – первоначальная балансовая стоимость,
руб.
2. Кадровый потенциал характеризует обеспеченность инновационного процесса
человеческими ресурсами, квалификационную и возрастную структуру персонала, задействованного в создании и распространении инноваций. Кадровый потенциал определяют
следующие показатели:
– Численность, структура и состав персонала
Ч
Ч ИП1 = ИП 100% ,
ЧП
где
Ч ИП1 – доля персонала, задействованного в инновационных проектах предприятия,
чел.; Ч ИП – общая численность персонала, задействованного в инновационных проектах
предприятия, чел.; Ч П – среднесписочная численность персонала по предприятию, чел.
При этом большое значение имеет доля научно-технических специалистов в общей
численности персонала, задействованного в инновационных проектах предприятия:
Ч
Ч НТС1 = НТС 100% ,
Ч ИП
где Ч НТС1 – численность научно-технических специалистов (разработчиков), чел.
110
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Для большинства промышленных предприятий характерным является старение научных кадров, средний возраст которых постоянно растёт. Именно поэтому показатель
возраста персонала, задействованного в системе инновационного потенциала, целесообразно включить в методику оценки.
– Удельный вес научно–технических специалистов старше 50 лет в общей численности научно–технических специалистов, занимающихся инновационными разработками,
который оценивается как
В
В1 =
100% ,
Ч НТС
где В – численность научно–технических специалистов старше 50 лет, чел.
– Уровень квалификации используемого труда, который можно оценить как
У
Ч НТС
100% ,
КВНТС =
Ч НТС
У
где КВНТС – квалификационный уровень научно-технических специалистов, чел.; Ч НТС
–
численность научно-технических специалистов, имеющих учёные степень, звания, чел.
Большое значение для предприятия имеет желание и возможность работников повышать квалификацию, переобучаться, их удельный вес в общей численности персонала
( Ч общ ).
К1 =
Ч повыс.квал.
,
Ч общ.
где К1 - доля работающих, прошедших профессиональную подготовку и повысивших
свою квалификацию, в общей численности работающих; Ч повыс.квал - количество работающих, прошедших профессиональную подготовку и повысивших свою квалификацию, чел.
– Система оплаты труда, мотивации.
Одним из важных факторов мотивации труда персонала, занимающегося разработкой новшеств, является уровень заработной платы, поэтому необходима оценка среднего
уровня заработной платы научно-технических специалистов по отношению к среднему
уровню заработной платы по предприятию.
3. Информационный потенциал оценивается следующими показателями:
– Совокупностью информации по инновационной деятельности, научнотехнической, правовой литературы.
– Инновационными возможностями в области коммуникации; компьютерными
системами.
– Системой защиты информации и др.
Информация должна обладать следующими характеристиками: своевременностью,
доступностью, надежностью, комплексностью, правовой корректностью, актуальностью.
При проектировании системы защиты информации следует учитывать существование
промышленного шпионажа - получения информации (обычно конфиденциальной) о конкурентах с целью поддержания или увеличения прибыли фирмы путем разработки и применения против них соответствующих стратегий.
4. Финансовый потенциал оценивается в два этапа.
1) Предварительная оценка инновационного проекта, где исследуются:
– Затраты на разработку или приобретение проекта.
– Затраты на реализацию проекта (приобретение оборудования, реконструкцию
зданий, сооружений, наладку, запуск, освоение).
– Начальный оборотный капитал.
111
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
– Текущие затраты на производство продукции по проекту до первых результатов
её реализации.
– Доходы от проекта, которые могут включать помимо доходов от реализованной
продукции, доходы от устаревшей техники, оборудования, ненужных узлов, деталей, части запасов и др.
2) Оценка финансового состояния предприятия производится на основе оценок
следующих показателей:
– Платежеспособности (для её оценки целесообразно применять коэффициенты
ликвидности и покрытия).
– Кредитоспособности.
– Финансовой устойчивости.
– Уровня рентабельности активов и собственного капитала (его оценка необходима для выявления дополнительных возможностей предприятия).
– Инвестиционных рисков [3].
В зависимости от используемой предприятием инновационной стратегии (наступательной, оборонительной, имитационной) и типов нововведений, риски распадаются на
несколько видов:
– по продукту (существующий /новый);
– рынку (существующий /новый);
– технологии (существующая /новая).
Соответственно возможны шесть вариантов сочетания данных переменных .
Существующий продукт
Оценка рисков инновационной стратегии
Существующий продукт
Существующий продукт
Существующий рынок
Новый рынок
Новый рынок
Существующая технология
Существующая технология
Новая технология
Новый продукт
Новый продукт
Новый продукт
Существующий рынок
Новый рынок
Новый рынок
Существующая технология
Существующая технология
Новая технология
Степень заливки ячеек таблицы означает сравнительный уровень риска инновационной деятельности. При этом надо учитывать, что в современных российских условиях
наименее контролируемым и, следовательно, потенциально наиболее рисковым фактором
является выход на новые рынки.
– Внутренних и внешних источников (в т.ч. объёмов государственного, местного,
муниципального финансирования в программах; договорах-заказах и др. источниках финансовых ресурсов).
Для определения финансового сегмента инновационного потенциала предприятия
целесообразно применять также группу показателей, относящихся непосредственно к
структуре затрат на инновационную деятельность. Как известно, между затратами на инновационную деятельность и её результатами часто прослеживается прямая зависимость.
Для оценки затратных показателей инновационного потенциала часто предлагают использовать долю:
– суммарных затрат на НИОКР и приобретение технологий в суммарных затратах
на производство за рассматриваемый период;
– затрат на НИОКР в общем объёме затрат на производство.
112
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
На основании характеристик показателей можно сделать выводы о технологичности промышленного предприятия и состоянии воспроизводственного потенциала.
Работая над сбалансированностью видов ресурсов и совершенствованием их пропорций, предприятие улучшает свои организационные возможности, может влиять на
размеры инновационного потенциала.
5. Научно-технический потенциал расположен в центре схемы и опирается на ресурсный блок, с которым тесно связан. Он включает изобретения, товарные знаки, промышленные образцы, ноу–хау; новшества, которые могут быть предложены к использованию; инновационные программы и проекты, а также сеть инновационных, научноисследовательских учреждений, с которыми сотрудничает предприятие.
Величину научно-технического сегмента целесообразно определять как количество
новшеств, которые фактически могут быть использованы предприятием в сфере практического применения [1].
Для оценки научно-технического потенциала рекомендуется использовать следующие показатели:
– Средняя продолжительность разработки одного новшества
N
Всозд =
∑П
i
i =1
,
N
где В созд – средняя продолжительность разработки одного новшества (изобретения, технического решения, идеи), завершенного в рассматриваемый период; N – общее число созданных в результате проведения собственных НИОКР новшеств за рассматриваемый период; П – время, затраченное на создание i-го новшества.
Инновационный потенциал предприятия должен обеспечивать не только разработку новшеств, но и их внедрение в сферу практической реализации. Известно, что лишь 10
– 30 % идей могут стать изобретениями, а 0,5 – 3,5 % изобретений способны окупить себя.
Чем большее число научно-технических разработок относительно их общего числа находят практическое применение, тем эффективнее используется инновационный потенциал
предприятия. Таким образом, результативность освоения новшеств оценивается соотношением числа внедренных и общего числа разработанных новшеств.
– Результативность освоения (внедрения) новшеств
N
РВН =
внедр.нов
∑ Кt
i =1
T
∑ Kt
разр.нов
,
t =1
где К t разр.нов, К t внедр.нов – число внедрённых и разработанных новшеств за t - год.
– Средняя продолжительность освоения одного новшества
N
Вос =
∑В
i =1
i
,
N
где В i – время, потраченное на внедрение i-го новшества (изобретения, технического решения, идеи).
При расчете этого показателя спорным является определение момента перехода
разработки из новшества в инновацию. Принято считать для продукции производственного назначения данным моментом дату начала промышленной эксплуатации, для потребительской продукции – дату реализации первой единицы (партии) товара. Этот показатель
необходим для комплексной оценки инновационных возможностей предприятия, так как
сокращение инновационного лага нововведений всё более актуально в настоящее время.
113
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
– Количество направлений, по которым осуществлены научно-исследовательские
и опытно-конструкторские работы.
– Вес инновационной продукции в общем объёме производства.
Без следующих сегментов невозможно превращение новшеств, полученных в результате работы, в нововведения.
6. Организационный потенциал включает организацию процессов планирования,
принятия решений, контроля, системы коммуникаций, сбыта; сеть научно–технических
учреждений, проектно-конструкторских, инновационных предприятий, с которыми сотрудничает рассматриваемый объект.
При анализе организационной составляющей инновационного потенциала оцениваются следующие показатели:
– Конфигурация (звенья, диапазон и уровни управления).
– Качество внутренних и внешних вертикальных и горизонтальных, прямых и обратных связей.
– Отношения (разделения прав и ответственности по звеньям).
7.Управленческий потенциал включает современные формы управления инновационной деятельностью; оптимальные организационную структуру и систему менеджмента;
систему стратегического и тактического планирования, общую организованность, модели
корректировки на этапах развития и изменений, методы и порядок контроля.
8. Инновационная культура – готовность предприятия, персонала, руководящего
звена воспринимать полученные новшества, переводить их в нововведения, учитывать неудачи и адаптироваться к изменениям окружающей среды.
Оцениваются следующие качественные и количественные параметры:
– Коммуникативная система и язык общения.
– Система нефинансовой мотивации.
– Система финансовой мотивации.
– Модели наставничества.
– Восприятие сотрудниками ценностей компании как своих собственных.
Инновационная культура обеспечивает восприимчивость людей к новым идеям, их
готовность и способность поддерживать и реализовывать новшества во всех сферах жизни.
9. Потребительский сегмент инновационного потенциала является одним из наиболее важных его компонентов. Именно в нём оценивается, насколько данная новация
нужна потребителю, и будет ли она иметь возможность дальнейшего распространения и
использования.
Потребительский сегмент включает всех юридические и физические лица, которые, с одной стороны, являются потребителями инноваций, а с другой – инициируют их
появление через спрос; потенциал маркетинга, где оцениваются возможности данной новации, происходит поиск рынков сбыта, потребителей, формируется ценовая политика,
организуется сбыт, послепродажное обслуживание и реклама.
Потребительский потенциал предлагается оценивать по следующим показателям:
– Объем реализации продукции в стоимостном выражении и ассортименте.
– Основные поставщики сырья, потребители продукции.
– Основные рынки сбыта, остатки готовой продукции на складе в стоимостном и
натуральном выражении.
– Максимальный и минимальный пределы цен выпускаемой продукции.
– Конкурентная стратегия.
В связи с тем, что инновационный потенциал рассматривается как способность и готовность предприятия к производству новшеств и нововведений, предложенную схему
(рис. 1) необходимо дополнить элементами (рис. 2):
114
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Создание новшеств
Использование
инноваций
Использование
новшеств
Потребительский
сегмент
Портфель нововведений
Портфель новшеств
Рис. 2. Процессная схема инновационного потенциала
Портфель новшеств может состоять из новшеств в любых сферах деятельности фирмы. Они могут быть покупные или собственной разработки, подлежать продаже или внедрению на предприятии. Портфель нововведений – «это стратегический план внедрения
новшеств» [2]. Если портфель новшеств представляет собой своеобразный задел или готовность предприятия к использованию имеющихся ресурсов, новшеств, потенциалов, то
портфель нововведений показывает, насколько это возможно, т.е. выражает способность
предприятия к реализации этих новшеств. Такое представление структуры инновационного потенциала и параметров его оценки обеспечивает глубокий, комплексный анализ инновационного потенциала.
При исследовании инновационного потенциала предприятий региона предложенную
методику рекомендуется дополнить серией анкет, предназначенных для выяснения факторов, препятствующих развитию инновационной деятельности, сбора предложений по
улучшению региональной инновационной инфраструктуры, законодательства. Полученные данные следует проанализировать с помощью различных методик (ранжирование,
прогноз, SWOT-анализ), а результаты довести до соответствующих органов администрации для разработки и своевременной корректировки региональной программы инновационного развития Брянской области. С этой же целью предлагается изучать и учитывать
передовой опыт других регионов РФ в реализации инновационного потенциала.
В целом инновационный потенциал региона не сводится к простой сумме инновационных потенциалов предприятий. Он является системой, обладающей эмерджентными
свойствами. Функцией региональных органов управления в данном случае является полноценная адекватная реализация этих свойств обеспечение взаимосвязей между предприятиями, высшей школой и научными учреждениями, финансово-кредитными институтами, органами управления областью.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
Атоян, В.Р. Инновационный комплекс региона: проблемы становления и развития/ В.Р. Атоян,
Г.И. Жиц. – Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2003. - С.90-93.
Карпов, Э.А. Управление инновационным потенциалом промышленных предприятий/ Э.А. Карпов,
Е.П. Ченцова, А.В. Черезов - Старый Оскол: ТНТ, 2001. -С.16.
Киселёв, М.Ю. Оценка финансового инновационного потенциала промышленных предприятий /
М.Ю. Киселёв// ЭКО Всероссийский экономический журнал.- 2001.-№3.- С.42-49.
Материал поступил в редколлегию 16.01.06.
115
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
СОЦИАЛЬНО-ФИЛОСОФСКИЕ АСПЕКТЫ НАУКИ И ТЕХНИКИ
УДК 347.775
В.И. Аверченков, М.Ю. Рытов, Г.В. Кондрашин, М.В. Рудановский
ОРГАНИЗАЦИЯ ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ ПО ЗАЩИТЕ ИНФОРМАЦИИ
Рассматриваются вопросы организации учебного процесса подготовки специалистов по
защите информации в Брянском государственном техническом университете на кафедре «Компьютерные технологии и системы».
Развитие цивилизации тесно связано с информатизацией. Растущие потоки информации являются следствием прогресса общества, и, в свою очередь, существенно
влияют на его дальнейшее развитие.
В настоящее время все большие объемы информации обрабатываются с помощью
специализированных систем, которые являются сложными техническими объектами. Недостаточная надежность функционирования таких систем, сбои и отказы в работе тех или
иных устройств могут привести к потере информации, что в конечном итоге влечет за собой значительный материальный ущерб для организаций, работающих с такой информацией.
Однако центральное место в проблеме защиты информации занимает преднамеренная деятельность людей, связанная с манипуляцией информацией, хранимой в условиях бесконтрольного доступа к ней. Пресечение подобных действий является основной задачей обеспечения информационной безопасности.
Для организации работ по защите информации в различных организациях и на
промышленных предприятиях необходимы, прежде всего, специалисты, умеющие выполнять сложные работы, связанные с обеспечением комплексной защиты информации на
основе современных методик, программно-аппаратных и технических средств. Согласно
доктрине информационной безопасности Российской Федерации, одной из первостепенных задач, требующих решения в ближайшее время, является создание единой системы
подготовки кадров в области информационной безопасности и информационных технологий. До недавнего времени специалистов по защите информации готовили в весьма ограниченном количестве только специализированные военно-учебные заведения.
Для решения проблемы комплектования специалистами по защите информации
различных структур в регионе в Брянском государственном техническом университете в
2000 году была открыта новая специальность 090103 – «Организация и технология защиты информации». В настоящее время подготовка специалистов по этой специальности
осуществляется на кафедре «Компьютерные технологии и системы». В 2005 году в вузе
состоялся первый выпуск специалистов соответствующей квалификации. Нормативный
срок освоения основной образовательной программы подготовки специалиста по защите
информации по указанной специальности при очной форме обучения составляет 5 лет.
Специалист по защите информации в соответствии с фундаментальной и специальной подготовкой может выполнять следующие виды профессиональной деятельности:
1. Проводить сбор и анализ материалов учреждений и организаций с целью выработки и принятия решений и мер по обеспечению защиты информации и эффективному
использованию средств автоматического контроля, обнаружения возможных каналов
утечки сведений, представляющих государственную, военную, служебную и коммерческую тайны.
116
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
2. Анализировать существующие методы и средства, применяемые для контроля и
защиты информации, и разрабатывать предложения по их совершенствованию и повышению эффективности этой защиты.
3. Участвовать в обследовании объектов защиты, их аттестации и категорировании.
4. Разрабатывать проекты нормативных и методических материалов, регламентирующих работу по защите информации.
5. Давать отзывы и заключения на проекты вновь строящихся и реконструируемых зданий и сооружений и другие разработки по вопросам обеспечения защиты информации.
6. Участвовать в рассмотрении технических заданий на проектирование, эскизных, технических и рабочих проектов, обеспечивать их соответствие действующим нормативным и методическим документам, а также участвовать в разработке новых принципиальных схем аппаратуры контроля, средств автоматизации контроля, моделей и систем
защиты информации, оценке технико-экономического уровня и эффективности предлагаемых и реализуемых организационно-технических решений.
Учебный процесс организован в соответствии с требованиями Государственного
образовательного стандарта профессионального образования специальности «Организация и технология защиты информации».
Процессная модель подготовки специалиста по защите информации представлена
на рис. 1.
Рис. 1. Процессная модель подготовки специалиста по защите информации
(ГСЭ – общие гуманитарные и социально-экономические дисциплины, ЕН – естественно научные
дисциплины, ОПД – общепрофессиональные дисциплины, ДС – дисциплины специализации)
Данная модель позволяет установить динамическую взаимосвязь между учебными
дисциплинами и проследить развитие знаний по основным профессиональным направлениям. Образовательный процесс состоит из четырех этапов, выделенных в образовательном стандарте в виде блоков - циклов ГСЭ, ЕН, ОПД, ДС. В цикл ГСЭ входят дисциплины гуманитарного профиля (иностранный язык, философия, экономика, история и ряд
других). Цикл ЕН базируется на таких дисциплинах, как физика, высшая математика, ис117
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
кусственный интеллект, математические основы защиты информации. Цикл ОПД представлен такими дисциплинами, как введение в специальность, алгоритмические языки
программирования, системы организационного управления и управление персоналом, документоведение, правовая и организационная защита информации, инженернотехническая и программно-аппаратная защита информации, криптография, комплексные
системы защиты информации на предприятии, защита информационных процессов в компьютерных системах и аудит информационной безопасности. Цикл ДС включает историю
защиты информации, организацию и управление службой защиты информации, системы и
сети связи, информационные системы в экономике и ряд других дисциплин.
Реализация основной образовательной программы подготовки специалистов по защите информации осуществляется педагогическими кадрами, имеющими базовое образование, соответствующее профилю преподаваемых дисциплин, и систематически занимающимися научной и научно-методической деятельностью. Преподаватели специальных
дисциплин имеют ученые степени и звания, периодически проходят подготовку на специализированных курсах, организуемых при ИКСИ Академии ФСБ России. Ряд преподавателей имеет опыт деятельности в соответствующей профессиональной сфере. Из-за
особых требований, предъявляемых к подготовке специалистов, для преподавания некоторых специальных дисциплин привлекаются сотрудники Центра спецсвязи и информации ФСО РФ Брянской области, Московского университета МВД России, кафедры военно-прикладных дисциплин Учебного центра УВД Брянской области.
На кафедре «Компьютерные технологии и системы» в общевузовском образовательном портале создан электронный автоматизированный учебно-методический комплекс по специальности «Организация и технология защиты информации», который
позволяет решить следующие задачи:
- обеспечение более глубокой индивидуализации обучения и возможности работы с моделями изучаемых объектов и процессов (в том числе тех, с которыми сложно познакомиться на практике);
- представление в мультимедийной форме уникальных информационных материалов (видеофрагментов, звукозаписей);
- автоматизация контроля с целью более объективного оценивания знаний и умений студентов;
- поиск информации в компьютерной обучающей системе и создание более
удобного доступа к ней (гипертекст, гипермедиа, закладки, автоматизированные указатели, поиск по ключевым словам, полнотекстовый поиск);
- создание условий для эффективной реализации прогрессивных психологопедагогических методик (игровые и состязательные формы обучения, экспериментирование).
Автоматизированный учебно-методический комплекс разработан на языке ASP
(Active Server Pages) с использованием СУБД MS SQL Server 2000. Комплекс представляет собой набор динамических HTML-страниц, формирующихся в зависимости от содержания базы данных. Для работы комплекса необходимы сервер базы данных для хранения
информации и выполнения запросов и WEB-сервер для работы приложения. Работа с клиентской частью комплекса внешне не отличается от обычной работы в сети Internet. Поиск
информации ведётся в двух режимах: быстрый и расширенный поиск. Расширенный поиск по разделам позволяет пользователю выполнять сложные поисковые запросы по нескольким параметрам. Поиск осуществляется с использованием механизма «Full Text
Search», встроенного в MS SQL Server.
Учебно-методический комплекс имеет модульную структуру. Первый блок включает подборку документов по информационной безопасности: нормативно-правовые документы по защите информации, стандарты безопасности, учебные пособия и техниче-
118
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
скую литературу, ссылки на профессиональные Internet-страницы. Этот модуль позволяет
найти информацию по интересующей тематике, пользуясь оглавлением либо поисковой
системой.
Особый раздел включает учебный план, рабочие программы курсов, методические
указания (к курсовым проектам, практикам, дипломному проектированию), списки тем
рефератов, а также выполненные студентами старших курсов рефераты, презентации,
курсовые работы. Данный раздел также содержит электронный вид учебных пособий, изданных по специальности «Организация и технология защиты информации» [1, 2, 3, 4, 5],
большое количество методических указаний для выполнения курсовых и дипломных работ, глоссарий по терминам. Отдельным блоком представлены базы данных по техническим и программным средствам защиты информации с техническими описаниями и фотографиями.
В учебный комплекс встроена система тестов, охватывающая все ступени обучения. Программа обработки результатов выдает тестируемому рекомендации по восполнению «пробелов» в знаниях с представлением ссылок на разделы учебного комплекса. С
помощью тестирования решается проблема индивидуализации обучения.
Таким образом, разработанный комплекс решает проблему обеспечения последовательности обучения, позволяет формировать знания выпускника в соответствии с эталонной моделью и открывает широкие возможности для самоподготовки и саморазвития студентов, экономя время, затрачиваемое на поиск учебных материалов.
Библиотечный фонд вуза укомплектован учебниками и учебно-методической документацией, руководствами к лабораторным работам, в том числе литературой для выполнения курсовых, дипломных и научно-исследовательских работ. В библиотечном фонде кафедры имеются научно-технические и реферативные журналы по десяти направлениям информационной безопасности.
Кафедра располагает материально-технической базой, обеспечивающей проведение
всех видов лабораторной, практической, дисциплинарной и междисциплинарной подготовки, предусмотренных учебным планом и соответствующими условиями для научноисследовательской работы студентов.
С учётом специфического характера деятельности специалиста в области защиты
информации, связанной с выполнением управленческих функций в коллективе, умением
убеждать и оценивать поведение подчиненных сотрудников, с целью развития его компетенций используются различные активные методы обучения.
Одним из таких методов при изучении ряда дисциплин является подготовка рефератов по наиболее актуальным проблемам. Выполнение реферата сопровождается дополнительно подготовкой компьютерной презентации и доклада. Каждый студент на специально организованных занятиях – конференциях - делает доклад. Затем студенческая
группа совместно с экзаменаторами обсуждают и оценивают глубину и содержание реферата, качество презентации, умение излагать материал, отвечать на вопросы и вести дискуссию, а также манеру поведения по 10-балльной системе.
Организация и проведение таких занятий в течение более трех лет показали их высокую эффективность в развитии у студентов навыков общения, умения отстаивать свою
точку зрения, выступать перед аудиторией.
При изучении специальных дисциплин в учебном процессе применяются передовые российские разработки в сфере информационной безопасности. Так, в курсе «Программно-аппаратная защита информации» изучаются программный комплекс и программно-аппаратные средства защиты информации VIPNet компании Инфотекс, предназначенные для организации защищенных каналов передачи данных по сети Интернет и
локальным вычислительным сетям. Лабораторные работы курса «Инженерно–техническая
защита информации» проводятся с использованием специализированной аппаратуры
119
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
«Коралл», предназначенной для шифрования телефонных переговоров; оборудования для
анализа несанкционированного доступа к телефонным линиям; многофункционального
поискового комплекса «Пиранья ST 031», позволяющего определить практически все возможные каналы утечки информации; средства нелинейной радиолокации «Коршун», различных металлодетекторов и средств досмотра. В лабораториях кафедры развернута охранная система видеонаблюдения «Варатунг», также используемая при выполнении лабораторных работ по ряду дисциплин специализации.
Помимо того, для практического изучения особенностей применения систем охранной сигнализации в лаборатории защиты информации кафедры «Компьютерные технологии и системы» разработан, самостоятельно изготовлен и внедрен в учебный процесс
действующий лабораторный стенд «Современные технические средства охраны» с необходимым методическим обеспечением(рис. 2).
Рис. 2. Принципиальная схема лабораторного стенда «Современные технические средства охраны»:1 система тревожной сигнализации «Радиокнопка»; 2 - извещатель охранный объемный оптикоэлектронный «Фотон – 9»; 3 - извещатель охранный объемный комбинированный «Сова – 2»; 4 - извещатель охранный объемный радиоволновой «Аргус – 3»; 5 - оповещатель «Свирель – 2»; 6 - вибрационный
охранный извещатель «Шорох -1»; 7 - извещатель охранный поверхностный звуковой «Арфа»; 8 - источник питания «Скат 1200 Д»; 9 - прибор приемоконтрольный охранно-пожарный «Cигнал – 20»; 10 - контрольный прибор охранно-пожарной сигнализации «Кварц»; 11 - извещатели пожарные ИП 212
На данном стенде собрана полнофункциональная система охранной и пожарной
сигнализации. При проведении лабораторных занятий группа студентов разделяется на
несколько подгрупп, каждой из которых выдается индивидуальное задание, выполняемое
с использованием отдельных модулей лабораторного стенда. Примером задания может
быть организация защиты закрытого помещения от несанкционированного доступа с помощью объемных извещателей и контрольного прибора «Кварц». Первая часть занятия –
теоретическая: студенты изучают назначение, особенности конструкции, физический
120
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
принцип работы извещателей, принципиальную схему монтажа системы охранной сигнализации. Во второй части занятия они выполняют практическое задание: подключают
один из объемных извещателей к оповещателю, контрольному прибору и источнику питания, определяют время срабатывания и зону действия извещателя, отрабатывают навыки
по сдаче закрытого помещения под охрану с помощью охранной сигнализации.
С учетом современной практики обеспечения информационной безопасности постоянно корректируется учебный план специальности. Так, в 2005 г. в учебный план в качестве вузовского компонента введена дисциплина «Аудит информационной безопасности» и выпущено учебное пособие [1]. В этой дисциплине рассматриваются актуальные
вопросы, связанные с методами проведения аудита информационной безопасности, стандарты информационной безопасности, программные средства для проведения аудита на
предприятии.
Профессорско-преподавательский состав кафедры активно занимается разработкой учебно-методической литературы по специальным дисциплинам. В настоящее время
изданы учебные пособия по курсам «Аудит информационной безопасности»[1], «Организационная защита информации»[2] и «Организация и управление службой защиты информации»[3], «Система обеспечения безопасности Российской Федерации»[4] и «Защита
интеллектуальной собственности»[5].
В процессе обучения студенты выполняют реальные курсовые работы и проекты,
проходят учебную, производственную и преддипломную практики в специализированных
организациях, сдают экзамены и зачеты. Завершающим этапом подготовки специалиста
по защите информации являются сдача междисциплинарного экзамена и выполнение дипломной работы, направленной на создание комплексной системы защиты информации
конкретной организации, в процессе которой окончательно формируются и закрепляются
теоретические знания, приобретается опыт самостоятельного решения задач, а в конечном
счете обеспечивается подготовка студентов к практической деятельности.
Выпускники специальности ориентированы на работу в государственных, муниципальных, коммерческих и финансовых структурах. Их профессиональная деятельность
связана с организацией, эксплуатацией и правовым обеспечением средств защиты информации на различных объектах, в качестве которых могут выступать банки, коммерческие
фирмы, органы власти, военные, научные и другие организации, где должна быть гарантирована безопасность коммерческой, государственной или научной тайны.
Таким образом, сформированный учебно–методический комплекс позволяет осуществлять подготовку и выпуск современных специалистов по защите информации,
профессиональная деятельность которых призвана решать вопросы информационной
безопасности – одной из приоритетных задач обеспечения суверенитета Российской Федерации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
4.
5.
Аверченков, В.И. Аудит информационной безопасности: учеб. пособие для вузов/В.И. Аверченков. Брянск: БГТУ, 2005.-268 с.
Аверченков, В.И. Организационная защита информации: учеб. пособие для вузов/В.И. Аверченков,
М.Ю. Рытов. - Брянск: БГТУ, 2005.-184 с.
Аверченков, В.И. Служба защиты информации: организация и управление: учеб. пособие для вузов/
В.И. Аверченков, М.Ю. Рытов. - Брянск: БГТУ, 2005.-186 с.
Аверченков, В.И. Система обеспечения безопасности Российской Федерации: учеб. пособие для вузов/
В.И. Аверченков, В.В. Ерохин. - Брянск: БГТУ, 2005.-120 с.
Малахов, Ю.А. Защита интеллектуальной собственности: учеб. пособие для вузов/Ю.А. Малахов. Брянск: БГТУ, 2005.-268 с.
Материал поступил в редколлегию 26.12.05.
121
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
УДК 42.07
Ю. А. Воронцова
ПРИМЕНЕНИЕ СОЦИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
В РАБОТЕ СО СТУДЕНТАМИ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ
Рассмотрена проблема необходимости обратной связи со студентами, знания и изучения их мнений
по многим втузовским проблемам, в первую очередь их отношения к качеству гуманитарной подготовки.
Представлены результаты проведенного анкетирования, посвящённого определению внутренней готовности
студентов экономико-управленческого профиля к профессионально-личностному развитию. Дан анализ
рейтинговой оценки студентами-менеджерами и работающими производственными менеджерами (слушателями Президентской программы переподготовки управленческих кадров) учебного процесса и преподавания курса гуманитарных дисциплин.
Руководители высших учебных заведений технического профиля, специализирующихся на подготовке специалистов-управленцев для производства, должны ясно осознавать, что существует настоятельная необходимость разработки и реализации российского
варианта квалифицированной подготовки управленческого персонала для работы в промышленности.
Для того чтобы видеть реальную картину деятельности втузов и выявлять положительные и отрицательные последствия некоторых нововведений, важно иметь обратную
связь со студентами, знать и изучать их мнения по многим втузовским проблемам. В связи
с этим особое значение приобретают методы социологических исследований, возможности которых широки и многогранны. Они помогают:
• отразить реальное состояние дел во втузе и определить факторы, воздействующие на их изменение;
• выявить ведущие тенденции развития инновационного образования и найти оптимальные пути его совершенствования;
• обосновать учебные планы и оценить эффективность их реализации;
• обобщить передовой опыт в области образования и утвердить реалистический,
новаторский стиль деятельности;
• изучить имеющиеся во втузе противоречия и выработать рекомендации по преодолению недостатков.
В Брянском государственном техническом университете по программе социологических исследований учебного процесса были проведены опрос и анкетирование студентов первого и второго курсов, обучающихся по специальности «Экономика и управление
на предприятии», а также слушателей Президентской программы переподготовки управленческих кадров, т.е. работающих менеджеров. Валидность анкет была оценена экспертами – преподавателями блока гуманитарных дисциплин Брянского государственного
технического университета, среди которых были кандидаты наук и старшие преподаватели. Это исследование было направлено на определение многогранности гуманитарных интересов студентов, выявление их отношения к качеству гуманитарной подготовки в техническом вузе, чтобы на основе полученных мнений и предложений обозначить перспективы ее совершенствования.
Выбор темы социального исследования обусловлен тем, что сегодня гуманитаризация экономико-управленческого образования в технических вузах широко культивируется
и является одной из ведущих стратегий обновления педагогической работы Брянского
технического университета. Основные задачи производственного менеджера - проводить
в жизнь и отстаивать общественные интересы, способствовать безопасности развития социума и человека. В современной ситуации особенно важно обеспечить будущего специа122
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
листа-управленца социальными знаниями, которым он найдёт научно обоснованное применение на практике, сформировать его личностную мировоззренческую позицию, учитывая гуманную социальную среду, научить осознавать существующие реальности.
Полученные данные социологического исследования явились хорошей основой для
поиска резервов по совершенствованию гуманитарной подготовки производственных менеджеров в данном втузе. Каждый респондент мог указать несколько интересующих его
проблем, в результате чего практически все вопросы, предложенные нами, оказались в
равной степени востребованными и могли найти заинтересованных слушателей в среде
студентов.
Предложенная анкета №1. Рейтинговая оценка профессионально-личностного развития студентов.
Цель анкеты: выяснить способности студентов-менеджеров к самоанализу, определить их внутреннюю готовность к профессионально-личностному развитию.
Условия анкетирования: рекомендуется проводить среди студентов специальности
«Экономика и управление на предприятии». Им предлагается искренне ответить на вопросы анкеты, выбирая те варианты, которые им более всего подходят. Студентам разрешается не указывать свои инициалы, если это будет способствовать более честным ответам.
Рекомендуемое число анкетируемых: 50 юношей и 50 девушек.
Средний возраст: 20 лет.
Вопросы анкеты:
1. Считаете ли вы, что в вашем развитии есть односторонность, связанная со спецификой технико-экономико-управленческого образования?
2. Если такая односторонность существует, то в чём, по вашему мнению, она проявляется?
3. Что, на ваш взгляд, является движущей силой развития человека?
4. Что вы вкладываете в понятие «гуманистическая направленность профессионального образования»?
5. Считаете ли вы, что существующая система обучения данной специальности
способствует реализации гуманитарной направленности профессионального образования?
6. Что, на ваш взгляд, нужно изменить?
7. Занимаетесь ли вы самообразованием? В чём конкретно это проявляется?
8. Какое место в системе вашего самообразования занимает повышение уровня
гуманитарной подготовки?
9. Какие новые требования предъявляются менеджерам промышленного производства в связи с перестроечными процессами в народном образовании и обществе в целом?
Представим обработанные результаты (табл. 1).
Мы получили данные, свидетельствующие о том, что в профессиональном образовании будущих экономистов-менеджеров есть некая односторонность, связанная со спецификой технико-экономического образования, и проявляется она в недостаточном внимании к гуманитарным наукам. Это впоследствии может привести к понижению уровня
культурного развития, общения, плохому знанию литературы и искусства.
Мы определили, что движущей силой развития человека является стремление к самоутверждению в собственных глазах, завоеванию авторитета. Анкетирование показывает, что студенты занимаются самообразованием, проявляющимся в чтении литературы для
поиска интересующей информации, самостоятельном изучении иностранных языков, освоении дополнительных профессий.
123
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Таблица 1
Результаты анкетирования
№
п/п
1
2
3
4
Суммированный ответ
• Да, в нашем образовании есть односторонность, связанная со спецификой
технико-экономико-управленческого
образования.
• Да, технические и экономикоуправленческие дисциплины превалируют, но гуманитарные дисциплины
также преподаются в достаточном объёме.
• Нет никакой односторонности, мы
получаем разностороннее образование
и глубокие знания по всем дисциплинам.
•
В снижении интереса к гуманитарным наукам.
•
В пониженном уровне культурного развития, в плохом знании литературы, искусства, музыки, культуры
общения.
•
В отсутствии интереса к общественной жизни
Стремление:
• к самоутверждению в собственных
глазах;
• завоеванию авторитета;
• к признанию личностных и профессиональных достоинств со стороны социального окружения.
• Более углубленное изучение философии, политологии, истории, культурологии, иностранного языка и введение других дисциплин гуманитарного
цикла.
• Воздействие гуманитарного образования на духовное развитие человека и
его культуру, на воспитание личности
гражданина, расширение кругозора,
повышение интеллекта.
• Потребность в гуманитарных знаниях каждого студента в зависимости
от профиля обучения.
124
Всего ответили
Человек
%
Юноши Девушки Юноши Девушки
15
20
30
40
22
16
44
32
13
14
26
28
16
18
32
36
28
29
56
58
6
3
12
6
14
19
12
21
28
38
24
42
17
17
34
34
17
18
34
36
21
26
42
52
12
6
24
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Продолжение табл. 1
№
п/п
5
6
7
8
Суммированный ответ
• Да, на высоком уровне, так как. эта
система связана с увеличением объёма
гуманитарных дисциплин.
• Да, частично, так как следует провести интеграцию некоторых технических
дисциплин для расширения гуманитарного цикла.
• Нет, так как большинство гуманитарных дисциплин ведутся как курсы по
выбору, и большая часть обучения приходится на самообразование.
• Пересмотреть дисциплины, входящие
в курс по выбору, и сделать многие из
них профильными.
• Разграничить гуманитарные дисциплины на общие для всех специальностей
и конкретные для каждой специальности, необходимые для будущей профессиональной деятельности.
• Добавить в учебный план новые факультативные курсы за счёт сокращения
дисциплин, ставших неактуальными в
связи с широким внедрением компьютеризации.
• Да, читаю литературу, периодику для
поиска интересующей информации,
смотрю познавательные передачи, интересуюсь происходящими событиями.
• Да, самостоятельно изучаю иностранные языки, осваиваю дополнительные профессии.
• Нет, на самообразование не хватает
времени.
• Первое место, так как я интересуюсь
художественной литературой, историей
развития цивилизации, обычаями и традициями разных народов, этикой и этикетом.
• Затрудняюсь ответить, но хочется,
чтобы уровень гуманитарной культуры
повысился.
• Никакое, только в рамках подготовки
домашнего задания для университета.
125
Всего ответили
Человек
%
Юноши Девушки Юноши Девушки
14
12
28
24
21
26
42
52
15
12
30
24
16
19
32
38
24
15
48
30
10
16
20
32
33
36
66
72
13
13
26
26
4
1
8
2
29
35
58
70
12
10
24
20
9
5
18
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Окончание табл. 1
№
п/п
9
Суммированный ответ
• Совершенствовать личные качества и
профессиональные навыки.
• Иметь два образования: экономикоуправ-ленческое и юридическое.
• Уметь применять полученные в университете знания в практической деятельности, ориентироваться в изменяющейся обстановке и приобщаться к новым достижениям науки.
Юноши
Всего ответили
Человек
%
Девушки
Юноши
Девушки
32
28
64
56
15
12
30
24
3
10
6
20
Рекомендуемая анкета №2. Рейтинговая оценка студентами-менеджерами учебного процесса и преподавания курса гуманитарных дисциплин.
Цель анкеты: узнать мнение студентов специальности «Экономика и управление на
предприятии» и преподавателей цикла гуманитарных дисциплин о ходе внедрения нового
опыта гуманитаризации высшего экономико-управленческого образования, об изучении
новых научно-методических разработок по этой проблеме.
Условия анкетирования: каждый вопрос нужно оценить в баллах по шкале
от 1 до 10.
Рекомендуемое число анкетируемых: 50 девушек и 50 юношей.
Средний возраст: 20 лет.
Вопросы (критерии рейтинговой оценки):
1. Считаете ли вы, что преподаваемый материал обогащает гуманитарный менталитет?
2. Способствует ли изучение гуманитарного материала расширению кругозора и
общему развитию?
3. Находите ли вы систему изложения материала доступной и поучительной?
4. Обеспечивается ли необходимый уровень преподавания учебной дисциплины?
5. Достаточно ли качественно ведётся преподавание, достаточна ли скорость подачи учебного материала?
6. Находите ли вы манеру общения преподавателя адекватной современным требованиям?
7. Считаете ли вы преподавателя высококвалифицированным специалистом?
8. Цените ли вы личные качества преподавателя?
9. Поддерживается ли достаточно высокий уровень вашей познавательной активности?
10. Связан ли материал гуманитарных дисциплин с профилирующими предметами?
11. Помогает ли обучение гуманитарным дисциплинам лучшему пониманию специальных предметов?
12. Следует ли проводить занятия по курсам гуманитарных дисциплин чаще?
Рейтинговая оценка успешности обучения студентов носит комплексный характер
и суммируется из двух частей:
1) объективной (формируется экспертной группой, составленной из учащихся),
включающей следующие параметры:
• полноту присутствия на занятиях;
• внимательность на занятиях, выполнение установленных требований;
126
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
• уровень познавательной активности (выступления, постановка вопросов, поиски
ответов на вопросы);
• качество выполнения специальных заданий;
• уровень обученности, восприимчивости;
• достижение личных показателей в обучении.
2) субъективной (формируется самим преподавателем), включающей следующие
параметры:
• внимательность на занятиях, выполнение установленных требований;
• уровень познавательной активности;
• качество выполнения специальных заданий;
• уровень интереса к содержанию занятий;
• влияние занятий на улучшение успеваемости в университете;
• степень расширения кругозора.
Показатели оценки:
• от 90 до 120 баллов – высокая рейтинговая оценка;
• от 60 до 80 баллов – средняя рейтинговая оценка;
• от 30 до 50 баллов – удовлетворительная рейтинговая оценка;
• ниже 30 баллов – низкая рейтинговая оценка.
Представим полученные в ходе оценивания результаты (табл. 2)
Таблица 2
Результаты анкетирования
№ п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Итого
Объективная часть средней рейтинговой оценки, балл
по иностранному языку
по истории
по правоведению
Юноши
Девушки
Юноши
Девушки
Юноши
Девушки
8,8
8,4
7,5
7,4
6.8
6,9
7,3
6,9
6,9
7,1
8,2
7,5
8,2
8,1
6,5
6,2
7,2
6,4
8,2
7,8
7,7
7,3
7,4
7,1
8,6
8,3
6,7
6,4
7,1
6,5
8,5
8,2
6,5
7,1
6,5
6,9
8,9
8,5
7,8
7,4
7,5
8,1
9,1
9,2
7,6
7,2
7,6
7,1
9,2
8,8
7,3
6,4
8,4
7,6
8,4
8,5
7,3
6,5
7,6
7,2
8,3
8,7
7,1
6,7
7,5
7,3
8,8
8,7
6,8
8,3
7,7
7,5
102,3
100,1
85,7
84
89,5
86,1
Таким образом, суммарная рейтинговая оценка по иностранному языку равна 102,3
балла у юношей и 100,1 балла у девушек, и является высокой.
Суммарная рейтинговая оценка по истории равна 85,7 балла у юношей и 84 балла у
девушек, и является средней.
Суммарная рейтинговая оценка по правоведению равна 89,5 балла у юношей и 86,1
балла у девушек, и является средней.
Субъективная часть рейтинговой оценки выставлялась преподавателем индивидуально для каждого анкетируемого студента, и полученные данные и комментарии были
приняты, учтены при выставлении рейтинговой оценки.
Рекомендуемая анкета №3. Рейтинговая оценка работающими производственными
менеджерами учебного процесса и преподавания курса иностранного языка (в рамках президентской программы переподготовки производственных управленческих кадров).
Цель анкеты: узнать мнение слушателей о ходе внедрения нового опыта гуманитаризации высшего экономико-управленческого образования и непосредственно иностранного языка, об освоении новых научно-методических разработок по этой проблеме.
127
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Условия анкетирования: каждый вопрос нужно оценить в баллах по шкале
от 1 до 10.
Рекомендуемое число анкетируемых: 10 девушек и 10 юношей.
Средний возраст: 32 года.
Вопросы (критерии рейтинговой оценки):
1. Считаете ли вы, что преподаваемый материал обогащает гуманитарный менталитет?
2. Способствует ли изучение иностранного языка расширению кругозора и общему развитию?
3. Находите ли вы систему изложения материала доступной и поучительной?
4. Обеспечивается ли необходимый уровень преподавания учебной дисциплины?
5. Достаточно ли качественно ведётся преподавание, достаточна ли скорость подачи учебного материала?
6. Находите ли вы манеру общения преподавателя адекватной современным требованиям?
7. Считаете ли вы преподавателя высококвалифицированным специалистом?
8. Цените ли вы личные качества преподавателя?
9. Поддерживается ли достаточно высокий уровень вашей познавательной активности?
10. Связан ли материал по иностранному языку с профилирующими предметами?
11. Помогает ли обучение иностранному языку лучшему пониманию специальных
экономических курсов?
12. Следует ли проводить занятия по курсу иностранного языка чаще?
При подведении итогов мы пользовались теми же показателями оценки, что представлены в анкете №2.
Приведём полученные в ходе оценивания результаты (табл.3)
Результаты анкетирования
№ п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Итого
Таблица 3
Объективная часть средней рейтинговой
оценки по иностранному языку, балл
Юноши
Девушки
9
8,6
8
8,1
8,4
8,4
8,6
7,8
8,6
8,3
8,9
8,5
8,9
8,5
9,4
9,3
9,6
8,8
8,9
8,9
8,8
8,8
8,8
9
105,9
103
Таким образом, суммарная рейтинговая оценка по иностранному
языку равна 105,9 балла у юношей и
103 балла у девушек и является высокой.
Анализ результатов проведенного социологического исследования
позволяет нам указать на необходимость обратить особое внимание на
процесс обучения будущих менеджеров промышленного производства.
Преподавателя следует:
• тщательно изучать и видоизменять формы, методы, пути и средства усовершенствования преподавания гуманитарных дисциплин;
• создавать интегрированные курсы, проводить спецкурсы по истории, культурологии, философии, правоведению по наиболее интересным для студентов темам;
• требовать философского осмысления раскрываемых экономических проблем
при написании курсовых работ и дипломных проектов.
Материал поступил в редколлегию 1.07. 05.
128
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
УДК 378.02
В.М.Рябов
СТАНОВЛЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ОТЕЧЕСТВЕННОГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
Рассматриваются особенности этапов становления и развития отечественного профессионального
образования, его теории и практики. Сравниваются системы подготовки преподавателей для учебных заведений профессионального обучения.
1. Становление отечественного профессионального образования. На Руси
«учение рукомеслу» восходит к «седой древности». Зародившись в старину, ремесленное
ученичество оставалось основной формой профессиональной подготовки молодежи
вплоть до XVIII в.
Сподвижники Петра I В.Н.Татаринцев (1686-1750) и В.И.Геннин (1676-1750) создали систему государственных горнозаводских школ и разработали первые «регламенты»
- документы по организации и методике обучения искусствам и ремеслам и воспитанию
будущих рабочих. Видный деятель екатерининской эпохи И.И. Бецкой (1704-1795) предложил систему сословных учреждений. В написанном им совместно с профессором Московского университета А.А.Барсовым (1730-1791) «Генеральном плане Московского воспитательного дома» изложена программа подготовки для государства искусных мастеровых, обладающих высокой нравственностью и практической выучкой.
Представитель либерально-буржуазной педагогики Н.И.Пирогов (1810-1881)
обосновал идею общественного воспитания, на котором должно базироваться профессиональное образование, лишенное узкого «специализма».
Великий русский педагог К.Д.Ушинский (1824-1870) в статьях «Ученики ремесленные в Петербурге», «Воскресные школы», «Необходимость ремесленных школ в столицах» дал оценку существовавшей системы ремесленного ученичества и обосновал следующие функции ремесленного образования нового типа:
- экономические (приведение ремесла в соответствие с требованиями науки и
техники);
- социальные (подготовка отечественных специалистов);
- нравственные
(ликвидация
ученичества
как
формы
эксплуатации
труда детей);
- педагогические (обоснование системы профессиональных школ, установление
связи обучения с трудом, создание методики профессионального обучения, отвечающей
требованиям психологии и педагогики) [6].
Общественно-педагогическое движение в России в 60-80-х гг. XIX в. было направлено на демократизацию и расширение образования народных масс и включало революционно-демократическое
(Н.Г.Чернышевский,
Н.А.Добролюбов),
буржуазнодемократическое (К.Д.Ушинский), либерально-буржуазное (Л.Н.Толстой, Н.И.Пирогов) и
реакционное (Министерство народного просвещения) направления. Царское правительство вынуждено было осуществлять ряд мер по реформированию начального, среднего и
высшего образования.
В 60-е гг. XIX в. в России началось становление теории и методики профессионального образования как самостоятельной отрасли научного знания. Это было
обусловлено развитием производства и капиталистических отношений, реформами
школьного образования, расширением сети профессиональных учебных заведений, началом общественно-педагогического движения. Во многом этому способствовала деятельность научных и технических обществ: Русского технического общества, Вольного эко-
129
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
номического общества, Московского общества распространения технических знаний.
Общества создавали профессиональные учебные заведения, разрабатывали проекты реформирования системы общего и профессионального образования в России, изучали
зарубежный опыт подготовки рабочих и других специалистов, проводили съезды деятелей профессионально-технического образования, издавали научную, учебную и методическую литературу. Большую роль в становлении теории и методики профессионального
образования сыграл журнал «Техническое образование» (1892-1917).
В 1862 г. была создана Постоянная комиссия по техническому образованию Русского технического общества, руководителями которой были видные деятели профессионального образования России Е.Н.Андреев (1868-1889) и А.Г.Неболсин (1889-1917).
Определенной вехой в становлении профессиональной педагогики стал разработанный ученым-механиком и Министром финансов И.А. Вышегорским (1831-1895) проект «Общего нормального плана промышленного образования в России» (1884), заложивший основы государственной системы профессионального образования.
Русские ученые и инженеры-педагоги (Д.И.Менделеев, В.К.Делл-Вос,
В.И.Гриневецкий, И.А.Стебут, А.И.Гурнов, Д.К.Советкин, С.А. Владимирский,
М.В.Лысковский и др.) сформировали следующие требования к профессиональному образованию:
- соответствие потребностям развивающейся экономики;
- конкурентоспособность подготавливаемых кадров;
- развитие профессионального образования на базе общего образования;
- разнотипный и разноуровневый характер профшколы в зависимости от исходного общего образования;
- сочетание общего и специального компонентов в содержании профессионального образования;
- практическая направленность обучения и четкая социализация;
- постепенная замена ученичества ремесленными школами;
- соединение обучения с производственным трудом [6].
2. Развитие теории и практики отечественного профессионального образования в конце XIX – первой половине XX в. В 60-х гг. XIX в. начала развиваться дидактика профессионального обучения. Ведущую роль в этом процессе сыграло Московское
техническое училище, возникшее на базе Воспитательного дома и имевшее давние традиции в деле обучения ремесленников. В учебных мастерских этого училища под руководством учебного мастера Д.К. Советкина (1838-1912) была разработана первая в мировой
практике дидактически обоснованная система производственного обучения слесарному,
токарному, столярному и кузнечному ремеслу.
В условиях массового вовлечения детей и подростков в производство актуализировались социальные вопросы защиты и охраны детского труда и реорганизации ученичества. Особенно остро они ставились в промышленных документах политических партий.
В канун революционных событий стала очевидна необходимость реформирования
образования, приведения его в соответствие с социально-экономическими требованиями
жизни. Были предприняты попытки демократизации образования, которые не получили
поддержки со стороны царского правительства.
Схема системы образования в дореволюционной России представлена на рис.1.
Очевидно, что образование носило классовый и сословный характер, не было преемственности между начальной и средней школами, женское образование было ограниченным.
В 20-30-е гг. XX в. шел процесс интенсивного становления отечественной профессиональной педагогики как самостоятельной отрасли научного знания. Особенность этого
периода состояла в том, что на первый план выступали идеологические, социально-
130
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
политические факторы развития профессионального образования. Резкая, далеко не всегда оправданная критика дореволюционной системы подготовки кадров сочеталась с поиском новых путей образования рабочего класса как оплота революции.
Рис. 1. Система народного образования в дореволюционной России
Наиболее сложной была проблема обоснования социально-экономических и теоретико-методических путей развития советских систем народного образования. Особенно
острой была дискуссия о том, какой быть советской школе: монотехнической или политехнической. «Монотехнисты» считали, что обучение должно вестись вокруг конкретной
профессии, что в условиях индустриализации основой системы образования в РСФСР
должны стать профессионально-технические школы, направленные на подготовку узкого
ремесленника.
«Политехнисты» (А.В.Луначарский, Н.К.Крупская и др.) отстаивали идею политехнического образования, знакомящего обучающихся с научными основами современного производства и вооружающего их общими трудовыми умениями и навыками.
В программе РКП(б) (1919 г.) было записано требование бесплатного и обязательного общего и политехнического образования для всех детей обоего пола до 17 лет. Предусматривалось широкое развитие профессионального образования для лиц от 17-летнего
возраста в связи с общими и политехническими знаниями.
Взаимосвязь общего, политехнического и профессионального образования представлена на рис.2.
Видным теоретиком профессиональной педагогики и организатором профшколы
была Н.К.Крупская, которая сформулировала следующие положения теории профессионального образования:
- профессиональное обучение как составная часть общей системы образования;
- единство экономических, социальных и образовательно-воспитательных функций профессионального образования, его ориентация на потребности «завтрашнего дня»;
131
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
- связь профессионального обучения с производительным трудом;
- соединение специальной и общетехнической подготовки кадров и политехническая направленность профессионального образования;
- единство и преемственность общего и профессионального образования и др[3].
Рис. 2 Взаимосвязь общего, политехнического и профессионального образования
Значительный вклад в развитие теории и практики профессионального образования внес экономист и пролетарский поэт А.К. Гастев (1882-1941), который очертил контуры «индустриальной педагогики» нового типа. Будучи директором Центрального института труда (ЦИТ), он со своими сотрудниками на основе экспериментов создал теорию
«Трудовых установок» и разработал концепцию краткосрочной подготовки рабочих на
установочных курсах и в цехах ЦИТа, которую широко внедрил в производство, противопоставив ее долгосрочным формам подготовки рабочих в школе фабрично-заводского
ученичества (ОЗУ).
В становлении профессиональной педагогики важнейшую роль сыграли научноисследовательские учреждения: Центральный институт труда, НИИ подготовки промышленных кадров, отдел профессиональной педагогики НИИ научной педагогики МГУ-2, а
также кабинеты, лаборатории и отделы многих вузов. В этот период издавались журналы,
на страницах которых освещались проблемы профессионального образования: «Жизнь
рабочей школы», «Рабочее образование», «За промышленные кадры» и др.
Педагоги 1920-х гг. считали, что специфика профессиональной педагогики состоит
в том, что она опирается не только на общую педагогику, но и на принципы техники и
технологии.
К концу 1920-х в РСФСР сложилась следующая система профессионального образования:
- профшколы, школы ФЗУ, учебно-производственные мастерские на базе школы
I ступени (начальной школы);
- индустриальные, сельскохозяйственные, педагогические и другие техникумы на
базе семилетней школы;
- вузы на базе девяти- и десятилетней школ.
С середины 1930-х гг. началось свертывание теоретических исследований в области профессиональной педагогики, так как формирующаяся индустрия страны требовала
резкого притока рабочей силы и побуждала сделать акцент на краткосрочных формах подготовки рабочих непосредственно на производстве.
Были прекращены исследования в сфере психологии труда и психотехники, закрыты научные центры подготовки кадров и журналы по профессиональному образованию.
Однако под давлением социально-экономических потребностей в 1940 г. была создана система государственных трудовых ресурсов путем мобилизации молодежи, подготовки и централизованного распределения кадров. Профессиональной педагогике отводилась узкометодическая роль улучшения производственного обучения в ремесленных
училищах и школах ФЗО. Была разработана операционно-комплексная система производственного обучения. Начал издаваться журнал «Производственное обучение» [3].
Новый этап в развитии профессионального образования начинается с конца
132
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
1950-х гг. с принятием закона «Об укреплении связи школы с жизнью и о дальнейшем
развитии системы народного образования в СССР», благодаря которому профтехучилища
вновь стали составной частью общей системы образования. В общеобразовательных школах вводится начальная профессиональная подготовка по массовым профессиям. В середине 1960-х гг эта подготовка была отменена. Встаёт задача по переходу ко всеобщему
среднему образованию, в связи с чем создаются средние ПТУ, система профтехобразования становится одним из основных каналов осуществления этой задачи. Необходимо было возрождение и развитие теории профессионально-технического образования. Возникли
крупные научные центры: ВНИИ профтехобразования в Ленинграде, Центральный учебно-методический кабинет в Москве, НИИ профтехпедагогики в Казани, НИИ развития
профтехобразования в Москве и др. Для подготовки педагогических кадров для системы
профтехобразования в Свердловске был открыт инженерно-педагогический институт, в
областных городах были созданы индустриально-педагогические техникумы.
В становлении и развитии профтехобразования значительную роль сыграли такие
ученые, как П.Р. Атутов, С.Я. Батышев, А.Н. Веселов, М.И. Махмутов, М.Н. Скаткин и
др. Однако профессиональная педагогика, подчиняясь идеологическим канонам, часто
отдавала дань абстрактному теоретизированию по оторванным от жизни проблемам.
В 1984 г. была начата реформа общеобразовательной и профессиональной школ,
согласно которой ставилась задача перехода ко всеобщему профессиональному образованию на основе слияния старших классов общеобразовательной школы с ПТУ и средними
профессиональными заведениями. Но эта задача была нереальной, и она не была
решена [4].
Жизнь показала необходимость структурных изменений, создания и научного
обоснования деятельности инновационных типов заведений профессионального обучения: высших профессиональных училищ, колледжей, лицеев, образовательных комплексов и др., интенсивно развивающихся в РФ после принятия закона «Об образовании»
(1992).
В конце 1990-х гг. под редакцией академика С.Я. Батышева были изданы учебник
«Профессиональная педагогика», а также «Энциклопедия профессионального образования» в 3-х томах [5].
3. Становление системы подготовки преподавателей для учебных заведений
профессионального образования. Формирование системы специального педагогического образования началось в 1920 г. с момента организации Главного комитета по профессиональному образованию. Система профессионально-педагогического образования
(ППО) России, осуществляющая сегодня подготовку кадров для реализации профессиональных образовательных программ, прошла длинный и сложный путь становления и развития. В настоящее временя она является самостоятельной отраслью в российской системе образования, которая обеспечивает подготовку педагогических кадров по специальности «Профессиональное обучение», включающей более 50 специальностей, для разнопрофильных и разноуровневых образовательных учреждений [5].
Понятие профессионально-педагогического образования сформировалось на основе понятия инженерно(индустриально)-педагогического образования. Это связано с расширением спектра специализаций подготовки специалистов по профессиональному обучению и согласуется с реальным процессом трансформации традиционного профессионально-технического образования в современное профессиональное.
С концептуальной точки зрения профессионально-педагогическое образование это формирование личности, способной к эффективной реализации себя в сфере профессионального образования, осуществлению всех компонентов интеграционного образовательного процесса, выполнению спектра профессионально-образовательных функций. Это
образование осуществляется в тех учебных заведениях, которые в состоянии содержа-
133
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
тельно, методически и материально-технически обеспечить уровень, определяемый соответствующими государственными стандартами.
Система ППО ежегодно подготавливает около 15 тысяч выпускников техникумов,
колледжей, вузов. Такое их количество в состоянии покрыть около 60 % вакансий, которые каждый год образуются в учреждениях профессионального образования из-за текучести кадров. Вместе с тем выпускники системы ППО, работающие в образовательных учреждениях, по статистике в наименьшей степени подвержены текучести кадров.
Помимо системы ППО, существуют эклектические схемы подготовки преподавателей для разноуровневых профессиональных учебных заведений. Они сохраняют черты
простой аддитивности: либо высшее отраслевое (инженерное, техническое и др.) образование с добавленной психолого-педагогической подготовкой, либо педагогическое образование, дополненное отраслевой подготовкой. Любая из этих комбинаций не позволяет
оптимально сформировать органичное сочетание качеств педагога профессионального
обучения, интеграцию психолого-педагогической и отраслевой технологической подготовки [1].
Существуют особенности подготовки специалистов на кафедре «Инженерной педагогики и психологии» нашего университета в отличие от других видов высшего профессионального образования - педагогического и инженерно-технического.
1.Ориентация подготовки специалистов:
- в педагогическом вузе (П) - на общеобразовательные предметы;
- инженерно-техническом (ИТ) - на продукты и процессы производства товаров;
- инженерно (профессионально) - педагогическом (ИП) - на группу профессий,
профессионально-квалификационные требования к специалистам.
2. Содержание технологической подготовки для будущей деятельности специалиста:
- П - частные методики, рецептурное обучение;
- ИТ - общеотраслевые и конкретные технологии;
- ИП - проектирование и реализация индивидуальных (личностноориентированных) образовательных технологий подготовки специалистов.
3. Реализация профессиональной направленности образовательного процесса:
- П - предметно-педагогическая направленность частных методик и педагогических
практик;
- ИТ - профессиональная ориентация всех учебных дисциплин на процессы и оборудование промышленного производства;
- ИП – профессионально-педагогическая направленность всех дисциплин вследствие глубокой интеграции психолого-педагогического и инженерно-технического компонентов образования.
4. Профессиональная деятельность выпускников:
- П - репродуктивная педагогическая деятельность с минимальным варьированием
содержания дисциплины и методики обучения;
- ИТ - конструирование, эксплуатация оборудования, проектирование предприятий
и технологий, осуществление технологий;
- ИП - педагогико-проектировочная деятельность на основе учёта специфики и
перспектив развития предприятий региона, реализация собственных образовательных
технологий, сочетание производственного образования с производительным трудом [5].
Кадровое обеспечение системы профессионально-педагогического образования. Преподавательский корпус высшего профессионально-педагогического образовательного учреждения должен отвечать ряду профессионально-квалификационных требований:
- понимать и разделять концептуальные положения ППО;
134
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
- отчётливо представлять цели и задачи ППО и способы их достижения;
- уметь формировать содержание образования на всех уровнях: на уровне квалификационной характеристики, учебного плана, учебной программы дисциплины, отдельного
занятия;
- в совершенстве владеть современными образовательными технологиями, уметь
разрабатывать собственные методические системы и вырабатывать индивидуальный
стиль профессионального поведения;
- иметь развитые навыки организации учебного процесса, знать возможности и
уметь применять разнообразные организационные формы;
- владеть теорией и практикой проведения воспитательной работы в среде современной педагогически ориентированной молодёжи;
- обладать умениями педагогической и психологической диагностики, анализа полученных результатов и корректировки текущих образовательных, воспитательных и развивающих целей;
- иметь сведения о последних достижениях в сфере научных дисциплин, педагогической науки и практики, а также опыт проведения научных исследований в этих
областях [5].
Анализ исторического опыта. Становление и развитие отечественного профессионального образования необходимо не только для установления генезиса профессионально-педагогического образования и определения ведущих тенденций, закономерностей
его развития, но и для выявления актуальных, с точки зрения дальнейшего совершенствования образования, проблем, предупреждения повтора ошибок, управления системой подготовки преподавателей.
Существующая сегодня система высшего профессионального образования не является доминирующей по подготовке педагогических кадров. Дальнейшее развитие этой
системы видится в следующих направлениях:
- превращение части имеющихся инженерно- и профессионально-педагогических
факультетов в самостоятельные вузы и их филиалы;
- увеличение сети профессионально-педагогических факультетов путем открытия
новых, а также преобразования в факультеты ряда инженерно-педагогических кафедр отраслевых вузов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Жученко, А.А. Профессионально-педагогическое образование России. Организация и содержание/ А.А.
Жученко, Г.М. Романцев, Е.В. Ткаченко - . Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. проф.-пед. ун-та, 1999. – 234 с.
2. Кубрушко, П.Ф. Содержание профессионально-педагогического образования / П.Ф. Кубрушко – М.:
Высш. шк., 2001. – 236 с.
3. Потеев, М.И. Развитие профессионально-педагогического образования в университетах технического
типа: монография / М.И. Потеев. - СПб., 2005. – 440 с.
4. Профессиональная педагогика: учеб. для студентов, обучающихся по педагогическим специальностям и
направлениям / под ред. С.Я. Батышева. – 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Профессиональное образование,
1999.
5. Романцев, Г.М. Тенденции развития специальности высшего профессионального педагогического образования «Профессиональное обучение» / Г.М. Романцев, А.А.Жученко // Образование и наука. Известия
Уральского научно-образовательного центра РАО. - Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. проф.-пед. ун-та, 1999.
- №2. - С.151 – 177.
6. Тенчурина, Л.З. Подготовка и повышение квалификации профессионально педагогических кадров в России (1920-1990): учеб. Пособие / Л.З. Тенчурина. - М.: Высш. шк., 2000. – 228 с.
Материал поступил в редколлегию 14.12.05.
135
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Аверченков Владимир Иванович, д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Компьютерные технологии и системы», засл. деятель науки РФ, проректор по
информатизации и международному сотрудничеству БГТУ.
Андриянов Алексей Иванович, к.т.н., доцент кафедры «Автоматизированный электропривод» БГТУ.
Багров Геннадий Владимирович, начальник завода №192 ЦЗЖТ.
Белов Евгений Александрович, ст. преподаватель кафедры «Информатика
и программное обеспечение» БГТУ.
Белозеров Николай Иванович, нач. отдела ГО и ЧС администрации Карачевского района Брянской области.
Буглаев Владимир Тихонович, д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Турбины и
теплоэнергетика» БГТУ, засл. деятель науки и техники РФ.
Буравлева Наталия Георгиевна, к.т.н., доцент Брянского филиала Российского государственного торгово-экономического университета.
Воробьев Дмитрий Владимирович, инженер кафедры «Локомотивы»
БГТУ.
Воронцова Юлия Александровна, к. п. н., доцент кафедры «Иностранные
языки» БГТУ.
Глушак Екатерина Александровна, студентка V курса специальности
«Промышленная теплоэнергетика» БГТУ.
Гоголев Иван Григорьевич, д.т.н., профессор кафедры «Турбины и теплоэнергетика» БГТУ.
Гуров Александр Михайлович, аспирант кафедры «Динамика и прочность
машин» БГТУ.
Дроконов Алексей Михайлович, к.т.н., профессор кафедры «Турбины и теплоэнергетика» БГТУ.
Ерохин Дмитрий Викторович, к.э.н., доцент, зав. кафедрой «Экономика и
менеджмент» БГТУ.
Иващенко Николай Антонович, д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Поршневые двигатели» МГТУ им. Н.Э. Баумана, засл. деятель науки РФ, действительный член Академии проблем качества.
Казаков Валерий Сергеевич, к.т.н., доцент кафедры «Турбины и теплоэнергетика» БГТУ.
Калинин Константин Юрьевич, ведущий специалист контрольноревизионного отдела ЗАО УК «БМЗ».
Киселев Владимир Владимирович, аспирант кафедры «Динамика и прочность машин» БГТУ.
136
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
Киселев Сергей Анатольевич, ст. преподаватель кафедры «Двигатели внутреннего сгорания» БГТУ.
Кондаков Станислав Александрович, к.т.н., доцент кафедры «Турбины и
теплоэнергетика» БГТУ.
Кондрашин Григорий Вячеславович, ассистент кафедры «Компьютерные
технологии и системы» БГТУ.
Коченкова Наталья Ивановна, к.т.н., доцент кафедры «Экономика, организация производства, управление» БГТУ.
Лозбинев Федор Юрьевич, д.т.н., профессор, нач. отдела информационных
технологий комитета по экономической политике Брянской области.
Макаров Владимир Юрьевич, к.01физ.-мат.н. кафедры «Математический
анализ» БГУ.
Малаханов Алексей Алексеевич, аспирант кафедры «Автоматизированный
электропривод» БГТУ.
Мельников Валентин Павлович, к.т.н., доцент кафедры «Технология металлов и металловедение» БГТУ.
Мицкович Владимир Степанович, главный инженер завода №192 ЦЗЖТ.
Николаев Андрей Дмитриевич, студент кафедры «Турбины и теплоэнергетика» БГТУ.
Пахомов Юрий Алексеевич, к.т.н., доцент кафедры «Двигатели внутреннего сгорания» БГТУ.
Рудановский Максим Владимирович, аспирант кафедры «Компьютерные
технологии и системы» БГТУ.
Рытов Михаил Юрьевич, к.т.н., доцент кафедры «Компьютерные технологии и системы» БГТУ.
Рябов Владимир Михайлович, к.п.н., доцент, зав. кафедрой «Инженерная
педагогика и психология» БГТУ.
Симонишин Алексей Алексеевич, аспирант кафедры «Динамика и прочность машин» БГТУ.
Сковородко Алексей Анатольевич, ассистент кафедры «Экономика, организация производства, управление» БГТУ.
Соболев Андрей Витальевич, аспирант БГИТА.
Тайц Олег Григорьевич, д.физ.-мат.н., профессор кафедры «Энергетика и
автоматизация производственных процессов» БГИТА.
Тихомиров Виктор Петрович, д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Детали машин» БГТУ.
Цыганков Владимир Александрович, нач. отдела координации конкурсных закупок продукции для государственных нужд комитета по экономической политике Брянской области.
Чирок Любовь Михайловна, ассистент кафедры «Общая физика» БГТУ.
Шляхто Ирина Вячеславовна, аспиран0т кафедры «Экономика» БГУ.
137
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
ABSTRACTS
Melnikov V.P. Influence of overcooling liquid at hardening on structure of cast iron large
cylinder casting. In work investigated influence of intensity of cooling liquid on in the sandy
foundry form with heating up to 100 °С and in the foundry form from diatomit a brick with heating up to 566 °С on formation of structure of cylinder cast iron. Temperatures of crystallization
of cast iron and quantitative parameters of a microstructure are determined.
Buravleva N.G., Kochenkova N.I. The economy of material resources in the field of manufacture operation and repair of car bodies at the stage of designing. In this paper the methods
of search of the optimal structural scheme and parameters of load bearing elements, are considered at which an extermal point of effectiveness function is provided (this function tares in to
account a specific quantity of metal, production and maintenance expenses). The development of
the finite element method by means of the account of the probability characteristics of finite –
element modal of a body of the car influence is offered.
Vorob'ev D.V., Tikhomirov V.P., Bagrov G.V., Mitscovich V.S. Management of process of
interaction of a wheel with a rail by influences on contact of an electric current and a magnetic field. Bench tests under the circuit a disk - plane for definition tribological characteristics
are carried out. Influence of an electric current and a magnetic field on coefficient of friction is
shown. The opportunity of management is established by adhesion of a wheel with a rail due to
external physical fields.
Simonishin A.A. Estimation of influence of temperature on characteristics of absorbing device pmkp-110. Influence of temperatures on characteristics of the device and on damageability
of the car in operation is appreciated. The mathematical model of absorbing device PMKP-110 is
developed and its characteristics are designed at various temperatures.
Gurov A.M. Calculated estimation of an overall performance of perspective absorbing devices of an automatic coupling. Questions of application of mathematical models are
consideredat modelling crash impacts and various modes of operation of railway vehicles. The
estimation of efficiency of application new perspective elastomeric absorbing devices (PMKE110, EPA-120) and polymeric absorbing device PMKP-110 for decrease in longitudinal loading
of the car is given.
Sobolev A.V., Tayc O.G. Using muchsectional cyclone in condition silicate roduction. Considered process peelings in muchsectional cyclone of the new generation and his(its) parameters
are compared with parameter existing models. New methods calculation is used absolutely since
design of this cyclone sharply differs from existing.
Kondakov S.A. Determination of rational dimensions of plate heat exchangers. Influence of
flow distribution on efficiency of plate exchanger is presented. The equations are suggested
which allow calculation of dimensions of exchanger and appreciate influence of the
thermohydraulic performance of plate, temperature and liquid consumption on dimensions and
total expendable power of exchanger.
Kazakov V.S., Glushak E.A. Modern ways and methods of increase of reliability and profitability of systems of a heat supply. Perspective directions and modern methods of increase of
technical and economic parameters and reliability of work of systems of the centralized and decentralized heat supply with reference to existing schemes of boiler installations are analyzed.
Buglaev V.T., Gogolev I.G., Drokonov A.M., Nikolaev A.D. The problem of one-stage gas
turbine modernization. The article introduces the results of combined operation of the turbine
stage and adjoining nozzles. The study offers the ways of aerodynamic modernization of their
blading.
Ivashchenko N.A., Pahomov Y.A., Kiselyov S.A. Prospects of application cranc-less mechanism in locomotive diesel engines. Prospects of application crank-less mechanism are appreciated as the mechanism of transformation revocable - onward motion of piston in rotary motion
138
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
of a power shaft of a locomotive diesel engine such as 26/26. Circuits of the forces working in a
four-cycle in-line diesel engine and in the engine with crank-less mechanism are given. The
comparative estimation of kinematics and dynamics of two mechanisms of transfer of energy on
a power shaft is given. Conclusions about expediency of application crank-less mechanism in
locomotive diesel engines are made.
Andriyanov A.I. , Malakhanov A.A. The mathematical modeling of dynamics of boost converter with pulse-width modulation. The Annotation. The mathematical model of the boost
converter with pulse-width modulation providing pinpoint accuracy calculation is сreated in
this article. It is considered possibility of the study dynamics of the converter by the purpose of
maintenance of the scientifically-proved choice of parameters of a feedback regulator that allows
raising essentially reliability of work of the device and quality of transformation of electric energy.
Belov E.A., Averchenkov V.I. Model of the thesaurus for a problem of semantic expansion
of a tree of syntactic analysis of inquiry in a natural language. The problem of using thesaurus of narrow data domain as a basis for subsystem of checking probationers answers in natural
language in test system are considered. Thesaurus mathematical model has been developed, thesaurus operations are determined, format of presentation in electronic form.
Kiselev
V.V.
Identification
parameters
of
mathematical
model
of absorbing device EPA-120. The mathematical model of absorbing device EPA-120 is considered in the article and also shown calculation of optimum values of this model parameters.
Calculation is carried out by means of identification procedure. The device applies in Russian
freight cars.
Chirock L.M. The mathematical model of the electric chemical sensor of water-soluble oxygen on the basis of the MDSC transistor. The structure of the water-soluble oxygen sensor on
the basis of the field MDSC transistor is given and its mathematical model is described.
Makarov V.Y. Zeroes ξ - function Riemann in a critical strip. Work is devoted to the wellknown 5-tn hypothesis Riemann stated Riemann in the middle of 19 centuries: all nontrivial zeroes ξ - function contain on line x = 0,5.
Lozbinev F.Y., Cygankov V.A., Belozerov N.I. Information-analytical co-ordination system
of buying product for state and municipal necessities of the region. The particularities of
the government regulation of the process of buying product for state and municipal necessities
on regional level are considered. Structured scheme and operating principles of the specialized
information-analytical system are offered. Ways of the improvement of managerial system for
state buyings on basis of new information technology are shown.
Erokhin D.V., Kalinin K. J. The methods of taking investment decisions in the enterprise.
The methods of selection and realization of investment projects in the enterprise are take up in
this article.
Skovorodko A.A. The approaches to classification of enterprise development innovations
strategies. The analysis of the approaches to classification of innovations strategies is carried
out, and also the recommendations on regulating of the considered approaches are given.
Shlyakhto I. V. An estimation innovation of potential of the industr ial enter pr ise. In clause
the problem of the analysis innovation of potential of the industrial enterprise is considered, the
structure and methodical bases of an estimation of potential is offered it segment.
Averchenkov V.I., Rytov M.Yu., Kondrashin G.V., Rudanovskiy M.V. Organization of information protection experts preparation. In article the questions of organization of educational process of information protection experts preparation in Bryansk state technical university are
considered.
Vorontsova J.A.The use of sociological research in the work with the students of economic
sphere. There is considered the problem of necessity to have a feedback with students to know
and study their opinions on many problems of higher technical institutions, first of all their atti-
139
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2006. № 1 (9)
tude to humanitarian training quality. There are submitted the carried out questionnaires devoted
to defining internal readiness of economic - administrative sphere students to professional - personal development. There is given the analysis of students - managers and working industrial
managers’ (students of the management training programme of the Russian Federation) rating
estimation of the educational process and of teaching the course of humanitarian disciplines.
V.M. Ryabov. Becoming and development of domestic professional training. There are considered features of epoch becoming and development of professional training, development of
the theory and practice of professional training, becoming of system of preparation of teachers
for educational institutions of professional training.
140
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа