close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

188.Вестник Брянского государственного технического университета №2 2010

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ВЕСТНИК
БРЯНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО
ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
Научно-технический журнал
Издается с февраля 2004 г.
Периодичность – 4 номера в год
№ 2 (26) 2010
Журнал включён в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых
должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых
степеней кандидата и доктора наук
Учредитель – Государственное
образовательное учреждение
высшего профессионального
образования «Брянский
государственный технический
университет»
Редакционная коллегия:
Главный редактор
А.В.Лагерев, д.т.н., проф.
Зам. Гл. редактора
С.П.Сазонов, к.т.н., доц.
Отв. секретарь
В.А.Татаринцев, к.т.н., доц.
Члены редколлегии
В.И.Аверченков, д.т.н., проф.
В.Т.Буглаев, д.т.н., проф.
О.А.Горленко, д.т.н., проф.
Д.В.Ерохин, к.э.н., доц.
Б.Г.Кеглин, д.т.н., проф.
В.В.Кобищанов, д.т.н., проф.
В.И.Попков, к.т.н., доц.
А.Ф.Степанищев, д.ф.н., проф.
О.Н.Федонин, д.т.н., проф.
Г.А.Федяева, д.т.н., проф.
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
Адрес редакции:
241035, г. Брянск, бульвар
50-летия Октября, 7
тел. (4832) 58-82-77
e-mail: vestnik@tu-bryansk.ru
Подписные индексы каталога
«Пресса России» - 18945- п/г
15621 – годовая
Брянский государственный
технический университет, 2010
СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА
Машиностроение
Технология, инструменты и оборудование
машиностроительных производств
Медведев Д.М. Одноступенчатое технологическое
обеспечение износостойкости цилиндрических поверхностей деталей машин при механической обработке……………………………………………………
Бишутин С.Г. Повышение триботехнических характеристик материалов деталей пар трения при
шлифовании……………………………………………
Аверченков А.В., Симуни А.Е. Автоматизация
формирования управляющих программ для многофункциональных станков с ЧПУ на основе выбора
оптимальной стратегии обработки…………………..
Космынин А.В., Щетинин В.С., Смирнов А.В.
Влияние полюсного угла раздвижки магнитопроводов в газомагнитной опоре шпиндельного узла
шлифовального станка на его эксплуатационные показатели………………………………………………...
Никитенко А.В., Давыдов В.М., Прокопенко А.А.
Обоснование параметров шероховатости при обработке формообразующей оснастки мелкоразмерным
инструментом…………………………………………..
Чепчуров М.С., Хуртасенко А.В., Маслова И.В.
Управление колебаниями режущего инструмента
при токарной обработке крупногабаритных деталей………………………………………………………
4
10
15
22
26
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Транспортное машиностроение
Шец С.П. Выбор методов обеспечения износостойкости подшипниковых узлов
трения………………………………………………………………………………………
Реутов А.А., Гончаров К.А. Анализ совместной работы концевого и промежуточного приводов ленточного конвейера……………………………………………………
Тихомиров П.В., Тихомиров В.П. Работоспособность пластичного смазочного материала……………………………………………………………………………………..
Энергетическое машиностроение
Маврин Е.А. Гидродинамика и теплообмен закрученных потоков с применением
винтовых вставок………………………………………………………………………….
Бондаренко В.Н., Бондаренко И.Р., Волков Д.Ю. Исследование процесса разрушения накипи и отложений при очистке труб теплообменных агрегатов чистящими
головками с инерционно раскрывающимися очистными элементами……………….
Управление, вычислительная техника
и информатика
Лагерев А.В., Зуева Е.П. Методы и алгоритмы автоматизированного проектирования консольных стационарных кранов…………………………………………………
Аверченков В.И., Беспалов В.А., Шкаберин В.А., Аверченков А.В., Терехов
М.В., Парихина Е.А. Создание виртуальной модели станка DMU 125 p duoBLOCK
в системе VERICUT……………………………………………………………………….
Лагерев И.А. Моделирование факторов нагруженности металлоконструкции мостового крана на основе сетевой имитационной модели……………………………….
Симкин Н.В. Верификация визуализации изображений на электронно-лучевой
трубке видеокадров протокола Fibre Сhannel на основе смешанного языкового описания в среде моделирования Мodelsim………………………………………………….
Калинин
А.И.
Сокращение
трудоемкости
применения
проблемноориентированных комплексов программ для моделирования антивирусов…………
36
42
46
50
55
60
66
74
82
89
Экономика и менеджмент
Кириченко И.А. Методика выявления взаимосвязи между научным потенциалом и
инновационной привлекательностью региональных образовательных учреждений
93
Попкова Н.В. Антропологическое наследие русского космизма……………………..
103
Корсаков А.В. Влияние комплекса факторов экологического неблагополучия окружающей среды на частоту злокачественных новообразований у детей……………
113
Бабанова Ю.В. Проблемы принятия решений в процессе использования 16факторного личностного опросника…………………………………………………….
117
Abstracts…………………………………………………………………………………...
127
Сведения об авторах……………………………………………………………………..
130
Общественные науки
Естественные науки
Социально-психологические науки
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
CONTENTS
Mechanical engineering
Technology, tools and equipment of mechanical engineering factories
Medvedev D. M. One-step technological providing of wear resistance of cylindrical surfaces of machine parts by machining work…………………………………………………
Bishutin S.G. Increase of operational characteristics of materials of details of pairs friction at grinding………………………………………………………………………………
Averchenkov A.V., Simuni A.E. Automation constructing control programs for multifunctional cnc based optimal strategy processing…………………………………………..
Kosmynin A.V., Scthetinin V.S., Smirnov A.V. The influence of angle between the
poles of magnetic conducor in gas-magnetic bearing of spindle assembly in grinding machine on it’s exploitation indicators…………………………………………………………
Nikitenko A.V., Davydov V. М., Prokopenko А. А. Substantiation of parameters of the
roughness at processing of form-building equipment by the smal sizes tool………………
Chepchurov M.S, Hurtasenko A.V, Maslova I.V. Management vibrations of tool piece
at lathe treatment of big-size details………………………………………………………...
Transport mechanical engineering
Shec S.P. Wearing capacity provision methods of the bearing mount friction assemblies...
Reutov А.А., Goncharov К.А. Analysis of mutual work of belt conveyer’s head and intermediate drives……………………………………………………………………………
Tikhomirov P.V., Tikhomirov V.P. Efficiency of a grease………………………………
Energetic mechanical engineering
Mavrin Е.А. Hydrodynamics and heat transfer of swirling flows using different swirler
design……………………………………………………………………………………….
Bondarenko V. N., Bondarenko I. R., Volkov D.Y. Research of the scale and deposits failure process by refining the pipes of the heat exchanging sets using cleansing heads
with transit time opening cleaning elements………………………………………………..
Information technologies
Lagerev A.V., Zueva E.P. Methods and algorithms Cad system of the console stationary
cranes………………………………………………………………………………………..
Averchenkov V. I, Bespalov V. A, Shkaberin V. A, Averchenkov A.V., Terekhov M.
V, Parihina E.A. Creation of virtual model of machine tool DMU 125 p duoBLOCK in
system VERICUT…………………………………………………………………………..
Lagerev I.A. Simulation of a bridge crane metal construction loading parameters………..
Simkin N.V. Verification imaging to сathode ray tube video recording Fibre Сhannel protocol based on mixed language description in the modeling environment МodelSim……...
Kalinin A.I. Abbreviation of labour input of application of the problemno-oriented complexes of programs for modelling of antiviruses……………………………………………
Economy and management
Kirichenko I.A. Technique of revealing of interrelation between the scientific in potential and innovative appeal regional educational institutions………………………………...
Public sciences
Popkova N.V. Тhe anthropological legacy of russian cosmism.
Natural sciences
Korsakov A.V. Influence of the complex of factors of the ecological trouble of environment on frequency malignant new growths at children……………………………………..
Socially-psychological sciences
Babanova Yu.V. Individual styles of decision-marking processes are considered as the
important substructure of the human mental activity system………………………………
Abstracts …………………………………………………………………………………...
3
4
10
15
22
26
31
36
42
46
50
55
60
66
74
82
89
93
103
113
117
127
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
МАШИНОСТРОЕНИЕ
ТЕХНОЛОГИЯ, ИНСТРУМЕНТЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ
УДК 621.9
Д.М. Медведев
ОДНОСТУПЕНЧАТОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
ДЕТАЛЕЙ МАШИН ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ
Рассмотрены результаты теоретических и экспериментальных исследований по решению задачи одноступенчатого технологического обеспечения износостойкости цилиндрических поверхностей деталей машин
при механической обработке на стадии конструкторско-технологической подготовки производства.
Ключевые слова: износостойкость, одноступенчатое технологическое обеспечение, механическая обработка,
точение, шлифование, цилиндрические поверхности, детали машин.
В настоящее время установлено, что около 80% машин выходят из строя вследствие
износа трущихся деталей. Возможность прогнозировать значение данного эксплуатационного свойства на стадии проектирования позволит повысить надежность выпускаемых
машин и снизить себестоимость их изготовления.
Общепринятое
двухступенчатое
рассмотрение
задачи
конструкторскотехнологического обеспечения износостойкости связано с тем, что в нашей стране стадия
проектирования новых изделий разделена на два этапа: конструкторский и технологический.
Конструктор выбирает материал, размеры и их точность, сочетание параметров качества поверхности детали, обеспечивающие требуемую интенсивность изнашивания. Он
указывает выбранные параметры на чертежах деталей изделия.
Технолог назначает метод и условия обработки, позволяющие обеспечить выбранные конструктором точность размеров и сочетание параметров качества поверхности детали с наименьшей технологической себестоимостью.
Существующая схема обеспечения износостойкости имеет следующие недостатки
[5-7; 12; 13]:
• обычно конструктор ограничивается выбором параметров Ra, Sm, t p , не учитывая
влияния на интенсивность изнашивания нестандартизованных параметров качества (Wz,
U н , h н , σ ост и др.), которые существенно зависят от метода обработки;
• конструктору сложно выбрать оптимальное по минимуму технологической себестоимости сочетание параметров качества поверхности детали, так как десятки различных
сочетаний обеспечивают одинаковую интенсивность изнашивания;
• выбранное конструктором сочетание параметров качества поверхности иногда затруднительно обеспечить технологически, из-за чего возникает необходимость вносить
изменения в конструкцию или технологию изготовления детали.
Данные недостатки в итоге сказываются на себестоимости проектируемого изделия.
Устранить их возможно, перейдя к одноступенчатой схеме обеспечения износостойкости,
которая основывается на объединении задач конструктора и технолога и определении оптимальных по себестоимости условий обработки еще на стадии конструирования машин
[5; 14].
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Одноступенчатое решение задачи технологического обеспечения износостойкости
деталей машин и его автоматизация позволит:
• выбирать оптимальные условия изготовления по критериям качества и себестоимости;
• сократить время, затрачиваемое на проектирование новых машин;
• снизить количество ошибок проектирования и повысить его надежность;
• находить непосредственные технологические пути повышения износостойкости
деталей;
• разработать научный подход к выбору условий и методов обработки.
В настоящее время реализация этой задачи сдерживается из-за отсутствия банка зависимостей интенсивности изнашивания от условий обработки поверхностей трения деталей машин. Рассматриваемую задачу можно решить путем создания как экспериментальных, так и теоретических моделей.
При теоретическом моделировании математическая модель составляется исходя из
известных физических законов, которые предполагаются лежащими в основе рассматриваемых процессов. Подобные модели более универсальны, обеспечивают лучшее понимание и прогнозирование процессов. Попытки теоретически описать взаимосвязь износостойкости деталей машин с условиями механической обработки предпринимаются в двух
направлениях:
1. Методом подстановки теоретических зависимостей для расчета параметров качества поверхности детали и условий ее обработки в уравнение для определения интенсивности изнашивания [2; 13]. Главный недостаток этого метода: получаемые зависимости
слишком громоздки и не отражают физику рассматриваемых процессов.
2. Методом моделирования физической аналогии на основе единства процессов силового, температурного и химического воздействия на деталь, как при ее изготовлении,
так и при эксплуатации [1; 11; 12]. Его основные преимущества заключаются в возможности:
• теоретического исследования физической природы взаимосвязи процессов механической обработки и трения;
• получения наглядных и компактных расчетных зависимостей.
Профессор А.Г. Суслов отмечает, что процесс эксплуатации детали можно рассматривать как продолжение технологии ее обработки [5; 12]. Поэтому для повышения долговечности пар трения необходимо максимально уменьшить их приработку при эксплуатации. Этого добиваются финишной обработкой, моделирующей ускоренный процесс приработки, который представляет собой микрорезание и пластические деформации микронеровностей поверхности.
Анализ физической сущности процессов трения и окончательной механической обработки показывает, что рассматриваемые процессы тесно связаны между собой по многим параметрам [3; 4; 12; 14]:
• качество поверхности, сформировавшееся после окончательной механической обработки, определяет интенсивность изнашивания в процессе приработки;
• процессы удаления слоя материала с поверхности заготовки при механической обработке и образования частиц износа при трении сопровождаются молекулярным взаимодействием, пластическими, упругими деформациями, а также микрорезанием;
• для обоих процессов сопоставимы режимные условия по силовым, температурным
и кинематическим параметрам;
• сопоставимы геометрические параметры удаляемого с поверхности заготовки слоя
материала при окончательной механической обработке и изношенного слоя материала при
трении.
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Численным показателем, отражающим физические параметры протекающих при
окончательной механической обработке и трении процессов, может служить удельная
энергоемкость, или энергия W, затрачиваемая на удаление единицы объема ΔV материала:
W
.
w=
∆V
Данный показатель имеет аналог в теории резания [3; 8], где он называется удельной
работой резания, и в энергетической теории трения и изнашивания [9] как мнимая плотность энергии изнашивания материала. Существующая зависимость удельной энергоемкости от толщины A удаляемого слоя материала указывает на возможность количественного описания взаимосвязи физических параметров рассматриваемых процессов (рис. 1).
Различия в характере разрушения материала при окончательной механической обработке и трении обусловливают численное значение удельной энергоемкости. При точении
удаление объема материала происходит вследствие однократного контактирования резца с
обрабатываемой заготовкой, при шлифовании – за счет многократного контактирования
зерен абразивного круга и обрабатываемой заготовки. При
трении количество циклов
взаимодействия микронеровностей, приводящего к образованию и удалению частиц износа материала, еще больше.
В связи с этим при лезвийной обработке значение
показателя удельной энергоемкости – наименьшее. Удельная энергоемкость процесса
окончательной абразивной обработки существенно больше.
Кроме того, она увеличивается
по мере уменьшения толщины
удаляемого слоя материала и
перехода к доводочным операциям шлифования, которые по
уровню сил, температур и наРис. 1. Зависимость удельной энергоемкости w от толщины
пряжений наиболее близки к
А удаляемого слоя материала
процессу внешнего трения.
Существующую взаимосвязь между удельными энергоемкостями процессов окончательной механической обработки и трения возможно описать при помощи однофакторной статистической модели
w тр = b 0 w bрез1 ,
где b 0 и b 1 – неизвестные коэффициенты.
После подстановки в нее расчетных формул для определения удельной энергоемкости точения, шлифования и трения (рис. 1) была получена теоретическая зависимость интенсивности изнашивания от условий окончательного продольного точения:
b1

1 fN n 
st
 ,
Ih =
2
2

b 0 b ин v Px + Pz 


где f – коэффициент трения; N – нормальная нагрузка на трущуюся поверхность; n – частота вращения шпинделя; v – скорость резания; b ин – ширина износного индентора; s –
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
продольная подача; t – глубина резания; P x и P z – соответственно осевая и тангенциальная
составляющие силы резания.
Также получена теоретическая зависимость интенсивности изнашивания от условий
окончательного врезного шлифования:
b1
1 fN  s р b з v з 
,
Ih =
b 0 πd 0 b ин  Pz v кр 
где d 0 – диаметр обрабатываемой заготовки; s р – радиальная подача; b з – ширина шлифуемой поверхности; v з – скорость вращения заготовки; v кр – скорость вращения шлифовального круга.
Для проведения экспериментальных исследований использовались два наиболее
распространенных материала, которые применяются для изготовления ответственных деталей трения: закаленная сталь 40Х (40…45 HRC э ) и цементованная сталь 12ХН3А
(58…63 HRC э ).
Сначала проводились эксперименты на образцах из стали 40Х после объемной закалки с использованием классического метода планирования, при котором варьировалось
значение удельной энергоемкости резания путем изменения режимов окончательного точения образцов. Затем обработанные поверхности образцов проходили износные испытания на АСНИ для триботехнических испытаний на базе машины трения МИ-1М, созданной на кафедре «Триботехнология» УНТИ БГТУ [10].
В качестве индентора использовался неподвижный твердосплавный ролик, представляющий собой круглую сменную неперетачиваемую пластину из сплава ВК8, применяемую для металлорежущего инструмента. Индентор является абсолютно жестким, гладким и неизнашиваемым за один цикл испытаний. Испытания проводились в условиях граничного смазывания. В качестве смазочного материала использовалось индустриальное
масло И-Г-А-32. Схема испытаний приведена на рис. 2.
По результатам испытаний рассчитывалась удельная энергоемкость трения. Статистическая обработка результатов экспериментов позволила рассчитать значения неизвестных коэффициентов для теоретических зависимостей. В результате получена зависимость интенсивности изнашивания
от условий окончательного точения:
0 ,85

fN n 
st
 .
I h = 0,17
b ин v  Px2 + Pz2 


Таким же образом проводились эксперименты по окончательному шлифованию стали 40Х после объемной закалки.
Варьировалось значение удельной энергоемкости резания путем изменения режимов окончательного врезного шлифования
образцов. В результате получена зависимость интенсивности
изнашивания от условий окончательного врезного шлифования:
fN  s р b з v з 
I h = 0,08
πd 0 b ин  Pz v кр 
0 , 92
.
Рис. 2. Схема испытаний
Для проверки полученной теоретической зависимости
на изнашивание
были проведены экспериментальные исследования на образцах из стали 12ХН3А. Использовался метод планирования
экстремальных экспериментов. Это вдобавок позволило получить регрессионное уравнение для расчета интенсивности изнашивания после окончательного врезного шлифования
стали 12ХН3А:
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
I h = 1,65 ⋅ 10 −7 I 0,314 v 0з , 254s 0р,318 .
Диапазоны варьирования условий обработки для этой зависимости: зернистость
шлифовального круга I = 25…40; v з = 20…40 м/мин; s р = 0,001…0,005 мм/об.
Результаты экспериментальной проверки представлены в таблице. Определялись относительные погрешности расчета по теоретической и эмпирической моделям. Полученная теоретическая зависимость дает погрешность около 30%, что допустимо для ее практического использования. Регрессионное уравнение обладает большей точностью, но
применимо лишь для указанного диапазона условий.
Экспериментальная проверка теоретической зависимости
№ опыта
1
2
3
4
5
6
7
8
Рассчитанное
Эксперименпо теоретичетально полуской зависиченное значемости значение Ih
ние Ih
1,00·10–7
2,19·10–7
1,21·10–7
2,04·10–7
1,34·10–7
1,74·10–7
1,61·10–7
2,60·10–7
1,25·10–7
1,95·10–7
1,38·10–7
2,30·10–7
1,41·10–7
2,20·10–7
1,76·10–7
2,73·10–7
Таблица
Δ теор , %
Рассчитанное
по уравнению
регрессии значение Ih
Δ эмп , %
25,5
–10,8
14,5
12,8
4,9
26,2
9,0
5,2
1,08·10–8
1,80·10–7
1,29·10–7
2,15·10–7
1,25·10–7
2,09·10–7
1,50·10–7
2,49·10–7
8,1
–17,5
6,7
5,7
–6,7
19,9
–7,2
–4,1
Результаты экспериментальной проверки позволяют считать использование разработанного теоретического подхода к описанию взаимосвязи между износостойкостью и условиями механической обработки достаточно обоснованным.
СПИСОК
ЛИТЕРАТУРЫ
1. Албагачиев, А.Ю. Моделирование режимов обработки и эксплуатации деталей / А.Ю. Албагачиев,
В.Е. Антонович // Гидродинамическая теория смазки – 120 лет: тр. Междунар. науч. симп.: в 2 т. –
М.: Машиностроение-1; Орел: ОрелГТУ, 2006. – Т. 2. – С. 217–223.
2. Безъязычный, В.Ф. Проблемы совершенствования технологических процессов механической обработки деталей высокоточных узлов и изделий / В.Ф. Безъязычный // Приложение №7. Справочник.
Инженерный журнал. – 2003. – №7. – С. 2–10.
3. Бобров, В.В. Основы теории резания металлов / В. В. Бобров. – М.: Машиностроение, 1975. – 344 с.
4. Грановский, Г.И. Резание металлов / Г.И. Грановский, В.Г. Грановский. – М.: Высш. шк., 1985. –
304 с.
5. Инженерия поверхности деталей / А.Г. Суслов [и др.] ; под ред. А.Г. Суслова. – М.: Машиностроение, 2009. – 320 с.
6. Кондаков, А.И. Использование альтернативных технологических решений при обеспечении эксплуатационного качества наукоемких изделий / А.И. Кондаков, А.В. Харитонов // Вестн. РГАТА им.
П.А. Соловьева: сб. науч. тр. – Рыбинск, 2007. – №1. – С. 22–25.
7. Овсеенко, А.Н. Технологические проблемы обеспечения качества поверхностного слоя деталей машин / А.Н. Овсеенко // Приложение №9. Справочник. Инженерный журнал. – 2002. – №9. – С. 10–12.
8. Подураев, В.Н. Технология физико-химических методов обработки / В.Н. Подураев. – М.: Машиностроение, 1985. – 264 с.
9. Польцер, Г. Основы трения и изнашивания: [пер. с нем.] / Г. Польцер, Ф. Майсснер. – М.: Машиностроение, 1984. – 263 с.
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
10. Прудников, М.И. Метод триботехнических испытаний цилиндрических поверхностей трения /
М.И. Прудников // Вестн. БГТУ. – 2008. – №2. – С. 48–56.
11. Султан-Заде, Н.М. Влияние энергии, поглощенной при обработке, на износостойкость / Н.М. СултанЗаде [и др.] // Качество машин: сб. тр. 4-й Междунар. науч.-техн. конф., 10–11 мая 2001 г. – Брянск:
БГТУ, 2001. – Т. 2. – С. 187–189.
12. Суслов, А. Г. Научные основы технологии машиностроения / А.Г. Суслов, А.М. Дальский. – М.: Машиностроение, 2002. – 684 с.
13. Технологическое обеспечение и повышение эксплуатационных свойств деталей и их соединений /
А.Г. Суслов [и др.]; под общ. ред. А.Г. Суслова. – М.: Машиностроение, 2006. – 448 с.
14. Ящерицын, П.И. Теория резания. Физические и тепловые процессы в технологических системах:
учеб. для вузов / П.И. Ящерицын, М.Л. Еременко, Е.Э. Фельдштейн. – Минск: Вышэйн. шк., 1990. –
512 с.
Материал поступил в редколлегию 30.04.10.
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
УДК 621.891; 621.923
С.Г. Бишутин
ПОВЫШЕНИЕ ТРИБОТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ
ДЕТАЛЕЙ ПАР ТРЕНИЯ ПРИ ШЛИФОВАНИИ 1
Показана возможность повышения триботехнических характеристик материалов пар трения на основе регулирования термического и силового воздействий на поверхностный слой путем выбора рациональных режимов шлифования.
Ключевые слова: триботехнические характеристики, шлифование, термическое воздействие, силовое воздействие, состояние поверхностного слоя.
Непрерывно возрастающие требования к качеству выпускаемых машин определяют
необходимость повышения их долговечности. Многочисленные исследования показали,
что до 70 % выходов из строя машин при их эксплуатации происходит из-за износа деталей пар трения. Значительное влияние на износ деталей оказывает состояние их поверхностных слоев, формируемых преимущественно при шлифовании. Поэтому повышение триботехнических характеристик материалов деталей пар трения на финишных этапах их изготовления является актуальной задачей.
Состояние поверхностного слоя формируется преимущественно в ходе термического и силового воздействий при абразивной обработке [1-4]. К управляемым факторам
формирования тонких поверхностных структур, влияющих на триботехнические характеристики, следует отнести температуру Т н нагрева поверхностного слоя, время t в нахождения поверхностных слоев при температурах ≥Т н , скорости нагрева (V н ) и охлаждения (V о )
поверхностных слоев, интенсивность деформаций (ε i ) и скоростей деформаций ( ε ) обрабатываемого материала [5]. Величины Т н , t в , V н , V о характеризуют температурное воздействие абразивной обработки.
Tн = Т 0 +
tф А
Tк w
τ
τ
(
1
[
])
;
еxp
k
d
−
−
=
w
;
∫
T
Vз
w0
z
Т
t в = wH ш ; Vн ≈ к ,
tф
w
(1)
где Т 0 – начальная температура обрабатываемой поверхности; Т к – максимальная контактная температура при шлифовании [5;6]; k T – коэффициент, учитывающий интенсивность изменения температуры нагрева во времени τ; t ф – фактическая глубина шлифования; А = D к – для плоского шлифования периферией круга; А=D з D к /(D з ±D к ) – для
круглого наружного (+) и внутреннего (-) шлифования периферией круга; D з , D к – соответственно диаметры заготовки и шлифовального круга; V з – скорость вращения (перемещения) заготовки; Н – число контактов рассматриваемого участка обрабатываемой
поверхности со шлифовальным кругом; z ш – припуск под шлифование.
Скорость охлаждения рассматриваемого объема поверхностного слоя при шлифовании может быть определена в ходе решения уравнения [7]
( )
Tн − T z, t /
 1 
 1

= erfc
+ Bi Fo  .
 − exp Bi + Bi 2 Fo erfc
Tн − Tс
 2 Fo 
 2 Fo

(
)
(2)
Отдельные результаты исследований получены при выполнении проекта № 4914 в рамках аналитической
ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)».
1
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Здесь z – расстояние от поверхности заготовки до точки, в которой нужно определить температуру; Т(z,t/) – температура в точке с координатой z в момент времени t/;
Fo = at/z 2 – число Фурье; Bi = αz / λ – число Био; Т с – температура охлаждающей среды;
α – коэффициент теплоотдачи; а, λ – температуропроводность и теплопроводность обрабатываемого материала соответственно.
Параметры ε i и ε характеризуют силовое воздействие абразивной обработки.
2
2
 ∂ 2ψ  

∂ 2ψ
εi = εн +
∫ 4 ∂x∂y  +  − 2 ∂x∂y tg 2θ  dt;
30 
 

kN
t
ε ≈
ε iVк
Lз
(3)
,
где ε н – интенсивность деформаций материала до обработки; k N – коэффициент, учитывающий число воздействий вершин зерен шлифовального круга на рассматриваемый объем поверхностного слоя; t – время прохождения рассматриваемого объема поверхностного
слоя через очаг деформации; ψ(х;у) – траектория перемещения частиц металла при взаимодействии с вершиной зерна в рассматриваемом сечении зоны контакта [4]; θ – угол наклона линий скольжения в зоне контакта вершины зерна с металлом [4]; Lз – длина очага
деформации в направлении вектора скорости резания V к .
Анализ уравнений (1-3) показывает, что силовое воздействие на заготовку усиливается при увеличении времени выхаживания обрабатываемой поверхности, шлифовании
поверхности зернами с развитым микрорельефом и большой теплопроводностью (эльборовые и алмазные зерна). Режим правки инструмента (восстановление режущей способности) влияет на геометрическую форму вершин зерен и количество активных зерен, что
приводит к одновременному изменению термического и силового воздействий. Аналогично влияет и скорость вращения инструмента. Повышение этой величины приводит к
возрастанию скорости деформации обрабатываемого материала (усиление силового фактора) и увеличению числа зерен в контакте инструмента и заготовки, что способствует более интенсивному тепловыделению в процессе обработки.
Термическое воздействие на заготовку при шлифовании целесообразно регулировать
путем выбора рациональных условий охлаждения заготовки, режимов обработки и характеристик инструмента, применения инструментов с прерывистой рабочей поверхностью
или со вставками из твердых смазочных материалов.
С помощью уравнений (1-3), а также с учетом результатов исследований [5;8;9] были скорректированы справочные режимы шлифования различных материалов [10] с целью
формирования в ходе обработки износостойких поверхностных структур стальных деталей. Так, в частности, подверглись корректировке глубина шлифования, время выхаживания обрабатываемой поверхности, отдельные характеристики шлифовального круга. Затем были проведены экспериментальные исследования. В ходе экспериментов на круглошлифовальном станке 3Е12 обрабатывались образцы ∅60 и длиной 16мм из различных
сталей на традиционных (справочных) и скорректированных режимах шлифования электрокорундовым кругом зернистостью 16. Круг перед обработкой подвергался алмазной
правке на грубом режиме (8–10 ходов алмазного карандаша с глубиной 20 мкм и подачей
0,2–0,3 мм/об. круга). С каждого образца предварительно был снят слой материала толщиной 0,25…0,3 мм при скорости вращения заготовки 45 м/мин и глубине шлифования 6
мкм для устранения влияния технологической наследственности.
Далее были проведены триботехнические испытания шлифованных образцов
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
с использованием автоматизированной системы научных исследований (АСНИ) на базе
машины трения МИ-1М. В ходе испытаний с постоянной нагрузкой 160 Н к вращающейся с частотой 400 мин-1 испытуемой цилиндрической поверхности образца, частично погруженной в смазочной материал (масло И-20), прижимался неподвижный твердосплавный индентор. АСНИ непрерывно и синхронно регистрировала время испытания, коэффициент трения и линейный износ. Отдельные результаты экспериментальных исследований представлены на рис. 1, 2 и в таблице.
Износ, мкм
Коэффициент трения
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 Время, ч
5
6
7
8
9 Время, ч
а)
Износ, мкм
Коэффициент трения
0
1
2
3
4
б)
Рис. 1. Характерные кривые изнашивания и изменения коэффициента трения для образцов из закаленной
стали 45: а – после шлифования на традиционных режимах; б – после абразивной обработки с регламентированным термическим и силовым воздействием
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Износ, мкм
Коэффициент трения
0
1
2
3
4
а)
5
6
7
8
9 Время, ч
7
8
9 Время, ч
Износ, мкм
Коэффициент трения
0
1
2
3
4
5
6
б)
Рис. 2. Характерные кривые изнашивания и изменения коэффициента трения для образцов из нержавеющей стали 12Х18Н10Т: а – после шлифования на традиционных режимах; б – после абразивной обработки с регламентированным термическим и силовым воздействием
Таблица
Изменение триботехнических характеристик шлифованных образцов
Испытуемый
Значение износа
Снижение интенсивноУменьшение пематериал
образца в конце иссти изнашивания, %
риода приработки,
пытаний, мкм
%
Сталь 45
9…12
25…45
20…50
(НВ190…220)
6…8
Сталь 45
4…5
20…30
20…30
(НRC 45…50)
2…4
Ст.12Х18Н10Т
20…32
50…70
30…60
(НВ190…220)
10…15
Примечания: 1. В числителе приведены данные для образцов, подвергнутых шлифованию на традиционных режимах, в знаменателе – абразивной обработке в заданных условиях. 2. Снижение интенсивности
изнашивания и уменьшение периода приработки указаны по отношению к материалу, подвергнутому шлифованию на традиционных режимах.
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Таким образом, проведенные исследования подтверждают возможность повышения триботехнических характеристик материалов деталей пар трения при шлифовании путем выбора рациональных режимов обработки. Так, износостойкость может быть повышена до 30…50% для деталей из среднеуглеродистых сталей и до 70…80% для деталей из
высоколегированных сталей аустенитного класса вследствие формирования в ходе шлифования неравновесных состояний поверхностных слоев со значительной объёмной долей
дефектной фазы. Наличие значительной дефектной фазы, очевидно, затрудняет генерацию
дислокаций и приповерхностных микротрещин, что задерживает при трении разрушение
поверхностного слоя и способствует более быстрой стабилизации коэффициента трения,
уменьшению периода приработки деталей пар трения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кремень, З.И. Технология шлифования в машиностроении/ З.И. Кремень, В.Г. Юрьев, А.Ф. Бабошкин;
под ред. З.И. Кремня. – СПб.:Политехника, 2007. – 424с.
2. Аксенов, В.А. Теория и технология комбинированной (шлифование с управляемым термическим воздействием) обработки деталей машин с повышенными эксплуатационными характеристиками: автореф. дис. … д-ра техн. наук/ В.А. Аксенов. – Челябинск: ЧГТУ, 1995. – 34с.
3. Сипайлов, В.А. Тепловые процессы при шлифовании и управление качеством поверхности/ В.А. Сипайлов. – М.:Машиностроение, 1978. – 167с.
4. Бишутин, С.Г. Обеспечение требуемой совокупности параметров качества поверхностных слоев деталей
при шлифовании / С.Г. Бишутин. – М.: Машиностроение-1, 2004. – 144 с.
5. Бишутин, С.Г. Структурирование поверхностных слоев деталей при финишной абразивной обработке/
С.Г. Бишутин. – Брянск:БГТУ, 2009. – 100 с.
6. Бишутин, С.Г. Тепловыделение в зоне трения «абразивный инструмент - обрабатываемый материал»/
С.Г. Бишутин, Н.В. Тюльпинова // Трение и смазка в машинах и механизмах. – 2007. – №10. – С.23-28.
7. Лыков, А.В. Теплообмен: справочник / А.В. Лыков. – М.: Энергия, 1971. – 560с.
8. Колубаев, А.В. Формирование субструктуры поверхностного слоя при трении/ А.В. Колубаев, В.Л.
Попов, С.Ю. Тарасов// Изв. вузов. Физика. – 1997. – Т.40. – №2. – С.89-95.
9. Попов, В.Л. Анализ механизмов формирования поверхностных слоев при трении/ В.Л. Попов, А.В.
Колубаев// Трение и износ. – 1997. – Т.18. – №6. – С.818-826.
10. Справочник технолога-машиностроителя: в 2 т. / под ред. А.М. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова, А.Г. Суслова. − 5-е изд., перераб. и доп. − М.: Машиностроение, 2001.
Материал поступил в редколлегию 23.03.10.
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
УДК 658.512.2.011.56
А.В. Аверченков, А.Е. Симуни
АВТОМАТИЗАЦИЯ ФОРМИРОВАНИЯ УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ
ДЛЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СТАНКОВ С ЧПУ НА ОСНОВЕ ВЫБОРА
ОПТИМАЛЬНОЙ СТРАТЕГИИ ОБРАБОТКИ 1
Рассмотрены вопросы автоматизированного подбора оптимальной стратегии обработки при формировании
управляющих программ для станков с ЧПУ. Описано математическое обеспечение процесса автоматизации
формирования управляющих программ для многофункциональных станков с ЧПУ на основе выбора оптимальной стратегии обработки. Показано место разрабатываемой системы в интегрированной САПР предприятия.
Ключевые слова: конструкторско-технологические элементы формы, стратегии обработки, САПР, автоматизированная система, станок с ЧПУ.
Современный этап развития отечественного машиностроения характеризуется значительным распространением и использованием многофункциональных станков с ЧПУ. В
связи с этим существенно увеличилась номенклатура деталей, которые обрабатываются за
один установ. Однако многофункциональные станки с ЧПУ требуют более тщательного
планирования и расчета параметров обработки, так как деталь зачастую обрабатывается за
один или два установа, а серийность деталей достаточно велика. Это также относится и к
планированию стратегии обработки, поскольку использование оптимальной стратегии
позволяет сократить время обработки детали, повысить качество поверхности, сократить
издержки на инструмент.
Автоматизация в области технологической подготовки производства ведется довольно давно. Опыт использования средств автоматизации технологической подготовки производства на базе Инновационного центра высоких технологий в машиностроении при
Брянском государственном техническом университете (ИЦВТМ БГТУ), а также анализ
работ, доступных в открытой печати, позволяют сделать следующие выводы:
1. Большая часть задач технологической подготовки производства формализованы и
решены в рамках специализированных программных средств («Вертикаль» («АСКОН»),
«TFLЕX– технология» («Топ-системы») и т.д.)[1] с выходом на комплект текстовых документов.
2. Универсальные CAD/CAM-системы в большей степени нацелены на решение геометрических задач и очень мало могут помочь пользователю при решении технологических задач, таких, как назначение режимов резания, выбор стратегий обработки, подбор
инструмента и т.д.
3. Современные САПР ТП недостаточно интегрированы с CAD-системами. Данные
системы не способны обеспечить сквозную подготовку производства в рамках концепции
CALS.
Сегодня наиболее перспективными являются системы, способные обеспечить функционирование единой информационной модели изделия в рамках его жизненного цикла:
от компьютерного проектирования (CAD) и компьютерного планирования (CAPP) до автоматизированной подготовки управляющих программ (CAM) и изготовления на станках
с ЧПУ (NC). Подобная модель определена в комплексе стандартов STEP (Standard for the
Exchange of Product model data).
В настоящее время появляются так называемые экспертные технологические системы, например Future CAM. Эти системы основаны на распознавании конструкторскоНаучно-исследовательская работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.
1
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
технологических элементов формы (КТЭФ). Примерами КТЭФ являются фаска, цилиндрическая поверхность, канавка и т.д. Разобрав деталь на КТЭФ, такая система в соответствии с базой знаний, заполненной в процессе эксплуатации системы, строит управляющие
программы для станков с ЧПУ. Слабым звеном данных систем является отсутствие математического аппарата выбора стратегии обработки. Она выбирается в соответствии с
предпочтениями пользователя. Примером стратегий черновой обработки могут служить
стратегии обработки уступов (рис.1).
а)
б)
в)
г)
Рис.1.Траектории (стратегии) черновой обработки уступов:
а - поперечное точение; б - продольное точение; в – точение под углом; г - точение по контуру
Проведено исследование с целью разработки интеллектуальной системы создания
управляющих программ для станков с ЧПУ на основе автоматического выбора оптимальной стратегии обработки. Система должна самостоятельно принимать решения и предлагать их пользователю, а также свободно вписываться в комплекс стандартов STEP.
Место, занимаемое разрабатываемой системой в структуре интегрированной САПР
предприятия, отображено на рис.2.
Интеллектуальный программный комплекс по разработке управляющих программ
для станков с ЧПУ, работающий на основе подбора оптимальной стратегии обработки,
является надстройкой над CAM-системой. Его задача - обеспечить процесс решения технологических задач в CAM-системе. Получая в качестве входных данных 3D-модель детали, система в автоматическом режиме подбирает режимы резания, инструмент, стратегию обработки. Далее эта информация передается в CAM-систему, где согласно принятым
данным формируется управляющая программа для станка с ЧПУ.
Интеллектуальный программный комплекс по разработке управляющих программ
для станков с ЧПУ, работающий на основе подбора оптимальной стратегии обработки,
состоит из следующих компонентов:
1. Модуль распознания КТЭФ.
2. Модуль подбора оптимальной стратегии обработки.
3. Модуль подбора инструмента.
4. База данных, включающая в себя: данные об инструменте, описание КТЭФ, параметры для определения КТЭФ, стратегии обработки, характеристики оборудования, режимы резания, материалы, описание детали после разбиения на КТЭФ.
16
17
Представление детали,
инструмент, режимы
резания, стратегии обработки
3D -модель,
чертеж изделия
Описание детали
Управление данными
Инструмент,
режимы резания
Описание детали
Рис.2.Структура интегрированной САПР предприятия
Описание детали,
разобранной на КТЭФ
Стратегия обработки
детали
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
База данных наполняется пользователем в процессе эксплуатации системы, что позволяет настроить систему для оптимальной работы с конкретным производством.
Основой данной системы является модуль распознания КТЭФ (рис.2). Получая твердотельную 3D-модель детали, система разбирает её на КТЭФ и записывает данное представление в БД. Разбор на КТЭФ выполняется методом структурной декомпозиции. Каждому КТЭФ соответствует набор стратегий обработки, которыми его можно получить (отношение «один ко многим»). Далее модуль подбора оптимальной стратегии обработки
получает из БД деталь, разобранную на КТЭФ, и соответствующий каждому КТЭФ набор
стратегий обработки. Каждая стратегия имеет свои преимущества и недостатки, при тех
или иных исходных данных она влияет как на качественные параметры детали (шероховатость, точность поверхности и т.д.), так и на стойкость инструмента. Кроме того, есть
прямая зависимость между стратегией обработки и временем изготовления детали. Например, при подрезании торца можно выделить две стратегии обработки (рис.3).
а)
Рис.3. Траектории (стратегии) черновой обработки торца:
а - продольное точение; б - поперечное точение
б)
Продольное точение (рис.3а) применяется при большой длине припуска и обеспечивает наименьшее время обработки. Но если деталь не может быть жестко закреплена в патроне, есть вероятность того, что заготовка продвинется в патрон, в результате будет нарушена точность получаемого размера.
Поперечное точение (рис.3б) применяется при нежестком закреплении детали в патроне. Однако если заготовка имеет маленький диаметр, есть риск согнуть её и получить
отклонение от необходимой формы.
В реальности возможна ситуация, когда при большом припуске имеет место нежесткое закрепление заготовки малого диаметра. В такой ситуации решение по выбору оптимальной стратегии обработки становится неочевидным, однако эксперт, основываясь на
эмпирическом опыте, способен сделать выбор. Для принятия решения по выбору оптимальной стратегии обработки в данной ситуации было разработано математическое описание. В качестве операндов математического представления взяты параметры, при которых используется та или иная стратегия. Были выделены следующие параметры:
а)
б)
Рис.4.Закрепление детали: а – нежесткое; б – жесткое
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
1. Жесткость. Данный параметр является сложно формализуемым. Но эксперт может однозначно определить, что жесткость в случае, приведенном на рис.4а, меньше, чем
в случае, показанном на рис.4б. Эксперт делает свое заключение на основании ряда косвенных и прямых факторов влияния. Этими факторами являются:
- диаметр заготовки (D);
- сила зажатия заготовки в патроне (Fj);
- наличие тонкой стенки в обрабатываемом элементе (Mts);
- вылет заготовки (Lj), (под вылетом заготовки подразумевается отношение длины
заготовки к её диаметру);
- материал (M);
- вид термообработки (To).
2. Длина обрабатываемого элемента (L).
3. Глубина КТЭФ (G).
4. Местоположение обрабатываемого элемента на детали (Mp). Данный параметр
вводится в связи с тем, что некоторые стратегии могут быть реализованы только на краю
детали.
5. Наличие материала перед и после обрабатываемой поверхности (Mm). Данный параметр вводится в связи с невозможностью применения некоторых стратегий при отсутствии или, напротив, наличии материала.
6. Припуск (a). Величина припуска зависит от общей длины заготовки и точности
получаемого размера. В связи с этим припуск будем определять не точным значением
припуска, а отношением общей длины детали к припуску. В зависимости от величины
припуска, можно выбрать стратегию обработки, которая, кроме прочего, является оптимальной с точки зрения времени обработки.
Среди перечисленных параметров многие являются нечеткими. Например, эксперт
способен сделать заключение о применяемой стратегии обработки при точении торца,
оценив величину припуска как среднюю, большую или маленькую. Кроме того, многие
параметры будут иметь разное абсолютное числовое значение в зависимости от заготовки.
Примером такого параметра является сила зажатия в патроне. Данный параметр может
быть большим для одного диаметра и недостаточным для зажатия заготовки большего
диаметра, а соответственно и большего веса. Поэтому для построения математического
описания стратегии обработки применяется теория нечетких множеств Л. А. Заде [2].
Математическое описание стратегии обработки (N) имеет следующий вид:
N = <D, L, Mts, Fj, Lj, Mp, Mm, a, M, To,G>
,
(1)
где Lj - вылет заготовки, который является нечетким параметром и может быть формализован с помощью лингвистической переменной (ЛПLj) [3]. Так как конкретное значение
вылета зависит от диаметра заготовки, то для задания области определения переменной Lj
логично использовать отношение длины к диаметру.
ЛПLj = <βLj, TLj, XLj, GLj, MLj>,
где βLj = «Вылет заготовки»; TLj - множество значений ЛПLj (терм-множество), представляющее собой набор нечетких переменных, TLj = {«Небольшой», «Средний», «Большой»}; XLj - область определения, XLj = [0D, 3D]; GLj - синтаксическое правило; МLj семантическое правило задания нечетких подмножеств множества ХLj, функции принадлежности которых графически представлены на рис.5.
µA
1
1, если 0 ≤ X ≤ 0,9;
= 2,5 X − 2, 25, если 0,9 < X < 1,3;
0, если X > 1,3;
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
µA
2
µA
µ
3
0, если X < 0,9;
2,5X − 2, 25, если 0,9 < X < 1,8;

= 1, если 1, 3 ≤ X ≤ 1,8;
− 3,33(3) X + 7, если 1,8 < X < 2,1;

0, если X > 2,1;
0, если X < 1,8;


= 3,33( 3) X − 6, если 1,8 < X < 2,1;

1, если X ≥ 2,1.
Нечеткое множество А1 соответствует терму
«Небольшой
вылет», нечеткое множество А2 - терму
1,0
«Средний вылет», А3 – «Большой вылет».
Конкретные значения коэффициентов в этих
зависимостях выбраны в результате экспертных
0,5
оценок.
Аналогично в наборе (1) описываются параметры D , L, Fj, Lj, a . Параметры Mp, Mts, Mm определяются четкими значениями.
0
0,9 1,3 1,8
2,1
Х
Для
определения
стратегии
обработки
КТЭФ
в
соответствии
с
Рис.5. Графики функций принадлежности
набором (1) описывается набор параметнечетких множеств
ров,
соответствующий этому КТЭФ. Далее приведены примеры такого описания (табл. 1,2).
А1
А2
А3
Формальное описание стратегий обработки для КТЭФ «Торец»
Описание
Визуальное
представление
Лингвистическое описание
Математическое представление
Система
продукций
Продольное точение
Таблица 1
Поперечное точение
Резец совершает продольное движение реза- Резец совершает поперечное движение резания, поперечный выход из зоны резания,
ния, продольный выход из зоны резания,
продольное вспомогательное движение
поперечное вспомогательное движение
N = <D, L, Mts, Fj, Lj, Mp, Mm, a,M,To >, где N = <D, L, Mts, Fj, Lj, Mp, Mm, a,M,To >, где
D = «В широких пределах»;
D = В широких пределах»;
L = «Отсутствует»;
L = «Отсутствует»;
Fj = «Средняя», «Большая»;
Fj = «Незначительная»;
Mts = «Не имеет значения»;
Mts = «Отсутствует»;
Lj = «Небольшой», «Средний»;
Lj = «Небольшой";
Mp = «Край»;
Mp = «Край»;
Mm = «Отсутствует»;
Mm = «Отсутствует»;
a = «Средний», «Большой»;
a = «Незначительный»;
M = «В широких пределах»;
M = «В широких пределах»;
To = «В широких пределах
To = «В широких пределах»
ЕСЛИ Mts = «Не имеет значения», Lj = «Небольшой» ИЛИ «Средний» И a = «Средний»
ИЛИ «Большой», ТО торец = «Продольное».
ЕСЛИ Mts = «Отсутствует», Lj = «Небольшой» И a = «Большой», ТО торец = «Поперечное»
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Описание
Визуальное
представление
Таблица 2
Формальное описание стратегий обработки для КТЭФ «Канавка»
Многократное врезание
Точение
Точение с врезанием
Инструмент обрабатывает
канавку поперечными проходами, оставляя промежуточные кольца, которые срезаются вторым проходом
N = <D, L, Mts, Fj, Lj, Mp,
Mm, a,M,To,G>, где
D = «В широких пределах»;
L = «Незначительная»;
Fj = «Средняя», «Большая»;
Mts = «Отсутствует»;
Lj = «Небольшой», «Средний»;
Mp = «Не имеет значения»;
Mm = «Не имеет значения»;
a = «Не имеет значения»;
M = «В широких пределах»;
To = «В широких пределах»;
G = «Большая»
Инструмент совершает продольные перемещения с поперечным врезанием в конце
траектории
Инструмент врезается в деталь, совмещая поперечную
и продольную подачу
N = <D, L, Mts, Fj, Lj, Mp,
Mm, a,M,To,G>, где
D = «В широких пределах»;
L = «Большая»;
Fj = «Средняя», «Большая»;
Mts = «Отсутствует»;
Lj = «Небольшой», «Средний»;
Mp = «Не имеет значения»;
Mm = «Не имеет значения»;
a = «Не имеет значения»;
M = «В широких пределах»;
To = «В широких пределах»;
G = «Незначительная»
Описание
Многократное врезание
Точение
N = <D, L, Mts, Fj, Lj, Mp,
Mm, a,M,To,G>, где
D = «Небольшой», «Средний»;
L = «Средняя», «Большая»;
Fj = «Средняя», «Большая»;
Mts = «Отсутствует», «Присутствует»;
Lj = «Средний», «Большой»;
Mp = «Не имеет значения»;
Mm = «Не имеет значения»;
a = «Не имеет значения»;
M = «В широких пределах»;
To = «В широких пределах»;
G = «Средняя», «Большая»
Точение с врезанием
Система
продукций
ЕСЛИ L = «Незначительная» , G = «Большая» И Lj = «Небольшой» ИЛИ «Средний», ТО
канавка = «Многократное врезание».
ЕСЛИ L = «Большая», G = «Большая» И Lj = «Небольшой» ИЛИ «Средний», ТО канавка =
«Точение».
ЕСЛИ L = «Средняя» ИЛИ «Большая», Lj = «Средний» ИЛИ «Большой», D = «Небольшой» И G = «Средняя» ИЛИ «Большая», ТО канавка = «Точение с врезанием»
Лингвистическое описание
Математическое
представление
Таким образом, для выбора стратегии обработки КТЭФ система определяет степень
принадлежности элемента к стратегии обработки.
На следующем этапе разработанная стратегия обработки сохраняется в БД. В соответствии с разработанной стратегией подбирается инструмент. Это осуществляется выборкой из базы данных. Далее разработанная стратегия передается в CAM-систему.
Для реализации программного продукта выбран формат передачи данных STEP, который позволяет хранить не только конструкторскую информацию, но и технологические
параметры детали. В качестве CAM-системы применяется интегрированная САПР
ProEngineer WF4.0. Для передачи разработанных стратегий обработки в ней заранее создана библиотека стратегий обработки КТЭФ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Цветков, В.Д. Система автоматизации проектирования технологических процессов /В.Д. Цветков.-М.:
Машиностроение, 1972.
2. Заде, Л.А. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных решений
/Л.А.Заде.- М.: Мир, 1976. - 168 с.
3. Кофман, А. Введение в теорию нечетких множеств/А. Кофман.- М.: Радио и связь, 1982. - 432 с.
Материал поступил в редколлегию 17.05.10.
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
УДК 62-229.331:621.924
А.В. Космынин, В.С. Щетинин, А.В. Смирнов
ВЛИЯНИЕ ПОЛЮСНОГО УГЛА РАЗДВИЖКИ МАГНИТОПРОВОДОВ
В ГАЗОМАГНИТНОЙ ОПОРЕ ШПИНДЕЛЬНОГО УЗЛА ШЛИФОВАЛЬНОГО
СТАНКА НА ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ
Определено влияние полюсного угла раздвижки магнитопроводов на несущую способность и жесткость
шпиндельного узла с передней газомагнитной опорой. Выполнен сравнительный анализ несущей способности и жесткости шпиндельного узла в газомагнитном и газостатическом режимах. Предложены области технологического использования таких шпиндельных узлов.
Ключевые слова: шпиндельный узел, газомагнитная опора, полюсный угол раздвижки магнитопроводов,
шпиндельные подшипники, газостатические подшипники, несущая способность, жесткость шпиндельного
узла.
Развитие современной промышленности предъявляет повышенные требования к
технологическому оборудованию по производительности и точности. Одним из видов такого оборудования являются шлифовальные станки, применяемые на финишных операциях, точность и производительность которых зависят в основном от шпиндельного узла
(ШУ), установленного на станок.
Высокоскоростные шпиндельные узлы для шлифовальных станков должны обладать
достаточной несущей способностью для обеспечения высокой производительности. Для
достижения высоких скоростей в шпиндельных узлах применяют газостатические или
магнитные опоры. Однако эти типы опор имеют невысокую несущую способность [1; 2],
а активные магнитные подвесы (АМП) еще и сложную систему управления [3].
Для решения возникшей проблемы низкой грузоподъемности (несущей способности) предлагается использовать гибридную опору, совмещающую в себе элементы газовой
опоры и магнитного подшипника [4]. Схема конструкции такой опоры с двумя магнитными подвесами в газостатическом подшипнике шпиндельного узла приведена на рис. 1.
Рис. 1. Схема газомагнитной опоры
Представленная опора обладает большей несущей способностью в обратном направлении вектора магнитных сил в сравнении с обычным газостатическим подшипником.
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Это достигается за счёт сложения векторов сил от магнитного притяжения и газового давления.
Так как поле давлений газовой смазки и магнитное поле имеют разную природу, то
они не оказывают заметного влияния друг на друга, и это влияние не учитывается в дальнейших расчетах. Следовательно, силовые воздействия газового и магнитного полей на
шпиндель допустимо рассматривать по отдельности. Тогда несущую способность гибридной опоры можно найти как результирующий вектор двух силовых векторов: от магнитной силы и давления газа.
Методика расчета опор ШУ с газовой смазкой достаточно полно представлена в [2].
Практические расчеты АМП представлены в работе [3] .
В скалярной форме выражение для определения несущей способности газомагнитной опоры имеет вид
Q = Q x2 + Q y2 ,
где Q x и Q y - проекции нагрузки на оси X и Y соответственно.
Q x = Q xг + Q xм ; Q y = Q yг + Q yм ,
где Q xг и Q yг - проекции на оси X и Y газовой составляющей несущей способности; Q xм
и Q yм - проекции на оси X и Y магнитной составляющей несущей способности.
Проекции на оси координат газовой составляющей нагрузки определяются следующим образом [2]:
Q xг = R
L
2 2π
∫L ∫ p cos ϕ dϕ dz ;
−
0
2
Q yг = R
L
2 2π
∫L ∫ p sin ϕ dϕ dz ,
−
0
2
где R - радиус вкладыша; L – длина подшипника; р – давление в газовом слое; φ –
координата в окружном направлении подшипника; z – координата в осевом направлении
подшипника.
Определим магнитную составляющую несущей способности опоры, которая по абсолютной величине равна тяговому усилию АМП. Известно, что его элементарная величина находится по формуле
dQ =
B2
dS ,
2µ 0
(1)
где В – магнитная индукция; S – площадь ферромагнитного тела; μ 0 - магнитная постоянная.
Поскольку величина зазора в сравнении с размерами полюса меньше примерно в
-3
10 раз, то примем допущение об однородности магнитного поля.
Принимая во внимание хорошо известную зависимость индукции от величины зазора, выражение (1) запишем в виде
(2)
dQ = К э h −2 dS ,
где К э = 0,5µ 0 (in) 2 - коэффициент, учитывающий электрические параметры соленоида; i ток в соленоиде; n - число витков соленоида; h- зазор между шпинделем и вкладышем
подшипника. Зависимость (2) является исходной при определении магнитной составляющей несущей способности, развиваемой двумя электромагнитами.
Можно показать, что при угле раздвижки электромагнитов α проекции магнитной
составляющей нагрузки на оси координат находятся из следующих выражений:
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
β+ ϕ м
β+ α + ϕ м

dϕ
dϕ 
α
α
;
cos(
)
Qхм = K э R T cos(ψ − )
+
ψ
+
2
2
2
2


h
h
β
β+ α


β+ ϕ м
β+ α + ϕ м

dϕ
dϕ 
α
α
,
sin(
)
Q yм = K э R T sin(ψ − )
+
ψ
+
2
2
2
2

h
h
β
β+ α


∫
∫
∫
∫
где ψ – угол положения нагрузки; β – окружная координата первого полюса; φ м - полюсный угол; Т – длина электромагнита.
Заметим, что зазор h между шпинделем и вкладышем подшипника определяется по
формуле
h = c − e cos ϕ ,
где с – средний радиальный зазор; е – эксцентриситет.
Жесткость, измеренная на шлифовальном круге, определяется по формуле
J = dF / dx ,
где x – смещение оси шпинделя.
Изложенная методика послужила основой для исследования влияния угла раздвижки
магнитопроводов α – одного из основных элементов конструкции газомагнитной опоры –
на выходные характеристики ШУ.
Разработана программа для расчета на ЭВМ эксплуатационных характеристик
шпиндельного узла на газомагнитных опорах [5].
Результаты расчёта нагрузки F и жесткости J газомагнитного подшипника на конце
шпинделя в зависимости от частоты вращения и угла раздвижки магнитопроводов представлены на рис. 2. Расчет выполнялся, когда несущая способность передней опоры создавалась только за счёт сил давления газа ( Q м = 0 ), а также при совместном действии
газового поля и магнитных сил (при Q м max = 0,1DLp s ).
а)
б)
Рис. 2. Зависимости (нагрузки (а) и жесткости (б) на конце шпинделя от частоты вращения для разных углов
раздвижки магнитопроводов газомагнитной опоры (диаметр вкладыша D=50 мм, длина L=60 мм, давление
наддува p S =0,6 МПа): 1- Q м = 0 ; 2-α=400; 3-α=600; 4-α=800; ■- экспериментальные данные (α=800)
Из полученных зависимостей следует, что применение магнитной силы в газостатическом подшипнике увеличивает несущую способность. Необходимо отметить, что изме-
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
нение угла раздвижки не влияет на несущую способность. Однако жесткость таких опор
(более низкая, чем у газостатических) с увеличением угла раздвижки возрастает.
При проектировании шпиндельных узлов следует учитывать положение магнитных
подвесов в газостатической опоре, так как они обеспечивают в диапазоне параметра быстроходности Dn = (0,4...2)10 6 мм ⋅ мин −1 до 15-20% увеличения жёсткости.
Режим работы с включённым магнитным подвесом применим при черновых и получистовых режимах обработки заготовки, когда требуется повышенная несущая способность и не очень высокая точность, зависящая от жёсткости. Дальнейшая (чистовая и финишная) обработка детали ведётся за один установ (без открепления и снятия детали со
станка) в режиме работы только газостатического подшипника (электромагнитный подвес выключен), когда не требуются большие усилия, а необходима высокая жёсткость.
Проведенные в Комсомольском –на – Амуре государственном техническом университете теоретические и стендовые исследования показали существенное увеличение несущей способности шпиндельного узла с газомагнитной опорой. Ведутся дальнейшие исследования и разработка опытно-конструкторских образцов шпиндельных узлов. Применение шпиндельных узлов с газомагнитными опорами позволит добиться высокой точности обработки и сокращения технологического времени на переустановку детали и переналадку станочного оборудования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
4.
5.
Пуш, А.В. Шпиндельные узлы: качество и надёжность / А.В. Пуш. - М.: Машиностроение, 1992.-228с.
Пат. 2347960 РФ. Способ работы подшипникового узла и подшипниковый узел / Космынин А.В., Щетинин В.С.; заявитель и патентообладатель Комсом.н /А гос. техн. ун-т.- № 2007120545/11; заявл.
01.06.07; опубл. 27.02.09, Бюл. №6. – 1с.
Журавлёв, Ю.П. Активные магнитные подшипники: теория, расчет, применение / Ю.П.Журавлев. СПб.: Политехника, 2003.- 206с.
Космынин, А.В. Эксплуатационные характеристики газовых опор высокоскоростных шпиндельных
узлов / А.В.Космынин [и др.]. – М.: Акад. естествознания, 2006. – 219с.
Spindle block. Программа для ЭВМ: свидет.№2009612950 / Космынин А.В., Щетинин В.С.; приоритет
05.06.09; заявка № 2009611704 от15.04.09.
Материал поступил в редколлегию 12.01.10.
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
УДК 681.142
А. В. Никитенко, В. М. Давыдов, А. А. Прокопенко
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ШЕРОХОВАТОСТИ ПРИ ОБРАБОТКЕ
ФОРМООБРАЗУЮЩЕЙ ОСНАСТКИ МЕЛКОРАЗМЕРНЫМ ИНСТРУМЕНТОМ 1
На основе анализа требований к эксплуатационным показателям качества поверхностей формообразующей
модельной оснастки и анализа кинематики процесса гравирования определены зависимости между технологическими параметрами мелкоразмерной обработки и параметрами шероховатости поверхностей.
Ключевые слова: гравирование, шероховатость, нейронная сеть, модельная оснастка, формообразование,
мелкоразмерный инструмент.
В настоящее время известен ряд работ, посвященных анализу влияния шероховатости обработанной поверхности на эксплуатационные показатели большого количества деталей машиностроительного производства [1-4]. При этом выбор параметров шероховатости не всегда является результатом анализа служебного назначения рассматриваемой поверхности. Зачастую регламентируется параметр Ra, являющийся предпочтительным параметром шероховатости (ГОСТ 2789-73).
В настоящей статье рассматривается методика назначения параметров микрогеометрии поверхностей формообразующей модельной оснастки, их взаимосвязь со служебным
назначением исследуемых поверхностей и способы прогнозирования формы микрогеометрии поверхностей при обработке на многокоординатных гравировально-фрезерных
станках.
При обработке широкого класса деталей, таких, как мастер-модели для литья по выплавляемым моделям, сложнопрофильные электроды для электроэрозионной обработки,
мелкоразмерные пуансоны и матрицы штампов, наиболее распространенным способом
получения сложнопрофильных поверхностей является гравирование.
Требования по точности, волнистости и шероховатости к формообразующей оснастке, как правило, на 1-2 класса выше, чем к деталям, получаемым штамповкой или литьем.
Анализ требований к качеству формообразующих поверхностей модельной оснастки
показал, что наиболее значимыми параметрами с точки зрения функционального назначения являются следующие [5]:
Rz – высота неровностей профиля по десяти точкам.
Ry – максимальная глубина профиля.
∆a – среднее арифметическое значение угла наклона профиля
∆q – среднее квадратичное значение угла наклона профиля
Lr – коэффициент длины профиля.
L
1 d y(x)
1 N
Δa = ∫
dx ;
Δa = ∑ y n +1 − y n ;
L 0 dx
L n =1
Δq =
2
1  d y(x) 

 dx ;
L ∫0  dx 
L
2
1
 d y(x) 
Lr = ∫ 1 + 
 dx;
L0
 dx 
L
Δq =
N
L2
N
∑(y
n =1
− yn ) ;
2
n +1
2
1 N L
2
Lr = ∑   − ( y n +1 − y n ) ,
L n =1  N 
1
Работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной
России» на 2009 - 2013 годы.
26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
где L – опорная длина профиля; y(x) – высота профиля; N – число измерений высоты профиля; yn – высота профиля, измеренная в точке n; yn+1 – высота профиля, измеренная в
точке n+1.
Столь специфические параметры шероховатости обусловлены служебным назначением формообразующих поверхностей, а следовательно, необходимостью обеспечения
простого изъятия детали из формы, отсутствия схватывания поверхностей детали и оснастки, долговечности мастер-моделей и штампов.
Отмечается [6], что при обработке поверхностей двойной кривизны зачастую единственным способом формообразования является точечное касание инструмента и заготовки, хотя данный способ имеет существенный недостаток – низкую производительность.
На производительность процесса гравирования значительное влияние оказывают два
фактора: шаг смещения инструмента и минутная подача. Шероховатость поверхностей,
вызванная кинематическими особенностями процесса обработки, имеет характерный вид:
так называемые гребешки, остающиеся между двумя смежными проходами инструмента.
Величина и форма этих гребешков зависят от геометрических параметров инструмента и
шага смещения инструмента.
В статье проанализированы различные варианты образования гребешков при обработке наиболее распространенными типами граверов. Полученные результаты позволяют
прогнозировать значения шероховатости поверхностей сложной формы.
Так как в большинстве стратегий обработки используется одинаковый шаг смещения
за проход, последовательность положений гравера будет иметь вид, показанный на рис. 1.
а)
б)
Рис. 1. Последовательность положений гравера при обработке наклонной поверхности (а)
и параметры обработки, влияющие на шероховатость поверхности (б)
Формообразующие поверхности, обрабатываемые на трехкоординатных гравировально-фрезерных станках, имеют сложную криволинейную форму. При наиболее распространенных стратегиях обработки шаг между проходами не зависит от формы рельефа,
что вызывает различие в форме гребешков на криволинейных участках поверхностей. В
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
результате анализа зависимостей максимальной высоты микронеровностей от угла наклона обрабатываемой поверхности обнаружилось, что максимальная шероховатость наблюдается при угле 45° при обработке гравером с плоской кромкой и при угле 67° при обработке гравером со скругленной кромкой. Однако измерение гравера показало, что его номинальный профиль не совпадает с фактическим (рис.2). Это вызывает изменение формы
кривой зависимости шероховатости от угла наклона обрабатываемой поверхности.
б)
Рис. 2. Режущая кромка гравера (а) и ее номинальный и фактический профили (б)
Численное моделирование формы гребешка показало, что даже при отклонении профиля инструмента от номинального на величину 5…10 мкм зависимость шероховатости
от угла наклона обрабатываемой поверхности имеет несколько максимумов. Это приводит
к увеличению высоты микронеровностей при небольших углах в 1,5-2 раза.
В ходе эксперимента сравнивались значения шероховатости поверхности после обработки с результатами моделирования профиля поверхности на основе фактического профиля инструмента. Результаты эксперимента приведены на рис. 3. Обработка велась коническим гравером с радиусной кромкой (радиус 0,3 мм); угол заострения гравера-36°,
глубина резания-0,3 мм, подача-200 мм/мин, частота вращения шпинделя-12000 об/мин.
Обрабатываемый материал – полиметилметакрилат.
Полученные зависимости и методика определения параметров микронеровностей поверхностей позволят на этапе технологической подготовки производства выбирать такие
технологические параметры, которые, удовлетворяя требованиям качества геометрических характеристик поверхностей, обеспечат большую производительность обработки и
снизят время доработки. Кроме этого, ужесточение требований к точности профиля гравера, получаемого при заточке, позволит повысить качество обрабатываемых поверхностей
при определенных параметрах геометрии формообразующей оснастки.
Для повышения эффективности технологической подготовки производства формообразующей модельной оснастки необходимо классифицировать и формализовать параметры обрабатываемых поверхностей. Для этого используется вектор конструкторскотехнологических параметров элементарной поверхности [7]. Поскольку размерные характеристики поверхности не могут быть выражены небольшим числом геометрических параметров, так как встречается большое разнообразие поверхностей, то на практике используются лишь определенные конечные приближения на основе матрицы, задающей
поле точек поверхности. Поэтому целесообразным представляется ввести частный случай
поверхности сложной формы, для которой будет определен свой вектор конструкторских
и геометрических параметров, учитывающих специфику таких изделий, как модели и
штампы. К таким параметрам можно отнести:
1. Габариты поверхности (x, y, z).
28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
2. Материал модели (M).
3. Требуемые параметры точности и шероховатости (Δ, Ra).
4. Параметры детализации поверхности (W), необходимые для назначения геоме
рии инструмента.
5. Метод задания геометрических параметров поверхности (S).
Рис. 3. Экспериментальные зависимости шероховатости от угла наклона поверхности
при обработке полиметилметакрилата гравером со сферической кромкой
Выходными параметрами нейронной сети являются подача (F), стратегия обработки
(S), частота вращения шпинделя (n), время обработки (t), производительность обработки
(Q).
Моделирование процесса обработки является сложной задачей, поскольку число
входных и выходных параметров достаточно велико, поэтому предлагается использование
методов нейросетевого моделирования. Использование многослойных нейронных сетей
позволяет аппроксимировать гладкие функции нескольких переменных практически лю29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
бой сложности [8]. При этом при правильно настроенных параметрах сети зависимости
могут анализироваться в диалоговом режиме пользователем, не имеющим специальной
подготовки по проектированию нейронных сетей. На рис. 4 представлена структура нейронной сети для рассматриваемой задачи.
Данная нейронная сеть
представляет собой сеть Хопфилда с одним скрытым слоем.
Нейронная сеть обучается по
экспериментальным данным,
полученным при обработке ряда материалов по методу обратного распространения.
Моделирование
работы
нейронной сети в программе
Neural Network Wizard v.1.5 показало приемлемую достоверность результатов. Данные методы могут быть использованы
при создании адаптивной системы для управления процессами изготовления формообразующей модельной оснастки
мелкоразмерным инструментом.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Хусу, А.П. Шероховатость поверхностей (теоретико-вероятностный подход)/А.П.Хусу.-М.,1975. – 344 с.
2. Дьяченко,П.Е.Количественная оценка неровностей обрабатываемой поверхности/П.Е.Дьяченко.-М.,
1963. – 140с.
3. Маталин, А.A. Качество поверхности и эксплуатационные свойства деталей машин/А.А.Маталин.-М.;Л:
Машгиз, 1965. – 288с.
4. Дунин-Барковский, И.В. Измерения и анализ шероховатости, волнистости и некруглости поверхности/И.В.Дунин-Барковский.- М.: Машиностроение, 1978. – 232 с.
5. Application guide manual for surfcom series surface roughness & waviness parameters/ Tokyo Seimitsu Co. Ltd.
– Tokyo, 2006. - 96 с.
6. Радзевич, С.П. Формообразование поверхностей деталей. Основы теории: монография /С.П.Радзевич.Киев: Растан, 2001. – 592с.
7. Решетникова, О. В. Интеллектуальная система выбора параметров сопрягаемых поверхностей деталей на
стадии проектирования / О. В. Решетникова, В. М. Давыдов// Конструкторско-технологическая информатика – 2005: тр. V Междунар. конгресса. – М.:Станкин, Янус-К, 2005. – С.112-115.
8. Основы построения нейронных сетей : учеб. пособие / В. М. Давыдов, Е. С. Бойко. – Хабаровск: Изд-во
Хабар. гос. техн. ун-та, 2005. – 67 с.
Материал поступил в редколлегию 16.01.10.
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
УДК 62.503.55
658.562
М. С. Чепчуров, А.В. Хуртасенко, И.В. Маслова
УПРАВЛЕНИЕ КОЛЕБАНИЯМИ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
ПРИ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКЕ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ДЕТАЛЕЙ
Описан метод управления колебаниями режущего инструмента с использованием адаптивной системы
управления и дополнительного источника колебаний. Приведены схема управления вибрациями, адаптивная
схема управления оборудованием с устройством для виброрезания, модель управления фазой колебаний, а
также результаты моделирования обработки при управлении колебаниями.
Ключевые слова: вибрации, режущий инструмент, амплитуда, частота, фаза, адаптивная схема управления,
технологическая система, Simulink-модель.
Обработка крупногабаритных деталей, особенно имеющих неоднородный припуск,
связана со значительными вибрациями режущего инструмента [1]. Вибрации не позволяют обеспечить требуемую точность обработки и вызывают ускоренный износ инструмента. В работах В. Н. Подураева доказано, что применение дополнительного приспособления, позволяющего гасить вибрации, дает возможность частично избавиться от погрешностей при обработке и увеличить стойкость инструмента. Введение дополнительного
управляемого источника колебаний позволяет полностью избавиться от вибраций режущего инструмента, а следовательно, обеспечить точность получаемой поверхности и увеличить стойкость инструмента [2].
Предложенный авторами метод предполагает использование дополнительного устройства, закрепляемого на суппорте металлорежущего станка, на котором обрабатываются крупногабаритные детали. Это устройство подключается через устройства защиты к
электрошкафу оборудования и является источником вынужденных колебаний. Частота и
амплитуда колебаний режущего инструмента подбираются экспериментально или на основании результатов моделирования. Источник вынужденных колебаний инструмента
создает дополнительные колебания в зоне обработки. На рис. 1 представлены осциллограммы сигналов, поступающих от режущего инструмента при обработке детали без источника колебаний инструмента и с источником вынужденных колебаний.
Сигнал амплитудой А д генерируется вследствие неравномерности структуры материала припуска обрабатываемой детали. Амплитуда этого сигнала определяется, главным
образом глубиной резания и подачей, так как данные параметры обусловливают величину
прогиба инструмента. Структура материала припуска определяет частоту вибраций режущего инструмента. Датчики, расположенные на режущем инструменте или суппорте станка, регистрируют величину амплитуды и частоту вибраций.
При использовании источника вынужденных колебаний инструмент колеблется с
амплитудой А и , величина которой задается как амплитуда сигнала, подаваемого на исполнительное устройство. Значение этой амплитуды ограничено геометрическими характеристиками самого исполнительного устройства, энергетическими показателями схемы.
Частота устройства, задаваемая генератором, также ограничена конструкцией
исполнительного устройства.
На рис. 1 показано смещение фазы сигнала, подаваемого на исполнительное устройство, управляющее режущим инструментом. При смещении фазы колебаний режущего
инструмента Ф и происходит сложение колебаний, вызываемых неравномерностью структуры материала припуска, и колебаний инструмента. Если колебания направлены в противоположные стороны, то они складываются. Так как их амплитуды имеют различные знаки, амплитуда суммированного сигнала оказывается значительно меньше, чем амплитуда
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
колебаний без наличия источника вынужденных колебаний инструмента. Если знаки совпадают, то амплитуда колебаний становится значительно больше, что может вызвать возникновение аварийной ситуации, в лучшем случае – брак на поверхности обрабатываемого изделия.
Амплитуда, мм
Aд
Aи
Фи
Aс
Время, с·10-2
Рис. 1. Колебания при обработке детали с устройством для виброрезания
Таким образом, достаточно определить амплитуду вибраций в технологической системе для установления возможности обеспечения качества обработки. Изменение фазы
колебаний режущего инструмента позволяет добиться минимальной амплитуды этих колебаний. В идеальном случае она может быть равна 0, но это возможно при соблюдении
двух условий: равномерного распределения материала в структуре припуска и постоянной
величины самого припуска. Оба условия являются практически невыполнимыми. Следовательно, условие успешной обработки детали заключается в получении минимального
значения амплитуды колебаний в технологической системе.
Управление технологической системой осуществляется по схеме, представленной на
рис. 2. Сигнал от датчика вибраций поступает на вход устройства сравнения и вход
запоминающего устройства. В устройстве сравнения обрабатывается сигнал от датчика и
его предыдущее значение и формируется управляющий сигнал, поступающий на вход
генератора. Управляющий сигнал позволяет изменять фазу генерируемых колебаний, которые через усилитель поступают на вход исполнительного устройства.
Особенностью схемы является наличие запоминающего устройства, в котором хранится предыдущее значение амплитуды вибраций. Изменение фазы управляющего сигнала осуществляется по результатам сравнения текущего значения и значения, находящегося в памяти.
32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Устройство сравнения использует современные средства микропроцессорной техники, а его алгоритм управления может быть построен на основе нечеткой логики [3]. Схема
реализации адаптивной системы управления на базе ПК представлена на рис. 3.
Управление станком осуществляется посредством отдельного контроллера, обмен
данными с которым происходит через COM-порт; возможен обмен данными через LPT-порт, что значительно проще, но имеет определенные
ограничения [7]. Через силовые
управляющие элементы контроллер
управляет исполнительными устройствами станка.
Устройство при реализации
адаптивной схемы управления (рис.
3) может быть использовано совместно с устройством контроля вибраций. В этом случае данные об амплитуде и частоте вибраций поступают
через устройство сопряжения в ПК,
Рис. 2. Схема управления вибрациями режущего
где с помощью специального проинструмента
граммного обеспечения вычисляются
необходимые частота и амплитуда колебаний, а также фаза вибраций. Через устройство
сопряжения сформированный цифровой сигнал управления поступает на ЦАП, где преобразуется в аналоговую форму, после чего
передается на устройство для виброрезания. Отличительной особенностью подобной схемы использования устройства для
виброрезания
является
возможность
управления фазой колебаний режущего
инструмента.
Для моделирования процесса управления фазой колебаний режущего инструмента разработана Simulink-модель устройства и системы управления (рис. 4).
Для моделирования движения резца в поперечном направлении использовано приложение SimMechaniks, а системы управРис. 3. Адаптивная схема управления оборудованиления – пакет Fuzzy Logic [6].
ем с устройством для виброрезания
За исходную кинематическую схему
суппорта станка с закрепленными на нем устройством для виброрезания и резцом принята
схема из [5]. При моделировании упругих связей в системе задавались значения усилия
пружины и коэффициента демпфирования в соответствии с рекомендациями, изложенными в [5]. В связи с тем, что при моделировании механической системы MATLAB решает
систему нелинейных дифференциальных уравнений численным методом, результаты моделирования имеют определенную погрешность – чем ниже принимаемая величина этой
погрешности, тем большее время требуется для вычисления.
Для модели, изображенной на рис. 4, принималась величина погрешности 0,01. Результаты моделирования управления фазой вибраций приведены на рис. 5, где графически
показаны различия параметров, характеризующих колебания режущего инструмента при
использовании предложенного метода управления фазой колебаний и без применения
управления.
33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
290
Ph
Constant3
Sum2
T o Workspace1
B
F
Scope
Body Sensor
Prismatic
CS3
CS3
CS1
B
CS4
Ground
CS2
CS4
CS5
CS1
Body1
F
Body
Prismatic1
Joint Spring & Damper
[1 1 1]
Constant
[-100 1 1]
Body Spring & Damper
Constant1
Product
Body Actuator
Random
Number
Product1
Body Actuator1
Ph1
T o Workspace
PID
PID Controller
1
Manual Switch
-1
Constant2
const
Switch
Mux
Sum1
Mux1
Scope1
Fuzzy Logic
Controller
Signal
Generator
change
scope
du/dt
change
Derivative
Рис. 4. Simulink-модель управления фазой колебаний
Амплитуда,
-0.08
Включено управление фазой колебаний
-0.1
-0.12
-0.14
-0.16
-0.18
-0.2
-0.22
3000
3100
3200
3300
3400
3500
3600
3700
3800
3900
Время, мс
Рис. 5. Колебания режущего инструмента (увеличенное изображение)
34
4000
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Разработанная Simulink-модель позволяет получить необходимые режимы управления устройством принудительных колебаний инструмента, не прибегая к изготовлению
его различных вариантов и проведению комплекса экспериментальных исследований.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Подураев, В.Н. Обработка резанием с вибрациями / В.Н. Подураев.– М.: Машиностроение, 1970. – 351 с.
2. Чепчуров, М.С. Проблемы обработки деталей с неравномерным по структуре материалом припуска /
М.С. Чепчуров // Технология машиностроения. – 2008. – №7. – С. 11 – 14.
3. Рассел, С. Искусственный интеллект: современный подход / Стюарт Рассел, Питер Норвиг. - 2-е изд. М.: Вильямс, 2006. – 442 с.
4. Остафьев, В.А. Диагностика процесса металлообработки / В.А. Остафьев, В.С. Антонюк, Г.С. Тысячник.
– Киев: Тэхнiка, 1991. – 151 с.
5. Лазарев, Ю. Моделирование процессов и систем в MATLAB. Учебный курс / Ю.Лазарев. – СПб.: Питер;
Киев: BHV, 2005. –512 с.
6. Чепчуров, М.С. Контроль и регистрация параметров обработки крупногабаритных деталей: монография/
М.С. Чепчуров. – Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2008. – 232с.
Материал поступил в редколлегию 26.03.10.
35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
ТРАНСПОРТНОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
УДК 621.891:539.3
С.П. Шец
ВЫБОР МЕТОДОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ
ПОДШИПНИКОВЫХ УЗЛОВ ТРЕНИЯ
Рассмотрены проблемы, связанные с методами обеспечения износостойкости пар трения подшипниковых
узлов, с позиции системного анализа комплексного влияния внешних и внутренних факторов. Предложен
алгоритм системного подхода к обеспечению износостойкости подшипниковых узлов трения.
Ключевые слова: системный подход, износостойкость, пара трения, подшипник, подшипниковый узел.
Проблема обеспечения износостойкости подшипниковых узлов трения машин и механизмов имеет тенденцию к усложнению, так как развитие науки, техники и технологии
ведет к постоянному совершенствованию конструкции и ужесточению режимов работы
деталей подшипниковых узлов по нагрузочным, скоростным, температурным, вибрационным и другим характеристикам. Одновременно с этим повышается уровень унификации,
снижается материало- и энергоемкость, уменьшаются габариты и удельные массовые характеристики узлов трения [1].
Изнашивание подшипниковых узлов трения сопровождается изменением линейных
размеров всех составляющих их конструкцию подвижных деталей, образующих пары трения. Интенсивность изнашивания каждой пары трения характеризуется скоростью ведущего процесса изнашивания определенного вида (механическое, абразивное, гидроабразивное и др.), для протекания которого складываются наиболее благоприятные условия.
В связи с этим обеспечение износостойкости пар трения (особенно тех, от которых
зависит работоспособность подшипникового узла в целом) путем нейтрализации действия
ведущего процесса изнашивания имеет значительную актуальность.
В конструкциях современных машин и механизмов применяется значительное количество типов и типоразмеров подшипников различного назначения, что определяет большое разнообразие подшипниковых узлов трения.
Подшипниковые узлы трения имеют трущиеся пары, различающиеся по видам и характеристикам внешнего трения: пары скольжения, качения, качения с проскальзыванием
при относительном вращательном, возвратно-поступательном и комбинированном (вращательное и возвратно-поступательное) движении. При этом каждая пара трения подвержена воздействию процесса изнашивания, на который существенное влияние оказывают
такие факторы, как нагрузка, скорость скольжения, вибрация, температура, влажность,
коррозионная активность, наличие абразива и др., что в конечном итоге приводит к отказу
подшипникового узла [2].
На основании системного анализа конструкций подшипниковых узлов трения можно
установить их общую структурно-функциональную схему обеспечения износостойкости
(рис.1), которая показывает приоритетность элементов конструкции и влияние на них основных управляемых и неуправляемых факторов.
Отрицательное влияние внешних неуправляемых факторов окружающей среды и
внутренних управляемых факторов ужесточения режимов работы приводит к ряду теоретических и практических следствий, являющихся решающими для последующего применения отдельных методов обеспечения износостойкости или их сочетаний в перспективных разработках подшипниковых узлов трения. Однако следует учитывать, что при совместном применении нескольких методов не должно наблюдаться их противодействие,
36
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
иначе это приведет не к ожидаемому эффекту, а к дополнительному увеличению себестоимости подшипникового узла.
УЖЕСТОЧЕНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ:
нагрузочных;
скоростных;
вибрационных и др.
ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА:
коррозионная активность;
запыленность; влажность;
температура и др.
ОТРИЦАТЕЛЬНОЕ ВЛИЯНИЕ
Неуправляемые факторы
ВТОРОСТЕПЕННЫЕ
ЭЛЕМЕНТЫ
ГЕРМЕТИЗАТОР
(УПЛОТНЕНИЕ)
СМАЗОЧНОЕ
УСТРОЙСТВО
КОРПУС
Управляемые факторы
ПОДШИПНИКОВЫЙ
УЗЕЛ
ГЛАВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Интенсивность
изнашивания
ПАРА ТРЕНИЯ
(ВАЛ-ВКЛАДЫШ)
ПАРА ТРЕНИЯ
(КОЛЬЦО-ТЕЛО КАЧЕНИЯ)
ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ
Скорость
изнашивания
ПРОЧИЕ
ПРОЧИЕ
Управляемые факторы
ПОЛОЖИТЕЛЬНОЕ ВЛИЯНИЕ
ТРИБОМАТЕРИАЛОВЕДЧЕСКИЕ
КОНСТРУКЦИОННЫЕ
ТРИБОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ
И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ
МЕТОДЫ
Рис.1. Структурно-функциональная схема обеспечения износостойкости подшипникового узла трения
Методы обеспечения износостойкости подшипниковых узлов трения отличаются
интенсивностью противодействия процессам изнашивания и экономической целесообразностью использования, поэтому их выбор должен осуществляться в следующей последовательности:
1) выявление наиболее важных факторов, оказывающих отрицательное воздействие,
за исключением тех, которые оказывают незначительное влияние;
2) выявление главных элементов (пар трения), имеющих наиболее низкую износостойкость;
3) выявление второстепенных элементов, от работоспособности которых зависит износостойкость выявленных главных элементов (пар трения) подшипникового узла;
4) выбор наиболее эффективного и экономически целесообразного метода (или сочетания методов) обеспечения износостойкости, оказывающего наиболее существенное
влияние на выявленные главные элементы (пары трения).
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
В связи с этим предложен алгоритм системного подхода к обеспечению износостойкости подшипникового узла трения, который включает следующие этапы:
• синтез (рис.2);
СИНТЕЗ
ВЫЯВЛЕНИЕ
уровней влияния внешних неуправляемых факторов на подшипниковый узел трения
- температура (уровень Х1)
- запыленность (уровень Х2)
X 1 + X 2 + ... + X n = 1
- влажность (уровень Х3)
- прочие (уровень Хn)
Xn
X2
X1
X3
ЭВРИСТИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ
- Конструкция подшипникового узла трения
- Принцип действия, функционирование узла трения
ВЫЯВЛЕНИЕ
объектов (пар трения) главного элемента, для которых необходимо обеспечить параметры:
интенсивности (скорости) изнашивания, износостойкости
ОБЪЕКТ
(пара трения)
ОБЪЕКТ
ОБЪЕКТ
(пара трения)
и др.
(пара трения)
(выявлен)
ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ
- Геометрические параметры:
диаметр, длина, ширина, углы контакта, путь трения и др.
- Динамические параметры:
предельная нагрузка, нормальная сжимающая сила и др.
- Кинематические параметры:
частота вращения, относительная скорость перемещения и др.
- Временные параметры: время работы, цикличность и др.
ВЫЯВЛЕНИЕ
второстепенных элементов (уплотнение, смазочное устройство, корпус и др.), оказывающих
наиболее значимое влияние на обеспечение износостойкости выявленного главного элемента
Второстепенный
элемент
(выявлен)
Второстепенный
элемент
Второстепенный
элемент
Рис. 2. Синтез подшипникового узла трения
38
и др.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
•
установление методов обеспечения износостойкости (рис.3);
КОНСТРУКЦИОННЫЙ АСПЕКТ (МЕТОД)
- Изменение конструкции выявленного главного элемента (пары трения)
- Разработка или подбор конструкции второстепенного элемента для противодействия ведущему
процессу изнашивания в выявленном главном элементе (паре трения)
нет
возможность изменения
конструкции главного
элемента
да
ПРЯМОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ
- изменение характера относительного движения;
- изменение режима трения;
- изменение геометрии контакта;
- обеспечение равномерности изнашивания;
КОСВЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ
нет
возможность изменения
конструкции второстепенного
элемента
да
- обеспечение защиты от контакта с абразивной и агрессивной средой;
- обеспечение подвода и удержания смазочного материала в зоне трения;
- прочие
ТРИБОМАТЕРИАЛОВЕДЧЕСКИЙ АСПЕКТ (МЕТОД)
Подбор материалов для трибологической совместимости выявленного главного элемента (пары трения) с учетом экономической целесообразности
или
нет
возможность замены
материалов главного
элемента и «третьего тела»
(смазочного материала)
да
или
материал
детали 1
смазочный
материал
и
да
смазка
материал
детали 2
нет
ТРИБОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АСПЕКТ (МЕТОД)
Выбор упрочняющей триботехнологии для поверхностного слоя деталей
с учетом экономической целесообразности
нет
возможность применения
триботехнологии к поверхностному
слою деталей главного элемента
да
деталь 1
или
деталь 2
и
способ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЙ АСПЕКТЫ (МЕТОДЫ)
Соблюдение технологии изготовления и правил эксплуатации главных
и второстепенных элементов подшипникового узла
Требования
к производству
- контроль качества: конструкционных и смазочных материалов,
поверхностей трения, сборки и др.;
- испытания: стендовые, полигонные и др.;
- прочие
Требования
к эксплуатации
- соблюдение режимов эксплуатации;
- соблюдение правил технического обслуживания;
- прочие
Рис. 3. Установление методов обеспечения износостойкости подшипниковых узлов тре-
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
• сравнительный анализ, накопление информации и предложение для внедрения в
производство (рис.4).
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
с учетом принятых методов повышения износостойкости выявленных главных и второстепенных
элементов подшипникового узла:
- допущения;
- базовые и вспомогательные уравнения;
- граничные условия
СИНТЕЗ (рис. 2)
МОДЕЛЬНЫЙ ФИЗИЧЕСКИЙ
ЭКСПЕРИМЕНТ
да
МЕТОД РЕШЕНИЯ
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ
АНАЛИЗ
нет
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
да
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ
АНАЛИЗ
БАЗА
ДАННЫХ 2
нет
СТЕНДОВЫЕ И
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ
ИСПЫТАНИЯ
БАЗА
ДАННЫХ 1
да
ПРЕДЛОЖЕНИЕ
ДЛЯ ВНЕДРЕНИЯ
В ПРОИЗВОДСТВО
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ
АНАЛИЗ
нет
БАЗА
ДАННЫХ 3
Рис. 4. Сравнительный анализ, накопление информации и предложение для внедрения в производство
Число возможных вариантов функционально-конструкторского исполнения подшипниковых узлов трения составляет сотни. Каждый из них может содержать один или
несколько главных элементов, требующих прямых или косвенных воздействий различными методами обеспечения износостойкости. Под прямыми воздействиями следует понимать непосредственное влияние методов на главный элемент (изменение характера относительного движения), а под косвенными – влияние через второстепенный элемент (обеспечение герметичности уплотнением).
Алгоритм имеет несколько циклов оборота информации: синтез – математическое
моделирование (малый оборот); синтез – модельный физический эксперимент (средний
оборот); синтез – стендовые и эксплуатационные испытания (внешний оборот). Цикличность оборотов информации позволяет исключить экономически и технически нецелесообразные решения, результаты которых уже имеются в базах данных, и тем самым предотвратить проведение достаточно трудоемких и ненужных экспериментов и испытаний.
Совершенствование методов обеспечения износостойкости подшипниковых узлов,
методик математического моделирования, проведения экспериментов и испытаний приве40
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
дет к увеличению количества информации в базах данных, что в конечном итоге позволит
получить на выходе более износостойкий подшипниковый узел трения.
Системный поход к применению методов обеспечения износостойкости подшипниковых узлов трения с учетом предложенного алгоритма позволяет как модернизировать
существующие конструкции подшипниковых узлов, так и разрабатывать новые.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Основы трибологии (трение, износ, смазка): учеб. для техн. вузов/ А.В. Чичинадзе, Э.Д.Браун, Н.А. Буше
и [др.]; под общ. ред. А.В. Чичинадзе. - 2–е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 2001. – 664 с.
2. Дроздов, Ю. Н. Трение и износ в экстремальных условиях: справочник/ Ю.Н. Дроздов, В.Г. Павлов, В.Н.
Пучков – М.: Машиностроение, 1986. – 224 с.
Материал поступил в редколлегию 24.02.10.
41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
УДК 621.867
А.А. Реутов, К.А. Гончаров
АНАЛИЗ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ КОНЦЕВОГО И ПРОМЕЖУТОЧНОГО
ПРИВОДОВ ЛЕНТОЧНОГО КОНВЕЙЕРА
Рассмотрен стационарный режим работы ленточного конвейера с головным и промежуточным приводами.
Составлена математическая модель работы приводов, содержащая систему уравнений и неравенств, учитывающих механические характеристики и тяговые возможности приводов, изменение натяжения ленты на
участках конвейера, допустимое натяжение ленты, работу электродвигателей без перегрузок. Приведены результаты расчета тяговых усилий.
Ключевые слова: ленточный конвейер, промежуточный привод, сила тяги, энергопотери.
Рассмотрим ленточный конвейер (ЛК), содержащий концевой однобарабанный привод и промежуточный привод в виде замкнутого ленточного контура. Схема ЛК представлена на рис. 1.
Рис. 1. Схема ЛК с концевым и промежуточным приводами:
1 – приводной барабан концевого привода; 2 – грузонесущая лента; 3 – приводной барабан промежуточного
привода; 4 – тяговая лента; 5 – натяжной барабан тяговой ленты; 6 – натяжное устройство тяговой ленты;
7 – натяжной барабан грузонесущей ленты; 8 – натяжное устройство грузонесущей ленты; точки
А и В – начало и конец участка контакта грузонесущей и тяговой лент; С – точка набегания
грузонесущей ленты на приводной барабан
Рассмотрим стационарный режим работы конвейера, при котором скорость грузонесущей ленты, сопротивление движению грузонесущей ленты F Σ , а также тяговые усилия
приводов постоянны.
Тяговые усилия W i барабанов приводов с асинхронными электродвигателями (ЭД)
определим из системы уравнений, использующих приближенную зависимость Клосса [1]
и учитывающих механические характеристики электроприводов, растяжение грузонесущей и тяговой лент.
ε
ε 
Wi = 2 M i max I iη / Ri  i + ki 
(1)
 ε ki ε i 
при условии
(2)
Wi ≤ S ni [1 − exp(− µ iα i )] ,
при невыполнении условия (2)
Wi = S ni [1 − exp(− µ iα i )] .
(3)
Здесь М i_max – максимальный крутящий момент ЭД i-го привода; ε i – величина электромеханического скольжения ЭД i-го привода; ε ki – критическая величина электромеха42
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
нического скольжения ЭД i-го привода; I i – передаточное отношение i-го привода; R i –
радиус приводного барабана i-го привода; η – КПД привода; S ni – сила натяжения набегающей ветви ленты i-го барабана; µ i – коэффициент сцепления ленты с поверхностью iго барабана; α i – угол охвата лентой барабана i-го привода.
Выполнение условия (2) означает отсутствие буксования барабана i-го привода, когда лента скользит на всей дуге охвата барабана.
При отсутствии скольжения в муфтах ротор ЭД жестко связан с приводным барабаном. Поэтому величина электромеханического скольжения ε i определяется фактической
скоростью вращения барабана, т.е. скоростью ленты V i в точке набегания на i-й барабан
при отсутствии его буксования.
ε i = 1 − Vi I i / Ri ω C ,
(4)
где ωс – угловая скорость электрического поля статора ЭД.
Скорости грузонесущей и тяговой лент в точке А обозначим V 1А и V 2А . Значения
этих скоростей в точках набегания на приводные барабаны определим с учетом растяжения лент:
V1 = V1 A [1 + ( FAC − WT ) / E1 ] ,
(5)
(6)
V2 = V2 A [1 + (WT + FT ) / E2 ] ,
где F АС – сила сопротивления движению грузонесущей ленты на участке АС (рис. 1); W Т
– сила тяги, передаваемая грузонесущей ленте тяговой лентой; Е 1 и Е 2 – жесткость на растяжение грузонесущей и тяговой лент; F Т – сопротивление движению тяговой ленты.
(7)
WT = W2 − FT .
Сумма тяговых усилий приводных барабанов равна сумме сопротивлений движению
грузонесущей и тяговой лент:
2
∑W
i
i =1
= FΣ + FT .
(8)
Уравнения (1 - 8), описывающие распределение тяговых усилий между приводами,
необходимо дополнить условиями нормальной работы лент и приводов в диапазоне допустимых нагрузок:
(9)
[ S i ] ≥ S i ≥ [ S i ]min ,
(10)
M i _ max I i / Ri ≥Wi ,
(11)
[Ni ] ≥ Ni ,
(12)
[WT ] ≥ WT ,
где [S i ], [S i ] min – максимальная и минимальная допускаемые величины силы натяжения iй ленты; N i и [N i ] – фактически реализуемая и длительно допустимая мощность i-го ЭД
(N i = =W i V i /η ); W T и [W T ] – фактически реализуемая и максимально допустимая сила тяги тяговой ленты.
[WT ] =
l AB
∫ dW
T
,
0
где l АВ – длина участка контакта лент АВ.
Рассчитаем распределение тяговых усилий W1 и W2 конвейера, оснащенного двумя
унифицированными приводами (концевым и промежуточным) с асинхронными ЭД мощностью 55 кВт, µ i = 0,3, α i = 240 °. Грузовая и тяговая ленты изготовлены из стандартной
резинотканевой ленты 2ШТК200-2х3 с жесткостью на растяжение Е 1 = Е 2 = 3,2 МН, максимальным и минимальным допускаемыми натяжениями [S 1 ] = [S 2 ] = 60 кН, [S 1 ] min =
=[S 2 ] min = 10 кН. При отсутствии буксования промежуточного привода скорость грузоне-
43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
сущей и тяговой лент в точке А одинакова: V 1А = V 2А . Номинальная скорость ленты, набегающей на первый барабан, V 1 = 2 м/с.
При выполнении условий (9 - 12) ЭД работают в пределах линейного участка механической характеристики, поэтому в расчетах примем W i = С i ε i , где С i - жесткость механической характеристики i-го привода (С 1 = С 2 = 1,08 МН).
В зависимости от положения промежуточного привода на конвейере сила сопротивления F АС может изменяться в пределах от 0 до 0,9 F Σ . Силу сопротивления движению
тяговой ленты F Т приближенно вычислим через длины грузонесущей и тяговой лент l G и
l T : F Т = F Σ l T / l G = F Σ /10.
На рис. 2 показаны зависимости тяговых усилий приводных барабанов (W 1 и W2 )и
тяговой ленты (WТ ) от суммарного сопротивления движению грузонесущей ленты F Σ при
[N 1 ] = [N 2 ] = 55 кВт, [WT ] = 28 кН.
Для указанных параметров конвейера при η =0,98 и F АС = 0,7F Σ приводы развивают максимальное тяговое усилие W1 + W Т = 46,5 кН при N 1= = 55 кВт и
N 2 = 46,5 кВт. Мощность ЭД используется на 92 %. Для сравнения: два головных
привода аналогичного конвейера [2] развивают максимальное тяговое усилие W 1
+ W 2 = 41,8 кН при N 1 = 55 кВт и N 2 =
30,5 кВт. Мощность ЭД используется на
77,6%.
Головной
одно
Рис. 2. Зависимости тяговых усилий приводных бабарабанный привод при полном испольрабанов (W1 и W2)и тяговой ленты (WТ)от суммарного
зовании прочности ленты 60 кН развивасопротивления движению грузонесущей ленты FΣ:
ет максимальное тяговое усилие 42,96 кН
- FАС = 0,7FΣ; -------- - FАС = 0,3FΣ
при реализуемой мощности ЭД N 1 =
87,6кВт. Таким образом, применение промежуточного привода в дополнение к головному
позволяет увеличить тяговое усилие на 8,2 % при меньшей прочности лент ([S 1 ] = =37,9
кН, [S 2 ] = 33,3 кН).
На рис. 3 показаны зависимости тяговых усилий приводных барабанов (W 1 и W2 ) и
тяговой ленты (WТ ) от величины расстояния L BC между точками набегания грузонесущей
и тяговой лент на приводные барабаны для трех вариантов соотношения жесткостей лент
при [N 1 ] = [N 2 ] = 55 кВт, [WT ] = 19 кН.
Из рассмотренных зависимостей
следует, что с увеличением жесткости тяговой ленты разница между тяговыми
усилиями W1 и W2 уменьшается.
При работе конвейера скорость грузонесущей ленты V 1А в точке А может
изменяться в зависимости от интенсивности загрузки конвейера, температуры
окружающей среды и других факторов.
Если V 1А < V 2А , то скольжение лент происходит по всей длине участка АВ. При
этом сила тяги промежуточного привода
равна максимальной величине [WT ],
Рис. 3. Зависимости тяговых усилий приводных
износ лент повышен. Если V 1А >V 2А , то
барабанов (W1 и W2) и тяговой ленты (WТ)от
грузонесущая лента тянет тяговую ленту
величины расстояния LBC:
- Е1 = Е2;
также с максимальной силой [WT ].
-------- -Е =1,5Е ;
- Е =Е /1,5.
1
2
1
2
44
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Из уравнений (5) и (6) с учетом противоположного знака WT получим V 1 >V 2 , т.е.
скольжение лент происходит по всей длине участка АВ. В этом случае промежуточный
привод развивает либо малую силу тяги (W T < F Т ), либо силу торможения (если ε 2 <0).
Для реализации тягового режима с минимальным скольжением лент промежуточный
привод должен иметь систему автоматического регулирования, поддерживающую равенство скоростей лент в точке А (V 1А = V 2А ) либо минимальное превышение скорости тяговой ленты (V 2А > V 1А ).
Расчет энергопотерь в промежуточном приводе. Определим скорость относительного скольжения V СК тяговой и грузонесущей лент на участке их взаимного контакта АВ
(рис. 1).
Скорости грузонесущей и тяговой лент V 1В и V 2В в точке В выразим аналогично
уравнению (5):
V1B = V1 A [1 + ( F1 AB − WT ) / E1 ] ,
V2 B = V2 A [1 + ( F2 AB + WT ) / E 2 ] ,
где F 1АВ и F 2АВ – силы сопротивления движению лент на участке АВ.
Скорость относительного скольжения лент в точке В равна
VCK = V2 B − V1B .
Мощность силы трения скольжения на участке скольжения грузонесущей и тяговой
лент длиной l ck (0 ≤ l ck ≤ l АВ ) равна
lck
N ck = ∫ VCK dWT .
0
Мощность, передаваемая тяговой лентой, равна N T = WT V A .
Для рассмотренного примера при коэффициенте трения скольжения грузонесущей и
тяговой лент µ Т = 0,3, силе давления грузонесущей ленты на тяговую 1,0 кН/м, F Σ =46,5
кН, F АС = 0,7F Σ , WT = 18,6 кН, V 1А = V 2А , l ck = 62 м, F 1АВ = 0, F 2АВ = 3,3 кН получим V СК =
= 25 мм/с (в точке В), N ck = 233 Вт, N Т = 36,9 кВт. Следовательно, потери на трение
скольжения в контакте грузонесущей и тяговой лент составляют 0,63 % мощности, передаваемой тяговой лентой. Для сравнения: скорость скольжения грузонесущей ленты в
точке сбегания с приводного барабана при силе тяги W1 = 18,6 кН равна 12 мм/с, а мощность силы трения скольжения – 108 Вт, что составляет 0,29 % мощности, передаваемой
приводным барабаном.
Таким образом, скорость относительного скольжения в промежуточном приводе с
тяговой лентой в 2 раза больше, чем на приводном барабане равной мощности, а мощность силы трения скольжения больше в 2,16 раза.
В целом применение промежуточного привода на ленточном конвейере приводит к
увеличению суммарной реализуемой мощности и тягового усилия при ограниченной
прочности грузонесущей ленты.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Копылов, И.П. Электрические машины/ И.П. Копылов. –М.: Высш. шк., 2002. –607 с.
2. Реутов, А.А. Моделирование стационарных режимов работы приводов ленточных конвейеров / А.А. Реутов // Тяжелое машиностроение. – 2007. - № 2. - С.34-36.
Материал поступил в редколлегию 3.03.10.
45
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
УДК 621.893
П.В. Тихомиров, В.П. Тихомиров
РАБОТОСПОСОБНОСТЬ ПЛАСТИЧНОГО СМАЗОЧНОГО МАТЕРИАЛА
На примере Литола-24 рассмотрен процесс деградации смазочного материала в процессе эксплуатации. Показано, что ухудшение трибологических показателей связано с окислением смазочного материала. Представлен механизм окисления.
Ключевые слова: пластичный смазочный материал, работоспособность, окисление, добавление присадок,
изнашивание.
Пластичные смазочные материалы (ПСМ) широко применяются в технических устройствах (например, для смазывания шарниров рулевого управления автомобиля, подвесок, ступиц передних колес с дисковыми тормозами, карданных шарниров и т.д.). В качестве ПСМ часто используют Литол-24 (ГОСТ 21150-87).
Литол – это пластичный многоцелевой смазочный материал, получаемый загущени(12
ем нефтяных масел (вязкость 30…50 мм2/с при 50 0С) 12-гидроксистеоратом лития
% по массе). Литол содержит антиокислительную присадку, обладает хорошей водостойкостью. Этот материал механически стабилен, работоспособен при температурах от -40 до
+130 0С.
При тяжелых режимах эксплуатации узлов трения износостойкость пар трения, смазываемых пластичными смазочными материалами, оказывается недостаточной. Для повышения работоспособности подобных узлов трения в пластичный смазочный материал
следует добавлять многофункциональные присадки. Так, для повышения износостойкости
предлагается использовать металлоплакирующие присадки. Эксперименты показали, что
Литол-24 не является самым износостойким смазочным материалом. По сопротивлению
питтингу он уступает пластичному смазочному материалу №158 (ТУ 38.101.320-77). Таким образом, в связи с широким использованием Литола-24 в узлах трения повышение его
износостойкости является актуальной задачей.
Для улучшения трибологических характеристик в качестве добавок к Литолу-24
вводились тонкодисперсные порошки цинка, кадмия и оловянистой бронзы. Размер частиц порошка не превышал 10 мкм, а концентрация добавок цинка и кадмия находилась в
пределах от 0,75 до 10% по объему, порошка оловянистой бронзы – от 3,5 до 10% по объему.
Анализ полученных данных показал наличие больших возможностей для заметного
улучшения эксплуатационных характеристик трибосопряжений за счет образования на
поверхностях трения защитной (сервовитной) пленки, имеющей гетерогенную структуру.
Основу этой пленки составляет тонкодисперсная механическая смесь зерен цинка и кадмия с отдельными включениями частиц цинка.
Известно, что в процессе трения происходит мгновенное локальное оплавление металлоплакирующего слоя и его мгновенная локальная кристаллизация. Последующее пластическое деформирование наплавленных объемов приводит к снижению шероховатости,
уменьшению контактного давления и снижению средней поверхностной температуры
вследствие постепенного уменьшения числа мгновенных температурных вспышек.
Были также проведены испытания на фреттингостойкость, когда в качестве добавки
к Литолу-24 применялся мелкодисперсный порошок оксида железа.
Влияние смазочного материала и числа циклов нагружения на интенсивность изнашивания стали 12ХН3А при постоянной амплитуде микроскольжения (0,1 мм) , нагрузке
20 Н и частоте 100 мин-1 приведено в таблице.
46
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Таблица
Влияние смазочного материала и числа циклов на интенсивность изнашивания
Добавка порошка в Литол-24 Интенсивность изнашивания (х 108) при числе циклов
3000
9000
15000
Оксид железа
7,6
4,5
3,0
Дисульфид молибдена
5,5
4,1
2,4
Химический анализ продуктов взаимодействия элементов узла трения с порошком
оксида железа свидетельствует о том, что в зоне контакта происходят окислительновосстановительные реакции. Восстановителем оксидов железа является водород, образующийся при термическом разложении смазочного материала. Шероховатость поверхности при введении в Литол-24 мелкодисперсного порошка оксида железа (ржавчины) снижается, при этом уменьшается образование микротрещин на поверхностях трения.
Применение порошков мягких металлов и оксидов железа в виде добавок к пластичному смазочному материалу приводит к улучшению эксплуатационных свойств узлов
трения за счет снижения температуры в зоне трения и уменьшения окисления смазочного
материала.
При граничной смазке снижение трения происходит при протекании окислительных
процессов определенной интенсивности. Окисные пленки на поверхностях трения образуются совместно с окислением основной части масла.
Присутствие между трущимися поверхностями углеводородов, стойких к окислению, способствует снижению трения только при интенсивной подаче кислорода в зону
трения.
В случае присутствия легкоокисляющихся углеводородов избыток кислорода вызывает рост окисных пленок, рыхлых по своей структуре. Разрушение таких пленок приводит к схватыванию металлов, наблюдается колебание силы трения при увеличении среднего значения коэффициента трения. Оптимальными считаются условия динамического
равновесия образования и разрушения окисных пленок.
С целью изучения процесса окисления Литола-24 были взяты пробы смазочного материала, проработавшего в шаровых опорах автомобиля.
Износ вследствие фреттинг-коррозии наблюдается в верхней части шаровой опоры.
При этом на металлических пятнах контакта происходит окисление металла и локальное
разрушение окисной пленки. На рис. 1 представлены инфракрасные спектры смазочного
материала в исходном состоянии и после эксплуатации.
Анализируя спектр Литола-24 до эксплуатации, необходимо отметить следующее. В
состав данной смазки входят парафиновые углеводороды (23%), производные бензола
(27%), предельные карбоновые гидрокси-кислоты (17%), вторичные алкиламины и алкилнитросоединения (13%), фенолы (5%), алкилсульфиды (5%), нафтеновые соединения
(7%), оставшиеся 3% приходятся на простые эфиры и замещенные производные этилена.
Полученные результаты хорошо согласуются с литературными данными [1].
Таким образом, основная органическая составляющая смазочного материала – предельные, ароматические и нафтеновые углеводороды. В качестве загустителя используется 12-гидроксистеорат лития (пики 1080 и 1790 см-1 на рис. 1а).
В состав Литола-24 добавляют антиокислительную присадку. Состав присадки не
расшифровывается, его можно установить, анализируя спектральные данные (рис. 1а).
В качестве антиокислительных присадок обычно используют вещества, которые легко окисляются, связывая кислород. К таким веществам относятся вторичные алкиламины
(1580 см-1) и фенолы (3300 см-1).
47
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
а)
б)
Рис. 1. ИК-спектры Литола-24: а – исходное состояние; б – после 50 тыс. км пробега
В качестве противоизносной добавки в данном типе смазок используются алкилсульфиды (520 см-1), что не противоречит литературным данным и стандарту на смазочные материалы.
В процессе эксплуатации уменьшается вязкость Литола-24, снижается маслянистость и прочность масляной пленки. Снижение вязкости, видимо, связано с деструкцией
12-гидроксистеората лития вследствие процессов окисления. Так как в ходе окислительной деструкции образуется смесь карбоновых кислот, характеризующаяся меньшей молекулярной массой, общая вязкость смазки уменьшается. Описанный процесс окисления хорошо согласуется с полученными экспериментальными данными, поскольку в процессе
эксплуатации в составе Литола-24 возрастает доля соединений, содержащих карбоксильные группы (пик 1740 см-1 на рис. 1б).
Необходимо отметить, что 12-гидроксистеорат лития разрушается только после того,
как окисляются составляющие антиокислительной добавки – фенол и алкиламины.
Схема процесса окисления фенола приведена на рис. 2.
48
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Первичные амины с аминогруппой у третичного углеродного атома окисляются с
образованием алкилгидроксиламина, нитрозосоединения и, наконец, нитросоединения:
R3C − NH 2 → R3C − NH − OH → R3C − NO → R3C − NO2 .
Достоверность образующихся продуктов окисления подтверждается экспериментальными данными. На рис. 1б выявлены дизамещенные производные бензола (680-750 см-1) и
алкилнитросоединения (1550 см-1). Снижение
маслянистости и прочности масляной пленки
можно объяснить деструкцией противоизносной
добавки – алкилсульфидов.
Механизм действия алкилсульфидной добавки может быть описан следующим образом.
Серосодержащие соединения в условиях контактных температур могут:
Рис. 2.Схема процесса окисления фенола
1) реагировать с металлом по схеме
RSy + Fe → FeSn + RSy −n ;
2) отщеплять сероводород, реагирующий затем с металлом:
RSy → R ′Sy −1 + H 2 S ,
nH 2 S + Fe → FeSn + nH 2 ;
3) отщеплять при разложении элементарную серу, которая, взаимодействуя с металлом, образует сульфиды:
RSy → RSy −1 + S ,
nS + Fe → FeSn .
Сульфиды металлов действуют подобно адсорбционным пленкам, экранируя поверхности и уменьшая трение. Достоверность описанного механизма подтверждается
спектральными данными (пик 600 см-1 на рис. 1б). Снижение активности сульфидов объясняется тем, что в условиях повышенных температур они переходят в сероводород.
Для оценки работоспособности смазочного материала предложены показатели для
моторных масел [2]. Для пластичных смазочных материалов требуются дополнительные
трибологические исследования с целью установления инженерных показателей работоспособности.
Таким образом, анализируя данные об изменении основных характеристик смазки
Литол-24 в процессе эксплуатации, можно сделать следующие выводы:
1. Снижение
вязкости
обусловлено
окислительной
деструкцией
12гидроксистеората лития.
2. Снижение маслянистости и прочности масляной пленки обусловлено переходом
алкилсульфидов в сероводород.
3. Повышению эксплуатационных характеристик Литола-24 может способствовать
введение дополнительных антиокислительных присадок, таких, как ароматические амины
(ряда анилина), и использование противоизносных присадок, содержащих фосфор, серу и
хлор или соединения меди. С научной и практической точек зрения интерес представляет
введение в пластичный смазочный материал порошкообразных оксидов железа.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Курчик, Н.Н. Смазочные материалы для обработки металлов резанием (состав, свойства и основы производства)/Н.Н. Курчик, В.В. Вайншток, Ю.Н. Шехтер. – М.: Химия, 1972. -312 с.
2. Лейметер, Т. Выбор и обоснование показателей работоспособности моторных масел/Т. Лейметер,И.Г.
Фукс//Трение и смазка в машинах и механизмах.- 2007.-№6.-С. 37-45.
Материал поступил в редколлегию 15.03.10.
49
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
УДК 681
Е.А. Маврин
ГИДРОДИНАМИКА И ТЕПЛООБМЕН ЗАКРУЧЕННЫХ ПОТОКОВ
С ПРИМЕНЕНИЕМ ВИНТОВЫХ ВСТАВОК
Представлены методика и результаты исследований кольцевой тонкослойной установки для передачи тепловой энергии на единицу площади жидкости малой металлоемкости.
Ключевые слова: завихрители, тепловая энергия, гидродинамика, теплообмен, закрученные потоки, винтовые вставки.
Применение завихрителей различных конструкций [1; 2; 4] в теплообменной аппаратуре приводит к интенсификации процессов тепломассообмена и повышению гидродинамического сопротивления. В процессе исследований применялись завихрители винтового типа, которые просты в изготовлении и эффективны. На их основе можно модернизировать существующую теплообменную аппаратуру трубчатого типа, кожухотрубные теплообменники или теплообменники типа «труба в трубе», уменьшить их габариты и энергозатраты.
Были проведены гидродинамические и тепловые исследования жидкости на опытной
установке и сравнена эффективность закрученных и осевого потоков жидкости.
Принципиальная схема опытной установки представлена на рис. 1.
Рис. 1. Схема опытной установки теплообменной аппаратуры:
1 – завихритель, расположенный перпендикулярно оси потока; 2 – винтовая оребренная
вставка; 3 – кассета с завихрителями; 4 – внутренняя труба; 5 – опытный участок;
6 – наружная труба; 7 – У - образный манометр; 8 – термопара; 9 – штуцер; 10,
14 – насос; 11 – термостат; 12 – емкость с тенами; 13 – контактный термометр;
15 – расходомер; 16 – бак с испытуемой жидкостью
50
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Молоко заполняет бак и через расходомер поступает в опытный участок, где нагревается и сливается в канализацию. Средняя скорость потока молока принята 0,5…1,8 м/с,
число Рейнольдса – 104…4·104.
При исследованиях поддерживался постоянный напор жидкости. Это обеспечивалось постоянной подпиткой напорного бака из водопроводной сети и другой емкости с
помощью насоса.
Стенки трубы обогревались горячей водой, которая поступала из термостата в рубашку с максимальным расходом. Отработанный горячий теплоноситель проходил две
последовательно расположенные емкости, снабженные тенами и контактными термометрами, нагревался и возвращался в термостат, завершая замкнутый цикл.
Применение автоматики для включения тенов и вывода установки на заданный температурный режим позволило поддерживать постоянной температуру горячего теплоносителя на входе в опытный участок и проводить опыты при постоянной удельной тепловой нагрузке q = 94000 Вт/м2.
По длине опытного участка фиксировалась температура стенки по показаниям термопар. Горячие спаи термопар Т были зачеканены в стенку трубы на расстоянии 1мм от ее
внутренней поверхности. Они фиксировали температуру стенки со стороны холодного
теплоносителя.
Потерянный напор на опытном участке определялся по разнице показаний У – образного манометра с точностью до 1 мм водяного столба (или потеря давления с точностью до 10 Па). Манометр был расположен таким образом, чтобы обеспечивался участок
гидродинамической стабилизации до и после турбулизирующих вставок.
Установка состоит из обогреваемых дюралюминиевых труб из сплава Д16 (ГОСТ
23697 – 79); внутренние диаметры труб – соответственно 76, 102, 140 мм, толщина стенок
– 2 мм. Во внутреннюю полость трубы с зазором 0,5 мм на сторону вводилась ось с завихрителями различной конструкции. Они обеспечивали закручивание потока жидкости с целью интенсификации процесса теплоотдачи. Между внутренней и средней трубами, а
также между средней трубой и рубашкой вводились винтовые оребренные вставки с различным шагом. Между внутренней и средней трубами, куда подавался продукт, – зазор в
20 мм (по 10 мм на сторону) для увеличения площади соприкосновения продукта со стенками труб. Кроме того, продукт в опытный участок поступал в закрученном потоке, огибая внутреннюю трубу и касаясь стенок внутренней и средней труб. Горячая вода, которая
поступала противотоком в рубашку, также двигалась в закрученном потоке, огибая среднюю трубу и нагревая ее стенку. Передача тепла от горячего теплоносителя к холодному
осуществлялась через стенки труб.
Испытаны двухзаходные винтовые оребренные вставки из дюралюминиевой полосы
толщиной 3 мм с шагом S = 220, 160 и 120 мм. Вставки размещались в центральной части
опытного участка, что позволяло избежать влияния торцевых эффектов на процессы теплоотдачи.
Установка позволяет регулировать и фиксировать расход холодного и горячего теплоносителя, потерянный напор, температуру обогреваемой стенки по длине трубы и заменять турбулизирующие вставки.
Сопоставление экспериментальных данных исследований закрученных и осевого
(незакрученного) потоков жидкости с рассчитанными по известным критериальным уравнениям позволяло судить о точности экспериментов (отклонения не превышали 15%). За
определяющий геометрический размер принимался внутренний диаметр трубы d, что позволяло обоснованно сравнивать эти потоки. Обработка велась с учетом осевой скорости
V0 (осевая составляющая) и результирующей скорости V закрученного потока. Осевая
скорость определялась по известным расходу и площади живого сечения трубы, а резуль51
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
тирующая – из треугольника скоростей [3]. Они связаны через крутку потока tgϕ выражением
(1)
V = V0 (1 + tgϕ ) 0,5 .
При двухзаходных винтовых вставках поток жидкости в два раза быстрее вращается
при своем движении по трубе, чем при использовании однозаходных винтовых вставок
того же шага, т. е.
πd 2πd
.
tg (ϕ ) =
=
s
S
2
Числа Рейнольдса для осевого и закрученных потоков, отличающиеся только значениями скоростей, с учетом выражения (1) можно определить следующим образом:
Re =
Vdρ
µ
=
V0 dρ
µ
(1 + tg 2ϕ ) 0,5 = Re 0 (1 + tgϕ ) 0,5 .
(2)
Длина винтового пути l для закрученного потока определялась из треугольника развертки винтовой направляющей по выражению
l = l 0 (1 + tg 2ϕ ) 0,5 .
В гидродинамических исследованиях потерянный напор (или потерянное давление)
вычислялся по разнице показаний манометра:
∆h =
p1 p 2 ∆p
.
−
=
ρg ρg ρg
Последующая обработка экспериментальных данных проводилась через критериальные уравнения по методике [5].
Зависимости коэффициента гидравлического трения от числа Рейнольдса, рассчитанного по осевой скорости обоих закрученных потоков, показаны на рис. 2
Результаты опытов (точки) с
точностью до 12% аппроксимируются линейными зависимостями,
параллельность которых свидетельствует о том, что показатель степени
при Re 0 будет одинаковым и равным 0,25. Каждой турбулизирую4
3
щей вставке соответствует своя
2
прямая, т. е. меняется коэффициент
1
при Re −0,25 .
Обработка через результирующую скорость V и число Re по
выражениям (1), (2) и показаниям на
рис. 3 позволяет получить единое
расчетное уравнение коэффициента
Рис. 2. Зависимость коэффициента гидравлического
трения от числа Рейнольдса (по осевой составляющей
гидравлического трения для закрускорости V0 ) для осевого (1) и закрученных (2, 3, 4) поточенных потоков [6]:
ков с шагом (S, мм): + - 220; х – 160; ∆ - 120
52
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
.
(3)
λ = 0,39Re -0,25
0
Для осевого потока – по формуле Блазиуса [7] – λ0 = 0,39Re0-0,25 . С учетом выражений
(1), (3) можно определить и сопоставить потерянный напор для закрученных и осевого
потоков жидкости.
По найденным значениям коэффициентов теплоотдачи α были рассчитаны критерии
Нуссельта. Обработка велась в логарифмических координатах по осевой составляющей
скорости V0 (рис.4) и результирующей скорости V (рис.5).
4
3
2
1
2
1
Рис. 3. Зависимость λ = ƒ(Re) для осевого (λ0) и закрученных (λ) потоков: 1 –
осевой поток; 2 – закрученные потоки с
шагом (S, мм): + - 220; х – 160; ∆ - 120
Рис. 4. Зависимость числа Нуссельта от
числа Рейнольдса ( по осевой составляющей скорости V0) для осевого (1) и
закрученных (2, 3, 4) потоков с шагом
(S, мм): + - 220; х – 160; ∆ - 120
Обработка по результирующей скорости позволила обобщить экспериментальные
данные (точки), которые с точностью до 15% могут быть аппроксимированы единой критериальной зависимостью:
=
Nu 0, 048 ⋅ Re0,8 Pr 0,43 .
Увеличение теплоотдачи и потерянного напора исследованных закрученных потоков по отношению к осевому в зависимости от крутки потока tgϕ показано на рис. 6.
Рис. 6. Зависимость относительного потерянного напора и относительного числа Нуссельта
для закрученных (h, Nu) и осевого (h0,Nu0) потоков от крутки потока (tg φ):
Рис. 5. Зависимость Nu = ƒ(Re) для осевого (1) и закрученных (2) потоков с
шагом (S, мм): + - 220; х – 160; ∆ - 120
1–
Nu
h
= f (tgϕ ) ; 2 –
= f (tgϕ ) , 3 –
 h0
Nu0
осевой поток
53
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Приведенные кривые свидетельствуют о том, что применение винтовых оребренных
вставок приводит к увеличению потерь напора и росту коэффициентов теплоотдачи, причем потери напора растут примерно в 1,5 раза быстрее, чем теплоотдача.
Пересчет потерянного напора в мощность и сопоставление этих величин с выигрышем от увеличения теплоотдачи позволяют рекомендовать применение винтовых оребренных вставок в разработанной кольцевой тонкослойной установке: интенсифицируется
теплообмен и уменьшается металлоемкость в 1,5…2 раза.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Игуменцев, Т.И. Интенсификация конвективного теплообмена спиральными закручивателями при течении в трубах аномально-вязких жидкостей / Т.И. Игуменцев, Ю.Г. Назмеев // Инж.- физ. журн. – 1978. № 2. - С. 41 - 48.
Иосифов, М.И. Некоторые результаты аэродинамических испытаний турбулизаторов со встречной закруткой потока / М.И. Иосифов // Изв. вузов. Энергетика. – 1964. - №9. - С. 54 - 60.
Назмеев, Ю.Г. Интенсификация конвективного теплообмена в аномально-вязких средах путем применения искусственной периодической шероховатости / Ю.Г. Назмеев // Инж.- физ. журн. – 1979. - №1. С. 26 - 31.
Шнайдерман, М.Ф. О влиянии закрутки потока на распределение скоростей и температур в круглой
трубе / М.Ф. Шнайдерман, А.И. Ершов // Инж.- физ. журн. – 1975. - № 3. - С. 63 - 69.
Халатов, А.А. Расчет характеристик закрученного потока в пристенной области цилиндрического канала / А.А. Халатов // Пром. теплотехника. – 1980. – №1. – С.57-61.
Чоу, Дж.Р. Экспериментальное исследование интенсификации теплоотдачи при вынужденной конвекции в цилиндрической трубе с помощью спиральных пружинных вставок / Дж.Р. Чоу // Теплопередача. 1988. - №1. - С. 13-21.
Щукин, В.К. Гидравлическое сопротивление вращающихся труб / В.К. Щукин // Инж.- физ. журн. 1967. -. №6. - С. 782 - 787.
Материал поступил в редколлегию 9.04.10.
54
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
УДК 621.92.02:621.9.042
В.Н. Бондаренко, И.Р. Бондаренко, Д.Ю. Волков
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ НАКИПИ И ОТЛОЖЕНИЙ
ПРИ ОЧИСТКЕ ТРУБ ТЕПЛООБМЕННЫХ АГРЕГАТОВ ЧИСТЯЩИМИ
ГОЛОВКАМИ С ИНЕРЦИОННО РАСКРЫВАЮЩИМИСЯ ОЧИСТНЫМИ
ЭЛЕМЕНТАМИ
Рассмотрены особенности процесса разрушения накипи и отложений чистящими головками с инерционно
раскрывающимися очистными элементами. Выявлены основные технологические параметры очистки труб
теплообменных агрегатов.
Ключевые слова: чистящие головки инерционного действия, теплообменники, очистка труб, технологические параметры.
Экономия энергетических ресурсов представляется важной проблемой не только
для предприятий энергетического комплекса, но и для других отраслей промышленности.
В связи с этим работа по поддержанию служебных свойств теплотехнических устройств
путем очистки внутренних поверхностей труб от накипи и отложений, направленная на
энергосбережение и продление ресурса их эксплуатации, является чрезвычайно актуальной. Исходя из изложенного необходима периодическая очистка теплообменных труб водонагревательного оборудования.
Одним из распространённых методов очистки является гидромеханический метод
[5], который выгодно отличается от других простотой и мобильностью и характеризуется
использованием механического чистящего инструмента, разрушающего накипь и отложения в комплексе с водой, необходимой для эвакуации шлама, а также активации процесса
разрушения.
В настоящей статье рассматриваются особенности процесса разрушения накипи и
твердых отложений чистящими головками с очистными элементами (лезвиями и шарошками) инерционного действия. Отличительной особенностью является то, что в процессе
работы очистные элементы прижимаются к внутренней поверхности трубы под действием сил инерции, возникающих при вращательном движении инструмента.
На рис.1 показана раскидная трехперая чистящая головка инерционно-скребущего
действия. Конструкция головки позволяет эффективно очищать трубы с внутренним диаметром от 38 до 52 мм с помощью раскидных перьев с закрепленными на них твердосплавными пластинами. Простота конструкции и возможность замены перьев, а также
возможность переточки режущих пластин позволяют увеличить срок эксплуатации инструмента.
Рис.1. Раскидная трехперая головка инерционно-скребущего действия: 1 – корпус;
2 – раскидное перо; 3 – твердосплавная
пластина
Рис. 2. Чистящая головка с синхронно раскрывающимися очистными элементами: 1
– корпус; 2 –неподвижный диск; 3 – очистной элемент; 4 – серьга; 5 – ось; 6 – подвижный диск
55
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Для определения особенностей процесса разрушения отложения инструментом
инерционно-скребущего действия рассмотрим силовую схему, представленную на рис. 3.
В системе «режущая пластина-отложение» действуют следующие силы: Fдв – движущие
усилия, возникающие при передаче инструменту крутящего момента; Fпр – инерционная
сила прижатия очистного элемента, возникающая при вращательном движении; Fтр – сила трения задней кромки пластины по поверхности отложения; Rcк – результирующая сила реакции отложения в плоскости скола; N – сила нормальной реакции отложения на
пластину. θ – угол скола.
Предполагается, что в процессе работы
инструмента инерционно-скребущего действия
происходит упругое деформирование и хрупкое
разрушение отложения в плоскости максимальных напряжений сдвига (скола) [3; 7].
Запишем условие равновесия сил в системе «режущая пластина-отложение» для момента, предшествующего сколу элемента отложения, в проекциях на оси координат оx и оy:
ox : Fдв − Fтр − Rск cos θ = 0;
Рис. 3. Схема процесса разрушения отложения очистным элементом инструмента инерционно-скребущего действия
oy : N − Fпр − Rск sin θ = 0.
(1)
Усилия Fдв , Fпр , Fтр , Rcк могут быть определены с помощью следующих выражений:
Fдв =
М кр
nRк
,
(2)
где М кр – крутящий момент, передаваемый от двигателя к инструменту; n – число рабочих очистных элементов; Rк – расстояние от оси трубы до точки касания кромки пластины и поверхности отложения;
(3)
Fпр = m п ω 2 Rc ,
где mп – масса пера; ω – частота вращения инструмента; Rc – радиус раскрытия центра
масс очистного элемента;
(4)
Fтр = f тр N ,
где f тр – сила трения;
τ ⋅t ⋅b
,
(5)
sin θ
где τ – касательное напряжение в плоскости скола; t – толщина скалываемого слоя отложения; b – ширина лезвия (предполагается, что все усилия распределены равномерно по
ширине кромки пластины, находящейся в контакте с отложением).
Исключив из системы уравнений (1) усилие N, с учётом выражений (2 – 5) выразим крутящий момент, необходимый для скола элемента отложения, в виде
τ max (sin θ ⋅ f тр + cos θ ) ⋅ t ⋅ b ⋅ n ⋅ Rк
(6)
М кр =
+ m п ⋅ ω 2 ⋅ Rс ⋅ f тр ,
sin θ
где τ max – максимальное касательное напряжение.
При очистке труб с внутренним диаметром от 60 до 125 мм может быть использована чистящая головка с синхронно раскрывающимися очистными элементами (рис. 2).
Особенность работы данного инструмента заключается в динамическом разрушении отRcк =
56
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
ложения при ударе зубца очистного элемента (в отличие от инструмента инерционноскребущего действия, при работе которого происходит хрупкий скол).
Процесс разрушения можно представить следующим образом. При рассмотрении
удара зубца об отложение можно пренебречь незначительными перемещениями вершины
опорного зубца. Таким образом, положение вершины зубца в отдельные интервалы времени остаётся постоянным. При этом вершина опорного зубца является мгновенным центром вращения шарошки (рис.4). Для большинства типоразмеров очистных элементов величина углового шага зубцов α ≤ 10° , поэтому ввиду малости величины угла между осью
зубца и перпендикуляром к поверхности отложения α − ω ⋅ t в , где t в – время внедрения
зубца в отложение, можно принять cos(α − ω ⋅ tв ) ≈ 1 [4]. Таким образом, предполагается,
что с погрешностью менее 1,5% будет происходить нормальный удар. Также принимается, что удар наносится непосредственно массой очистного элемента 3 и отложение разрушается главным образом вследствие динамического воздействия.
Рис. 4. Схема движения очистного элемента по поверхности отложения
Рис. 5. Схема внедрения зубца шарошки в отложение
Часто в практике приходится сталкиваться с тонкими слоями отложений, толщина
которых составляет порядка 1 – 2 мм. Это связано с тем, что при очистке отложения
большой толщины предварительно удаляют бурами с припуском на последующую обработку шарошками. Кроме того, в процессе работы вершины зубцов шарошки подвергаются износу, и разрушение осуществляется скругленной вершиной. В таких задачах приходится учитывать влияние толщины отложений, а также геометрические параметры рабочего органа очистного инструмента (рис. 5).
В этом случае можно воспользоваться подходом, изложенным в [2], рассмотрев
уравнения относительных деформаций отложения в пространственной постановке (рис.4):
1 −ν 2 
ν
(− p( x, y) + σ y ) = 0;
εx =
σx −

Е 
1 −ν

2
1 −ν 
ν
(7)
(σ x − p( x, y ) ) = 0;
εy =
σy −

Е 
1 −ν

1 −ν 2 
ν
(σ x + σ y ) ,
εz =
− p ( x, y ) −

Е 
1 −ν

57
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
где Е – модуль упругости материала отложения; ν – коэффициент Пуассона; p(x,y) – функция распределения контактного давления; σ x , σ y – напряжения, соответствующие осям x и
y, а σ z = − p( x, y ) . Относительные деформации по осям x и y ε x , ε y ≈ 0 в связи с предположением, что отложение работает в основном на поперечное сжатие.
Относительную деформацию сжатия элемента отложения можно также выразить
исходя из геометрии его формоизменения, в виде
1
x2 
x2  1 a2 
1 − 2  ,
 =
(8)
ε z = −  δ −
2R  h 2R  a 
h
где R – радиус закругления зубца очистного элемента; а – полуширина зоны контакта;
δ – величина внедрения зубца в отложение, δ = a 2 2 R [1; 2; 6]; h – толщина отложения.
Исключая σ x и σ y из системы уравнений (7) и подставляя ε z из уравнения (8), получаем выражение для определения функции распределения контактного давления:
p ( x, y ) =
1 a2 
x2 
1 − 2 . ,
сh 2 R  a 
(9)
Усилие вдавливания P(δ ) находится с помощью интегрирования функции p ( x, y )
по площади контакта:
аb
P(δ ) = ∫ ∫ p ( x, y )dxdy =
−а0
3
2
1,89bδ
сh
R
(10)
.
(1 − ν 2 )(1 − 3ν )
– константа, характеризующая упругие свойства отложения.
Е (1 − 3ν + 2ν 2 )
Для установления связи между силовыми и энергетическими параметрами процесса динамического вдавливания воспользуемся уравнением баланса механической энергии
в виде.
mш (ω с. р t з ) 2 ( Rтр − Rш ) 2 0,756b R 5
(11)
δ2,
=
2
сh
2 Rш
где t з – расстояние между вершинами двух зубцов (шаг зубцов); ω с.р – частота вращения
чистящей головки; m ш – масса очистного элемента (шарошки); b – ширина зубца; Rтр –
где с =
радиус трубы; Rш – радиус шарошки.
Левая часть выражения (11) представляет собой разность кинетических энергий
зубца в начале и конце удара, определённых в соответствии со схемой движения очистного элемента (рис.4), где вершина опорного зубца принята за мгновенный центр вращения,
а также с учетом, что конечная кинетическая энергия равна нулю. Правая часть – полная
работа сил сопротивления вдавливанию зубца, которую определяют путём интегрирования элементарной работы dA = P(δ )dδ , принимая во внимание выражение (10), от 0 до δ.
Из равенства (11) можно найти максимальную величину внедрения зубца в отложение δ max , а также, с учётом выражения (9), максимальное контактное давление pmax ,
приравняв x к 0:
(ω с. р t 3 ) 0,8 ( Rтр − Rш ) 0.8  mш ch  0, 4
δ max =

 ;
0 ,8
0, 2
1,18 R

Rш
(ω с. р t 3 ) ( Rтр − Rш )
0 ,8
p max =
1,18 R
0, 2
(ch)
0, 6
Rш
0 ,8
0 ,8
b

 mш 


 b 
0, 4
.
(12)
Минимальный крутящий момент, необходимый для движения очистных элементов
по поверхности отложения, можно определить с помощью формулы
58
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
М кр = nmш ω с. р ( R тр − Rш f ск ,
2
(13)
где f ск – коэффициент сопротивления качению очистного элемента по поверхности отложения.
Выражение (6) позволяет выбрать электродвигатель для осуществления очистки
инструментом с заданными конструктивными параметрами и перейти к расчёту потребляемой мощности, затрачиваемой на очистку. Исходными данными для расчёта процесса
очистки инструментом инерционно-скребущего действия будут служить конструктивные
параметры чистящей головки – масса пера mп , радиус раскрытия центра масс очистного
элемента Rc , расстояние Rк ; характеристики отложения – максимальное касательное напряжение τ max , угол скола θ , а также коэффициент трения f тр в процессе очистки и задаваемые технологические параметры – частота вращения инструмента ω , толщина скола отложения t , ширина лезвия b .
Формула (12) позволяет рассчитать пороговые характеристики процесса разрушения отложений чистящими головками с синхронно раскрывающимися очистными элементами, а выражение (13) может быть использовано при расчёте приводных устройств, а
также для выбора электродвигателя в зависимости от конструктивных параметров – массы
очистных элементов m ш , их ширины b, шага зубцов t з ; технологического параметра – частоты вращения инструмента ω с.р ; характеристик отложений – толщины h, максимального
контактного давления pmax и упругих характеристик отложений – модуля упругости Е, коэффициента Пуассона v.
Теоретический анализ представленных результатов позволит на следующем этапе
исследования рассчитать оптимальные режимы работы чистящего инструмента с инерционно раскрывающимися очистными элементами и тем самым повысить качество, производительность и эффективность процесса очистки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Александров, В.М. Введение в механику контактных взаимодействий / В.М. Александров, М. И. Чебаков ; МГУ им. М.В. Ломоносова. – М. ; Ростов н/Д, 2007. – 114 с.
Джонсон, К. Механика контактного взаимодействия: [пер. с англ.] / К. Джонсон. – М. : Мир, 1989. –
510с.
Калафатова, Л.П. Резание стекломатериалов / Л.П.Калафатова // Машиностроение. Т. 3. Технология
изготовления деталей машин: энциклопедия. – М.: Машиностроение, 2000. – С. 142-145.
Каталог оборудования для очистки котлов и теплообменников от накипи и отложений / Науч.-техн.
предприятие «Сплавы-сервис». – Белгород, 2002. – 22с.
Методические указания по безреагентным способам очистки теплообменного оборудования от
отложений : РД 153 - 34.1 - 37.410 - 2000. – М. : ВТИ, 2000. – 22 с.
Механика контактных взаимодействий. – М. : Физматлит, 2001. – 672 с.
Хрульков, В.А. Механическая обработка деталей из керамики и ситаллов / В.А.Хрульков, В.А.Тародей.
– Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1975. – 185 с.
Материал поступил в редколлегию 23.03.10.
59
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
УПРАВЛЕНИЕ, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА
И ИНФОРМАТИКА
УДК 621.86
А.В. Лагерев, Е.П. Зуева
МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
КОНСОЛЬНЫХ СТАЦИОНАРНЫХ КРАНОВ
Предложена общая итерационная методика, включающая математические модели проектирования элементов металлоконструкции, основных механизмов и узлов кранов. Разработаны алгоритмы автоматизированного проектирования базовых конструктивных типов консольных стационарных кранов.
Ключевые слова: консольный стационарный кран, методика, алгоритм, автоматизированное проектирование, математическая модель.
Автоматизация проектирования консольных стационарных кранов позволяет сократить сроки выполнения расчетно-конструкторских работ, повысить их качество и техникоэкономический уровень новой разработки на стадии ее проектирования. Процесс создания
автоматизированной системы проектирования соответствует промышленному способу
разработки прикладных автоматизированных систем [1]. В данной статье представлены
применяемые методы и алгоритмы автоматизированного проектирования стационарных
консольных кранов.
Выпускаемые отечественной промышленностью стационарные консольные краны
характеризуются достаточно широким спектром конструктивных типов и типоразмеров
[2; 3]. Классифицировав по конструктивным признакам эти краны, с целью дальнейшей
унификации расчетных вариантов введем следующие обозначения их типов:
• К1 – консольный поворотный настенный кран;
• К 2 – консольный поворотный кран на колонне с верхней и нижней опорами;
• К 3 – консольный свободностоящий поворотный кран на колонне;
• К 4 – электрический поворотный консольный настенный кран;
• К 5 – электрический консольный поворотный кран на колонне с верхней и нижней опорами;
• К 6 – электрический консольный свободностоящий поворотный кран на колонне.
Конструкции всех шести подлежащих автоматизированному проектированию типов
кранов ( К1 … К 6 ) состоят из совокупности типовых и стандартных деталей и узлов. В
зависимости от требований технического задания консольный кран любого из шести конструктивных типов может иметь различные габаритные размеры и грузоподъемность в
интервале 0,5…3,2 т, вследствие чего появляется постоянная сменяемость типоразмеров
объекта проектирования. Для минимизации трудоемкости и временных затрат на проектирование консольных кранов на этапе их конструкторской разработки, а также с целью
создания типажных рядов кранов общего назначения целесообразно использовать систему
автоматизированного проектирования.
В основу работы системы автоматизированного проектирования консольных кранов
положен метод типового вариантного проектирования. Его практическая реализация выполнена на основе параметризации, использованной как для типового параметрического,
так и для структурного проектирования [4].
Разработанная и предложенная общая итерационная методика, включающая математические модели проектирования элементов металлоконструкции, основных механизмов и
узлов кранов, а также алгоритмы автоматизированного проектирования базовых конст60
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
руктивных типов консольных стационарных кранов являются универсальными для шести
типов (согласно ГОСТ 19494-74, 19811-82).
На рис. 1 представлен общий алгоритм автоматизированного проектирования консольных стационарных кранов, а также алгоритмы функционально независимых программно-методических модулей быстрого наполнения, обеспечивающие достижение целей, отвечающие предъявляемым требованиям к автоматизированной системе проектирования [5; 6].
Начало
Выбор конструктивной схемы крана
Ввод исходных
данных для расчета
Расчет
конструктивных
параметров
консольного крана
БД
Нет
Среда T-FLEX CAD
Библиотека
стандартных
деталей крана
Библиотека
параметрических
моделей разных
типов кранов
Получить КД с
рассчитанными
параметрами?
К1 , К 2 ,
К3 , К4 ,
• агрессивность среды нахождения (взрывоопасная, пожароопасная среда, химическое
воздействие);
• группа режима крана, класс
нагружения, класс использования;
• необходимый размер зоны обслуживания
(вылет стрелы
L );
• грузоподъёмность;
• высота крана;
• высота подъёма груза;
• угол поворота крана и др.
Да
Формирование
документов
Конструкторская
документация
Архив
конструкторской
документации
Конец
Рис. 1. Общий алгоритм автоматизированного проектирования консольных стационарных кранов
В процессе создания автоматизированной системы проектирования консольных
стационарных кранов используется математическое обеспечение, в состав которого
(согласно ГОСТ 23501.101-87) входит алгоритм расчета консольных стационарных
кранов [5].
Консольные краны характеризуются следующими основными показателями: грузоподъемностью, скоростями движения отдельных механизмов, режимом работы, рядом
61
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
стандартных размеров. Значения этих
Начало
показателей должны соответствовать
рекомендациям
нормативнотехнической документации РостехнадРасчет стрелы
зора.
Расчет консольных кранов вклюРасчет колонны
чает выполнение следующих основных
расчетных действий:
• расчет стрелы на прочность и меРасчет подшипников
стную устойчивость, выбор несущего
траверсы колонны
двутавра и электрической канатной тали
(тельфера);
• расчет колонны крана на прочРасчет
ность, жесткость и устойчивость;
механизма поворота
• расчёт подшипников траверсы
колонны;
Расчет фундамента и фун• расчет механизма поворота и выдаментных болтов
бор входящих в его конструкцию стандартизированных узлов (электродвигателя, муфты, тормоза, редуктора);
Нет
• расчет элементов металлоконстРасчёт крана
рукции крана;
К1, К2,К4, К6?
• расчет фундамента и фундаментных болтов по условию опрокидывания
Да
(устойчивости) крана.
Расчётные модули проектирования
Расчет крепления
консольных стационарных кранов и их
верхней опоры
взаимосвязи представлены на рис. 2.
Проектирование и расчет металлоКонец
конструкции консольных стационарных
кранов предусматривает последовательное выполнение двух этапов [5]:
- проектный расчет и компоновка элементов металлоконструкции и узлов механизмов крана;
- проверочный (уточненный) расчет элементов металлоконструкции, а также расчет
опорных узлов крепления крана к основанию (раме или фундаменту) или строительным
конструкциям.
Представленные методики проектного и уточненного расчета металлокон- Рис. 2. Расчетные модули проектирования консольных
струкции консольных стационарных стационарных кранов и их взаимосвязи
кранов базируются на нормативном методе предельных состояний. В качестве рассматриваемых предельных состояний учитываются следующие (установленные СНиП II-23-81* и ОСТ 24.090.72-83):
• состояние I - потеря несущей способности при однократном действии максимальной нагрузки (обеспечение статической прочности и общей устойчивости металлоконструкции);
• состояние II - потеря несущей способности при многократном действии нагрузки
(обеспечение усталостной прочности металлоконструкции);
62
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
• состояние III - возникновение деформаций, препятствующих нормальной эксплуатации крана, при сохранении несущей способности по условию предельного состояния I
(обеспечение жесткости металлоконструкции).
Целью проектного расчета металлоконструкции консольных стационарных кранов
является определение размеров поперечных сечений основных несущих элементов крана
(стрелы, колонны и др.) по условиям статической прочности и жесткости, общей устойчивости при действии расчетных комбинаций максимальных нагрузок рабочего состояния, а
также основных размеров конструкции.
В качестве расчетных комбинаций нагрузок рабочего состояния крана были приняты:
• I.1.А – подъем номинального груза, расположенного на максимальном вылете;
• I.1.Б – поворот с номинальным грузом, расположенным на максимальном вылете;
• III.1.В – статическое приложение испытательного груза, расположенного на максимальном вылете (условия статических испытаний крана).
Перечень нормативных эксплуатационных нагрузок, действующих на консольные
стационарные краны в условиях эксплуатации, а также их расчетные значения, учитываемые при проектном расчете металлоконструкции, указаны в таблице.
Таблица
Нагрузки, учитываемые при проектировании консольных кранов
Расчетная нагрузка для комбинации
I.1.А
I.1.Б
III.1.В
Сосредоточенные нагрузки
ψ Q kQ Q
kQ Q
1,25Q
Нормативная эксплуатационная нагрузка
Вес груза Qp
Вес тали Gтр
kG тGт
kG тGт
Gт
Вес механизма поворота крана Gмпр
kGмпGмп
kGмпGмп
Gмп
kG пGп
kG пGп
Gп
kG с g c
gc
Вес противовеса Gпр
Погонный вес стрелы Gcр
Распределенные нагрузки
kG с g c
Погонный вес колонны Gкр
kG к g к
kG к g к
gк
Погонный вес консоли противовеса Gпр
kG п g п
kG п g п
gп
Примечание.
kQ , kGт , kGмп , kGп , kGс , kGк - коэффициенты перегрузки для консольных кранов, веса
тали, механизма поворота, противовеса, погонного веса стрелы и колонны соответственно;
циент динамичности при подъеме груза;
ψQ -
коэффи-
Q , Gт , Gмп , Gп - номинальный вес груза, тали, механизма пово-
рота и противовеса соответственно.
Рассмотрим основные этапы расчёта консольных кранов:
1. Расчет стрелы на прочность и местную устойчивость (включая выбор двутавра и
электрической канатной тали). Расчетная нагрузка, действующая на стрелу крана:
• для комбинации нагрузок I.1.А
Gстр = ψ Q k м kQ Gmр + Q р + Gcр ;
• для комбинации нагрузок I.1.Б
[
[
•
]
]
Gс т р = k м kQ Gm р + Q р + Gc р ;
для комбинации нагрузок III.1.В
63
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
[
]
Gстр = 1,25 k м Gmр + Q р + Gcр .
В конструкции стрелы используется стандартный прокатный профиль двутаврового
поперечного сечения. Её расчёт сводится к проверке прочности и устойчивости конструкции по III и IV теориям прочности.
2. Расчет колонны на прочность и жесткость. На колонну действуют следующие
подлежащие учету расчетные усилия:
• продольная сила сжатия колонны

ϕ 1
 ;
V = К об Gcр + Gтр + Q р +  Gп а + P1 L
ϕ + 1  a

• горизонтальная сила
T = [(Gтр + Q р ) L + Gcр a − Gпр а ] hк ,
где К о б - коэффициент учёта дополнительного оборудования; Gп - вес поворотной части
крана без противовеса; P1 - расчетная нагрузка на каждое колесо электротали; a = L 2 расстояние от оси вращения крана до центра тяжести стрелы; L - длина стрелы; ϕ - коэффициент, учитывающий использование крана по грузоподъёмности; hê - высота крана.
Размеры поперечного сечения колонны определяются из условий ее прочности и жёсткости. Условие прочности колонны базируется на анализе возникающих в ней при эксплуатации эквивалентных напряжений от действия внецентренного сжатия (одновременного действия осевой сжимающей нагрузки и изгиба) и выражается зависимостью
σ экв = σ и + σ с ≤ [σ ] ,
где σ и , σ с - напряжения изгиба и сжатия колонны соответственно.
На жесткость колонна проверяется исходя из значения горизонтального прогиба конца
колонны f под действием суммарного изгибающего момента M ик :
M ик hк 
3 h1 
h 
L
L
 2 + 1  10 −3 ≤
,

 1+
2 hк 
400 300
3 E Iк 
hк 
где E - модуль упругости материала колонны; I к - момент инерции поперечного сечения
колонны.
3. Расчёт подшипников траверсы колонны ведётся по статической грузоподъёмности, так как динамическая грузоподъёмность не является определяющей в связи с малыми
скоростями поворота консольных кранов.
4. Расчет механизма поворота и выбор стандартизированных механизмов и узлов.
Моменты сопротивления в опорах колонны:
• для типов кранов Ê 1 , К 4 , К 2 , К 5
М с = М вТ + М нТ + М нV ;
• для типов кранов К 3 , К 6
М с = М вV + М вТ + М нТ ,
f =
Т
V
Т
V
где М в , М в , М н , М н - моменты трения от горизонтальной силы Т и вертикальной силы V в верхней и нижней опорах соответственно.
Конструктивно выбирается схема механизма поворота. Затем рассчитываются и
подбираются стандартные узлы и детали (электродвигатель, муфта, тормоз, редуктор,
шестерни, зубчатые колеса и др.).
5. Расчет фундамента ведётся по допустимому давлению на грунт (основание)
64
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
рmax = pv + p м =
V + mk g
Acm
+
Mи
≤ [ p]
3
0,12 d cm
и по условию работоспособности стыка
М
Z Fзат V1
+
− и > 0;
σ min =
Aст Wст
Аст
М
Z Fзат V1
σ max =
+ и ≤ [σ ],
+
Acт Wст
Аст
где Аст - площадь стыка; d ст − диаметр подошвы колонны; Wст - момент сопротивления
стыка; Fзат - сила затяжки фундаментного болта.
Предложенная итерационная методика и алгоритмы автоматизированного проектирования базовых конструктивных типов консольных стационарных кранов ориентированы
на их реализацию с помощью современных средств вычислительной техники и информационных технологий (CAD/CAM/CAE-систем).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Берлигер, Э. Актуальность применения САПР в машиностроении / Э.Берлигер // САПР и графика. - 2000.
- № 9. – С. 111–112.
2. Александров, М.П. Справочник по кранам. В 2 т. Т. 1. Характеристики материалов и нагрузок. Основы
расчёта кранов, их приводов и металлических конструкций / М.П.Александров, М.М.Гохберг, А.А.Ковин
[и др.]. - Л.: Машиностроение, 1988. – 536 с.
3. Анурьев, В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3 т. / В.И.Анурьев. - М.: Машиностроение,
2001. - Т.1. - 301 с.
4. Голенков, В.А. Компьютерное проектирование. В 2 ч. Ч. 2. Методы параметризации и редактирования
чертежей и кинематических схем / В.А.Голенков, С.И.Вдовин. - М.: Машиностроение, 1999. - 43 с.
5. Лагерев, А.В. Этапы процесса разработки системы автоматизированного проектирования консольных
стационарных кранов / А.В. Лагерев, Е.П. Зуева // Справочник. Инженерный журнал. - 2007. - №4.
6. Чикало, О. CASE-методология разработки программного обеспечения / О.Чикало // PC WEEK. – 1996.№ 21. – С. 21-24.
Материал поступил в редколлегию 15.03.10.
65
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
УДК 004.94
В.И. Аверченков, В.А. Беспалов, В.А. Шкаберин, А.В. Аверченков, М.В. Терехов,
Е.А. Парихина
СОЗДАНИЕ ВИРТУАЛЬНОЙ МОДЕЛИ СТАНКА DMU 125 P duoBLOCK
В СИСТЕМЕ VERICUT 1
Рассмотрены преимущества использования виртуальной подготовки производства при проектировании высокоточных и наукоемких изделий. Описана процедура построения виртуальных моделей станков с ЧПУ в
системе VERICUT на примере станка DMU 125 P duoBLOCK.
Ключевые слова: верификация, виртуальная модель станка, ЧПУ, технологическая подготовка производства, CAM.
В настоящее время в компьютерно-интегрированном производстве (КИП, Computer
Integrated Manufacturing, CIM) одними из развитых систем, базирующихся на передовых
достижениях в области компьютерной графики, являются системы симуляции [1; 2].
В условиях постоянно возрастающей конкуренции, когда предъявляются жесткие
требования к гибкости производства и разнообразию продукции, симуляция имеет большое значение как инструмент для проектировщика и производителя. Симуляция открывает широкие возможности по созданию реальных комплексных систем, проведению анализа и оптимизации их структуры и свойств на компьютере. С помощью этих систем можно
анализировать альтернативные возможности планирования и сравнивать их на основе
экономических показателей. Оптимизация при помощи систем симуляции имеет большой
потенциал на всех этапах проектирования и использования технологического оборудования. Основные требования к таким системам заключаются в том, что моделирование процесса и его отдельных элементов должно быть простым и по возможности непродолжительным. В настоящее время для этого широко применяется графическая поддержка,
дающая возможность графически представить технологический процесс изготовления изделия на основе моделируемой технологической системы.
Традиционно симуляция применяется для поддержки проектирования новых продуктов, но может быть использована и для оптимизации уже имеющихся продуктов – с
помощью анализа их взаимосвязей. Продуктом может являться как отдельный станок, так
и гибкая производственная система с многочисленными компонентами. В отличие от
стандартных методов проектирования технология симуляции дает возможность варьировать различные параметры модели. Например, еще на стадии проектирования можно проверить пригодность робота для присоединения к станку, показать его графическое изображение, возможные перемещения, что позволяет определить колебание его частей и рабочее пространство.
Другой областью применения симуляции является графическое моделирование процесса механической обработки изделия. Целью графико-динамической симуляции процесса обработки на станках с ЧПУ является проверка программы управления на логические ошибки и их устранение. В результате применения систем симуляции на этапе проектирования выявляются возможные повреждения инструмента, приспособления или
станка. Это имеет большое значение при производстве многовариантных продуктов, где
существующие программы ЧПУ могут подгоняться или изменяться без применения целе1
Научно-исследовательская работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.
66
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
вого станка в цехе. В таких случаях можно проверить на компьютере большое количество
программ без прерывания процесса обработки для тестирования, что значительно сокращает время подготовки производства.
Для подготовки производства наукоемких и высокоточных деталей одной из предпочтительных схем является схема виртуальной подготовки производства (рис. 1).
Твердотельная
модель детали
Библиотека
твердотельного
инструмента
Библиотека
станочных
приспособлений
CAM-модуль
Автоматическое назначение
режимов резания
Выбор оптимальной
геометрии инструмента
Генерация траектории
движения инструмента
Постпроцессор
Приспособления
Модель заготовки
Инструмент
Модель детали
Траектория движения
инструмента
Генерация УП
в кодах станка
Верификатор
Виртуальный
станок
Выявление столкновений
рабочих органов станка
УП
Верификация УП
Доработка траектории
движения инструмента
Автоматическая
оптимизация УП
Рис. 1. Схема виртуальной подготовки производства
Использование данной схемы позволяет существенно сократить время подготовки
производства за счет полного компьютерного моделирования, верификации и оптимизации обработки, автоматического назначения режимов резания.
Виртуальный станок дает возможность обнаружить и локализовать коллизии между
рабочими органами оборудования и приспособлениями при обработке деталей, а также
отыскать ошибки в управляющей программе (УП) и оптимизировать код. Таким образом,
отработка управляющей программы возможна полностью на компьютере, без использования оборудования для этих целей.
Уберечь дорогостоящее оборудование и инструмент от поломки, сократить затраты
на создание управляющих программ для металлообрабатывающего оборудования, значительно повысить их производительность призван программный комплекс VERICUT.
При помощи VERICUT можно создавать описания станков с ЧПУ, чтобы затем выполнять реалистичную имитацию движений узлов и органов станка при обработке. Данный программный продукт также позволяет организовывать интерфейсы с различными
CAD/CAM-системами, создавать пользовательские приложения.
Обладая большой функциональностью для широкого круга пользователей,
VERICUT имеет модульную структуру, что позволяет гибко настраивать систему под
конкретного пользователя и его производственные задачи. Каждый модуль спроектирован
так, чтобы обеспечить максимальное удобство и функциональность при работе на отдельном этапе производственного процесса, а независимость от CAM-систем позволяет ис67
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
пользовать VERICUT как единое средство контроля УП для всего парка станков, имеющихся на предприятии.
VERICUT представляет собой не просто визуализатор движения режущего инструмента, это целый производственный комплекс на рабочем столе. С помощью этой системы становится возможным контролировать и оптимизировать УП для любых типов станков с ЧПУ: фрезерных, сверлильных, токарных, токарно-фрезерных, шлифовальных, заточных, электроэрозионных, протяжных.
VERICUT выполняет пять основных функций:
1. Симуляция – обеспечивает визуализацию процесса съема материала с заготовки
по готовым управляющим программам.
2. Верификация – дает возможность контролировать процесс обработки, принимая
во внимание движение и взаимное расположение рабочих органов станка, используемого
технологического оборудования и инструмента.
3. Анализ – позволяет оценивать качество обработки путем сравнения обработанной
заготовки с моделью детали и измерять геометрические параметры. Зачастую от момента
конструкторской разработки до создания готового изделия деталь (а точнее – ее модель)
проходит через множество разработчиков, подразделений и систем CAD/CAM. В конечном итоге изделие не всегда точно соответствует своей исходной модели. В обычном производстве единственный способ, с помощью которого можно в этом убедиться, –
выполнение реальной механической обработки на станке. Модуль AUTO-DIFF программного комплекса VERICUT осуществляет проверку и сравнение модели, полученной после
виртуальной обработки, и математической модели конструктора. Проверка на зарезания
может выполняться на любом шаге эмуляции обработки. Задавая точность проверки,
можно определить места зарезаний или избыточного материала с указанием кадров программы ЧПУ, где произошло отклонение, и его величину. Это позволяет проанализировать результаты обработки и внести необходимые коррективы в управляющую программу
до ее передачи в цех.
4. Экспорт – помогает при отработке новой детали на предмет ее технологичности,
замыкая цепь «конструктор — технолог-программист ЧПУ»; при этом 3D-модель обработанной детали из VERICUT переносится в CAD-систему в формате IGES или STL.
5. Оптимизация – корректирует подачу для ускорения обработки, повышения качества обработки и эффективности использования оборудования. Модуль OptiPath позволяет осуществлять автоматический подбор оптимальных скоростей подачи, исходя из условий резания и количества удаляемого материала (чем меньше удаляется материала, тем
выше скорость подачи, и наоборот). Учитываются такие факторы, как:
– технические характеристики станка (мощность приводов станка, скорости ускоренных перемещений и т. д.);
– характеристики режущего инструмента (тип, материал, конструкция, количество
зубьев, длина и т.д.);
– виды обработки (черновая, получистовая и чистовая) и соответствующие им режимы резания (глубина резания, скорость подачи в начале резания, норма снимаемого
объема материала, ширина резания, угол резания);
– опыт операторов станков с ЧПУ, основанный на решении конкретных задач механической обработки.
С помощью указанных функций контроль всего процесса обработки детали осуществляется легко и с высокой точностью. При этом можно использовать все функции системы независимо от формата УП, будь то нейтральный формат CLDATA или G-коды, однако действительно правильный результат, соответствующий реальной обработке детали
в цехе, можно получить только при работе с программой в формате G-кодов станка.
Процесс создания виртуальной модели станка начинается со сбора необходимой информации о станке. Такой информацией являются сведения:
68
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
– о станке (его внешний вид, габаритные размеры, необходимые для построения
3D-моделей компонентов станка);
– кинематике станка – для создания кинематической структуры станка;
– рабочих зонах, т.е. возможных перемещениях рабочих органов станка;
– системе числового программного управления – для подключения соответствующего контроллера.
Построение модели станка можно разбить на следующие этапы:
1. Создание будущей структуры данного станка.
2. Создание модели, описывающей перемещение движущихся частей станка.
3. Создание трёхмерных моделей деталей станка.
4. Подключение системы управления станка, определяющей, как станок с ЧПУ должен интерпретировать программу в G-кодах.
Структурная схема функционирования создаваемого виртуального станка представлена на рис. 2.
Виртуальная
модель станка
Пользовательский
файл
Управляющий файл
Машинный файл
Кинематическая
модель станка
Управляющая
программа
3D-модели составных
частей станка
3D-модель заготовки
Библиотека
инструмента
Рис. 2. Схема функционирования виртуальной модели станка
Виртуальная модель станка представляет собой пользовательский файл, состоящий
из машинного и управляющего файлов. Управляющий файл представляет собой контроллер станка для компьютера, т.е. интерпретатор управляющей программы, показывающий,
какие движения и действия должен совершать компонент. Машинный файл – это совокупность кинематической модели станка и 3D-моделей компонентов станка. После завершения построения виртуальной модели станка необходимо заполнить ее содержимым:
подключить проверяемую УП, установить модель заготовки (в формате STL), подключить
инструмент. После этого можно приступать к работе.
Основой виртуального станка является дерево построения модели, каждый элемент
которого имеет имя и ряд других параметров (3D-модель, тип, положение, связь с другими компонентами, цвет и т.д.). При создании компонента необходимо задать его тип.
Для модели станка DMU 125 P duoBLOCK необходимо определить компоненты. В
данном случае работает наследственность элементов, т.е. помимо собственного типа движения компоненту присваиваются движения элементов, стоящих выше него. Выделяют
следующие группы элементов:
1. Base – неподвижный корпус станка.
2. Y, С – стол станка совершает движение по оси Y (элемент Y Liner) и вместе с ним
поворот вокруг оси Z (элемент C Rotary).
3. Attach, Stock – данные элементы устанавливаются на столе станке для расположения на нем заготовки.
69
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
4. X, Z, B – голова станка совершает одновременные движения по осям X (элемент
X Liner) и Z (элемент Z Liner), а также поворот вокруг оси Y (элемент B Rotary).
5. Spindle, Tool – шпиндель (элемент Spindle) и инструмент (элемент Tool) наследуют движение от головы станка.
Координаты в скобках указывают расположение элемента и задаются при добавлении 3D-модели к каждому элементу.
Для проверки правильности составления кинематической структуры в системе
VERICUT предусмотрен такой режим, как MDI (Project → MDI) – Manual Data Input. С его
помощью можно проверить движение каждого компонента и объединенных блоков компонентов. Выполняется ручной ввод данных, и компоненты движутся не по УП, а лишь
вдоль своих направляющих или по нескольким командам. Так можно увидеть будущую
работу станка. Выбираем в окне Axes элемент, чье движение собираемся исследовать, задаем шаг перемещений и с помощью специальных кнопок передвигаем элемент вперед
или назад.
Следующим шагом построения виртуальной модели станка является создание для
каждого кинематического компонента его 3D-модели. Трёхмерная модель необходима для
наглядности работы станка и проверки коллизий между компонентами. В системе
VERICUT существует два способа построения 3D-моделей: построение моделей средствами VERICUT и создание моделей в CAD-системах.
Для построения достаточно сложной модели целесообразно использовать специализированную систему 3D-моделирования, а результат затем экспортировать. VERICUT позволяет импортировать файлы следующих форматов:
– IGES – широко используется как промышленный стандарт и поддерживается
многими системами; но в то же время файлы модели IGES содержат только двухмерные
данные (строки и дуги), поэтому их использование в VERICUT может вызвать массу затруднений.
– Stereolithography (также известные как STL- или SLA-файлы) – текстовые или
двоичные файлы, которые описывают фактически любую поверхность или твердотельную
модель; трёхмерные модели в этих файлах аппроксимируются треугольниками со связанными нормалями к поверхности.
Результатом построения является виртуальная модель станка (рис. 3).
Рис. 3. Виртуальная модель станка DMU 125 P duoBLOCK
70
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Станок DMU 125 P DuoBlock имеет магазин на 60 инструментов. Каждый инструмент устанавливается в свою ячейку, после чего при обработке вызывается соответствующий номер ячейки (1, 2, 3 и т.д.). Для каждого номера инструмента создаются державка и режущая часть инструмента.
Загрузка инструмента осуществляется в модуле Tool Manager через меню Project →
Tool. Каждый инструмент имеет следующие характеристики:
– ID – идентификатор инструмента.
– Description – название инструмента.
– Type – тип инструмента.
– Units – единицы измерения.
– Tool Display – твердотельная модель инструмента.
При добавлении нового инструмента система просит выбрать один из трех возможных видов инструмента: фрезерный, токарный или измерительный. Каждая составная
часть инструмента задается отдельно: для фрезы – державка, режущая часть и режущие
пластины (если есть необходимость); для резца – державка и режущая пластина; для измерительного инструмента – державка и параметры щупа.
Режущая часть любого металлорежущего инструмента представляет собой один или
несколько режущих зубьев. Зуб инструмента имеет клиновидную форму в результате пересечения по режущей кромке передней и задней поверхностей. В процессе обработки зубья инструмента врезаются в материал заготовки и режущими кромками срезают его в виде стружки.
Поверхность, по которой происходит отделение стружки от заготовки, называют поверхностью резания. Она является поверхностью движения режущей кромки относительно заготовки. Поэтому плоскость, проходящая через касательную к режущей кромке и
вектор скорости резания, будет касательной к поверхности резания. Ее называют плоскостью резания.
Расположение режущего клина относительно поверхности резания характеризуют
геометрические параметры режущей части, которые предопределяют характер протекания
процесса резания. Величины геометрических параметров в любой точке режущей кромки
характеризуются значениями переднего и заднего углов, а также угла наклона режущей
кромки.
Режущая часть инструмента (рис. 4) создается с помощью специального конструктора, где можно выбрать нужную форму режущей пластины или загрузить ее из CADсистемы.
Державка инструмента – это та часть инструмента, на которой крепится режущая
пластина. Она создается также с помощью специального конструктора, где выбирается ее
форма (куб, цилиндр, конус), выдавливание эскиза, вращение эскиза или подключение
3D-модели из файла. Выдавливание или вращение эскиза выполняется в специальном
конструкторе, где создается 2D-контур будущей модели.
В связи с необходимостью иметь большое количество широко распространенных
инструментов в системе VERICUT предусмотрена библиотека наиболее часто встречающихся в производстве инструментов. Для более удобной работы создан расширенный поиск инструментов по различным характеристикам: диаметру, высоте, длине и т.д.
VERICUT поддерживает следующие типы инструментов: фрезы, свёрла, резцы, измерительный инструмент, электроды.
В системе VERICUT возможно как создание собственного управляющего файла, так
и выбор уже созданных управляющих файлов из стандартной библиотеки. Библиотека
VERICUT имеет достаточно большой набор стоек с ЧПУ, поэтому при создании виртуального станка можно использовать готовый управляющий файл – hei530.ctl (для контроллера Heidenhain iTNC 530).
71
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Рис. 4. Конструктор режущей части токарного инструмента
Для управления реальным станком с ЧПУ используется числовое программное
управление, роль которого для виртуального станка выполняет управляющий файл. Этот
файл, так же как и машинный, может быть сохранён отдельно и использован для различных станков.
Управляющий файл сопоставляет команду (G, M, X, Y, Z и т.д.) управляющей программы некоторому набору макрокоманд VERICUT. Данные макрокоманды описывают
поведение станка и управляют его работой.
Первым шагом создания связи макрокоманд VERICUT и команд УП является описание команд УП. Команды УП описываются при помощи модуля Word Format – Configuration → Word Format.
Данный модуль задаёт имена команд УП (поле name) и тип команды. Команды различаются по следующим типам:
– Logical – задаёт логическое выражение (and, or, not и т.д.).
– Special – обращается к специальным функциям управления станком с ЧПУ (начало, конец программ; начало, конец комментария и т.д.).
– Math – задаёт математическую операцию (сложение, вычитание, тригонометрические функции и т.д.).
– Function – назначает функцию управления, указанную в поле Sub Type.
– Type II – задаёт определённый пользователем тип.
– Macro – назначает команде УП набор макрокоманд.
– Conditions – подобен по действию типу Function; кроме того, исполняет множество функций в зависимости от условия использования команды УП.
После того как заданы все команды и типы, необходимо запрограммировать команды, имеющие тип Macro. Программирование осуществляется набором последовательно
выполняемых макрофункций. Модуль для программирования команд – Word/Address.
72
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
VERICUT имеет обширный набор макрофункций (около 700), что позволяет описать
практически любую макрокоманду.
Последним шагом подготовки виртуального станка к работе является загрузка
управляющей программы. Управляющая программа – это текстовый файл ASCII, который
содержит описания путей резцов, фрез, сверл и другие данные об инструментах. Программный комплекс VERICUT используется для проверки управляющей программы, созданной либо вручную (при помощи любого текстового редактора), либо специализированными программными средствами (CAM-системами). В меню NC Program Type необходимо выбрать формат УП – G-код или форматы CAM-систем, в которых были сформированы УП.
Во время процесса обработки есть возможность просматривать ход выполнения УП.
В специальном окне отображен текст УП и курсор, который перемещается по коду в соответствии с выполнением программой данного фрагмента. После окончания обработки есть
возможность вывода статистики ошибок и исправления ошибок прямо из системы.
Для оптимизации времени настройки виртуального станка в VERICUT используются
файлы пользователя. Каждый такой файл объединяет машинный, управляющий и другие
файлы, хранит пути этих файлов, настройки визуализации работы оборудования и ряд
других настроек. Создание файла пользователя заключается в подключении всех необходимых для работы файлов и настройке их статического и динамического отображения.
Когда пользовательский файл настроен и отлажен, он сохраняется через меню.
С учетом перспективности применения виртуальных моделей станков на этапах технологической подготовки производства изделий в настоящее время проводятся работы по
созданию ряда виртуальных моделей станков с ЧПУ, имеющихся на предприятиях Брянской области.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Инновационные центры высоких технологий в машиностроении: монография / под общ. ред.
В.И. Аверченкова, А.В. Аверченкова. – Брянск: БГТУ, 2009. - 190 с.
2. Российская энциклопедия CALS. Авиационно-космическое машиностроение. – М.: НИЦ АСК, 2008. –
608с.
Материал поступил в редколлегию 18.05.10.
73
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
УДК 621.86
И.А. Лагерев
МОДЕЛИРОВАНИЕ ФАКТОРОВ НАГРУЖЕННОСТИ
МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ МОСТОВОГО КРАНА
НА ОСНОВЕ СЕТЕВОЙ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ
Предложена методика моделирования факторов нагруженности металлоконструкции мостового крана общего назначения на основе сетевых имитационных моделей, базирующаяся на достоверном учете условий его
работы и особенностей производственного процесса. Показано применение методики при выполнении численного моделирования нагруженности металлоконструкции мостового крана, обслуживающего производство железобетонных ферм.
Ключевые слова: мостовой кран, нагруженность, факторы нагруженности, имитационное моделирование,
система массового обслуживания, компьютерное моделирование.
Ранее была рассмотрена методика моделирования факторов нагруженности для случая выполнения мостовым краном множества различных грузовых операций, когда места
подъема и опускания грузов рассредоточены по всему обслуживаемому участку, а порядок обслуживания грузов жестко не задан [1]. К главным факторам нагруженности можно
отнести: массу поднимаемых грузов; число грузов за исследуемый период времени; последовательность выполнения краном технологических операций; величины перемещений
грузовой тележки и моста крана. В данной статье предложена методика имитационного
моделирования факторов нагруженности металлоконструкции мостового крана, обслуживающего производственный процесс с четко заданной технологией. В этом случае кран
обслуживает рабочие зоны цеха в определенном порядке, а время выполнения перегрузочных операций строго определяется временем выполнения производственных процессов. Примером производственного процесса с четко заданной технологией является производство железобетонных строительных изделий. Предложенная методика также применима при выполнении краном одной или нескольких типовых перегрузочных операций
(например, перегрузка контейнеров с автомобилей на железнодорожные платформы).
При моделировании факторов нагруженности металлоконструкции мостового крана,
обслуживающего производственный процесс с четко заданной технологией, строятся две
взаимосвязанные модели: сетевая имитационная модель (СИМ) и модель производственного участка. Модель участка, построенная по известному алгоритму [1], служит для наглядного описания положения отдельных рабочих зон и параметров грузовых операций,
выполняемых мостовым краном. В конечном счете с помощью этой модели определяются
конкретные значения факторов нагруженности. Сетевая имитационная модель [2] учитывает особенности производственного процесса и используется для определения порядка
выполнения грузовых операций. Каждому элементу сетевой имитационной модели соответствует один или несколько элементов модели производственного участка.
Значения факторов нагруженности металлоконструкции мостового крана в определенный момент времени полностью определяются текущим состоянием СИМ. Причина
перехода системы к новому состоянию называется событием. Различают основные и
вспомогательные события. Наступление основного события всегда вызывает переход системы в новое состояние. Вспомогательные события являются следствием возникновения
основных событий и наступают с ними в один момент времени. Таким образом, процесс
функционирования системы можно представить как упорядоченную во времени последовательность основных событий, происходящих в системе и переводящих ее из одного состояния в другое. Для поддержания хронологической последовательности основных событий при численном исследовании СИМ необходимо использовать системный таймер.
74
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
При имитационном моделировании различают три вида времени: время реальной
системы, в котором функционирует моделируемая система; модельное время, которое является идеализацией времени реальной системы; реальное время, необходимое для численного моделирования. Наибольший интерес представляет модельное время.
В процессе моделирования изменяется модельное время. Оно чаще всего принимается дискретным, измеряемым в тактах (Δt). Время изменяется после того, как закончена
имитация очередной группы событий, относящихся к текущему моменту времени t. Произошедшие в течение одного такта события считаются наступившими одновременно, несмотря на то, что реальное время их наступления может не совпадать. Для устранения
этого недостатка и ускорения процесса моделирования возможна коррекция модельного
времени с переменным шагом ( δt ). В этом случае после отработки всех событий в текущий момент времени модельное время сдвигается вперед до момента наступления ближайшего по времени события. При таком подходе события отрабатываются в те моменты
времени, в которые они возникают в реальной системе.
Моделирование завершается при достижении максимального модельного времени Т.
Иногда моделирование продолжается до тех пор, пока не будут обслужены все заявки, поступившие в систему до наступления времени Т. После этого обрабатываются накопленные данные.
Сетевые имитационные модели строятся из элементарных частей: источников входных заявок, статических ресурсов (устройств и накопителей) и управляющих элементов
(узлов) [2]. Графическое изображение типовых элементов СИМ показано на рис. 1.
а)
б)
в)
г)
Рис. 1. Графическое изображение типовых элементов СИМ:
а – источник заявки; б – устройство; в – накопитель; г - узел
Источник заявки (рис. 1 а) – входное звено СИМ, вычисляющее время появления заявки и значения параметров этой заявки. Заявкой называется объект, поступающий в систему извне и движущийся по её элементам согласно определенным правилам. Совокупность этих правил называется дисциплиной обслуживания. В нашем случае под заявкой понимается требование на изготовление с помощью исследуемой производственной линии одной
единицы конечного продукта (одного изделия, одной тонны продукта) с заданными параметрами. Параметры заявки определяются по заданному закону распределения или назначаются согласно установленному правилу. Параметры заявки могут зависеть от параметров уже поступивших в систему заявок, в этом случае источник заявки называется зависимым.
Устройство (рис. 1 б) – основной исполнительный элемент СИМ, видоизменяющий
значения параметров и определяющий длительность обслуживания заявок. Устройство
генерирует случайное значение времени обслуживания заявки согласно закону распределения, по установленному правилу или в зависимости от наступивших в других частях
СИМ событий. Устройство также управляет очередями на своих входах.
Накопитель (рис. 1 в) – элемент СИМ, хранящий еще не обработанные заявки, поступившие на устройство. Накопитель позволяет определять объем ресурсов, требуемых
для хранения ожидающих заявок.
Узел (рис. 1 г) – элемент СИМ, определяющий порядок и направление движения заявки по системе от одного устройства к другому согласно принятой дисциплине обслуживания. Выполняет связующие, управляющие и вспомогательные функции в имитационной
модели (например, служит для выбора направлений движения заявок или разделения
заявок на части).
75
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Для имитационного моделирования факторов нагруженности металлоконструкций
мостовых кранов, обслуживающих производственные процессы с четко заданной технологией, предложены специальные элементы сетевых имитационных моделей (табл. 1).
Данные элементы могут комбинироваться.
Таблица 1
Специальные элементы СИМ для исследования факторов нагруженности мостовых кранов
Элемент
Устройство с
однократной
грузовой
операцией
Устройство с
многократной грузовой
операцией
Устройство
складирования с бесконечным входом
Устройство
складирования с бесконечным выходом
Устройство
одиночного
складирования
Устройство
дискретного
складирования
Устройство
непрерывного складирования
Устройство
дискретнонепрерывного складирования
Устройство с
преднакопителем
Эскиз
Описание
Устройства
При поступлении на это устройство заявки кран должен
выполнить одну грузовую
операцию
При поступлении на это устройство заявки кран должен
выполнить N У операций по
перемещению груза
При поступлении на это устройство заявки кран должен переместить один груз в одну рабочую зону. При этом груз входит
на производственный участок
При поступлении на это устройство заявки кран должен
переместить один груз в одну
рабочую зону. При этом груз
выходит за пределы участка
При поступлении на это устройство заявки кран должен
переместить один груз в одну
рабочую зону
При поступлении на это устройство заявки кран должен переместить конечное число грузов в
соответствующие точки рабочей
зоны. Рабочая зона вмещает определенное количество грузов
При поступлении на это устройство заявки кран должен
переместить несколько грузов
в одну рабочую зону. Считается, что все грузы поместятся в
пределах одной рабочей зоны
Это устройство сочетает свойства двух предыдущих видов
устройств
Накопители
Это устройство предполагает
ожидание обслуживания заявки, если кран занят другой
грузовой операцией
76
Соответствующий
элемент модели
производственного
участка
Представление в
виде совокупности
типовых элементов
СИМ
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Элемент
Устройство с
постнакопителем
Устройство с
двойным накопителем
Эскиз
Описание
Это устройство предполагает
ожидание окончания обслуживания, если кран занят другой грузовой операцией
Это устройство совмещает
свойства двух предыдущих
элементов
Соответствующий
элемент модели
производственного
участка
Окончание табл. 1
Представление в
виде совокупности
типовых элементов
СИМ
После построения модели выполняется численное моделирование процесса функционирования исследуемой системы с помощью ЭВМ. Рассмотрим общий алгоритм имитационного моделирования (рис. 2). Процесс начинается с генерации заявок, поступающих в
систему в течение всего времени моделирования. Информация о поступлении заявок заносится в список событий, в котором записи упорядочены по увеличению времени наступления.
В процессе моделирования модельное время увеличивается. На каждом такте из списка событий выбираются события, относящиеся к текущему времени.
Далее просматривается сетевая модель и устанавливается место нахождения заявок, с которыми связаны
текущие события. Затем заявки продвигаются по
системе: передаются на обслуживание в устройства
или на ожидание в накопители; освобождают устройства или накопители; перенаправляются узлами
согласно заданной дисциплине обслуживания; покидают систему. После обработки всех событий прогнозируется наступление событий, связанных с текущими
изменениями системы. Данные о будущих событиях
заносятся в список событий. Указанная последовательРис. 2. Блок-схема алгоритма моделирования ность действий повторяется на новом такте.
Блок-схема алгоритма обслуживания
заявки на устройстве сетевой имитационной модели приведена на рис. 3.
После поступления заявки на устройство генерируется событие «Устройство занято». Определяется время обслуживания, и
генерируется событие «Устройство свободно», которое наступит по истечении времени
обслуживания. Если с данным устройством
связаны грузовые операции, описываемые
моделью участка, и кран свободен, то для
всех грузовых операций вычисляются факторы нагруженности. Если в текущий момент времени мостовой кран занят обслуживанием грузовых операций другого устройства, необходимо дождаться его освобождения. При этом время обслуживания заявки на данном устройстве увеличивается
на величину ожидания (корректируется).
Рис. 3. Блок-схема алгоритма обслуживания заявки
77
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
На основе представленной методики разработана компьютерная программа
«Технологический процесс – СМО». После построения сетевой имитационной модели
обслуживаемого краном участка моделируются значения факторов нагруженности его металлоконструкции. Каждому типу компонента имитационной модели в программе соответствует
определенная процедура. Алгоритм численного моделирования предусматривает упорядоченное обращение к этим процедурам, отражающим поведение моделируемой системы.
В программе реализуется событийный метод организации вычислений. Сущность
событийного метода заключается в отслеживании на модели последовательности событий
в том же порядке, в каком они происходили бы в реальной системе. Вычисления выполняют только для тех элементов сетевой модели, на входах которых на этом такте произошли изменения.
Применим разработанную методику для исследования нагруженности металлоконструкции мостового крана, обслуживающего производство стендовым способом напряженных железобетонных строительных ферм [3]. На производственном участке
ООО «Завод ЖБИ-2» (рис. 4) установлены два мостовых крана грузоподъемностью 20,0 т
с пролетом 22,5 м. Каждый из них обслуживает половину цеха. Краны выполняют одинаковые перегрузочные операции.
Рис. 4. Схема производственного участка:
1 – зона складирования каркасов и крышек камеры; 2, 10 – механизированная установка ФСМ 18 IV-6П-6/7П;
3 – бетоноукладчик; 4 – гидродомкрат ДГС-63-315; 5, 8 - механизированная установка ФСМ 24 III-6П-7/8П;
6 – бетоновозная эстакада; 7 – насосная станция НСП-14; 9 – траверса; 11 – тележка-прицеп;
12 – самоходная тележка; 13 – кантователь ферм
На рис. 5 показана модель производственного участка, построенная на основе его
схемы (рис. 4) по предложенному ранее алгоритму [1]. В этой модели отражены все производственные зоны, обслуживаемые мостовым краном. Параметры грузовых операций
приведены в табл. 2.
Рис. 5. Модель производственного участка:
1 – зона разгрузки внутризаводского транспорта; 2 – зона складирования каркасов и крышек камеры;
3, 4 – зона изготовления ферм пролетом 18 м; 5-8 - зона изготовления ферм пролетом 24 м;
9 – подача бетона на участок; 10 – зона загрузки бетоноукладчика;
11 – зона хранения траверсы для работы с готовыми фермами
78
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Для построения сетевой имитационной модели исследуемой производственной линии рассмотрим основные технологические операции изготовления железобетонных ферм
и связанные с ними технологические операции мостового крана (табл. 2). В табл. 2 также
указаны массы транспортируемых грузов; количество грузов на одну ферму; рабочие зоны, обслуживаемые краном на каждом этапе технологического процесса.
Таблица 2
Основные технологические операции при изготовлении железобетонных ферм
Технологическая
операция на стенде [4]
1. Подготовка формы к
производству фермы (очистка, смазывание)
2. Разгрузка готовых арматурных каркасов из внутризаводского транспорта
3. Укладка напряженной
арматуры в форму
4. Предварительное натяжение
5. Установка арматурных
каркасов в форму перед
укладкой бетонной смеси
6. Сборка формы
7. Окончательное натяжение
8. Заполнение формы бетоном
Время
выполнения
операции,
мин [4]
4,5 *
–––––
8,9
20,0
Технологическая
операция крана
Масса
груза, т
–
Разгрузка арматурных
каркасов и их складирование на площадку
30,0
–
10,0
33,0
–––––
65, 3
–
Установка арматурных
каркасов
различных
элементов фермы
22,0
Закрытие крышки камеры
10,0
22, 5
(на 1 загрузку бетона)
–
Загрузка бетона в бетоноукладчик (суммарный объем бункеров бетоноукладчика - 3,0 м3, бадьи – 2,3 м3)
Возвращение бадьи
79
Рабочие
зоны
(рис. 5)
–
Число
операций
на 1
изделие
–
0,17
0,12
0,04
0,03
0,02
–––––
0,25
0,14
0,12
0,70
0,50
0,40
0,30
–
1
2
2
2
2
–––––
1
2
2
1
2
1
1
–
1–2
–––––
1–2
–
0,17
0,12
0,04
0,03
0,02
–––––
0,25
0,14
0,12
0,70
0,50
0,40
0,30
0,2
––––
0,3
–
1
2
2
2
2
–––––
1
2
2
1
2
1
1
1
––––
1
–
2 – 3 **
2–4
–––––
2–5
2–6
2–7
2–8
–
3,32
–
2
––––
4
0,1
2
––––
4
–
–
2–3
2–4
–––––
2–5
2–6
2–7
2–8
–
9 – 10
10 – 9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Технологическая
операция на стенде [4]
9. Тепловая обработка фермы
10. Распалубка изделия
Время
выполнения
операции,
мин [4]
345, 0
24,0
Технологическая
операция крана
Масса
груза, т
–
Открытие крышки камеры
–
0,2
–––––
0,3
Окончание табл. 2
Число
операций
на 1
изделие
–
1
––––
1
Рабочие
зоны
(рис. 5)
–
3–2
4–2
–––––
5–2
6–2
7–2
8–2
11. Снятие натяжения
4,0
–
–
–
–
12. Резка проволоки
3,0
–
–
–
–
13. Извлечение готовой
10,0
Установка траверсы
0,38
1
11
фермы и её погрузка на
Выемка готового изде4,88
1
3–1
тележку для вывоза
лия из формы и погруз–––––
––––
4–1
ка фермы на тележку
9,58
1
–––––
для вывоза
5–1
6–1
7–1
8–1
Снятие траверсы
0,38
1
11
Примечания* Здесь и далее в числителе приведены значения для фермы пролетом 18 м, в знаменателе –
для фермы пролетом 24 м.
** Конкретное сочетание рабочих зон зависит от обслуживаемой в данный момент части производственной линии.
На рис. 6 показана сетевая имитационная модель участка по производству железобетонных ферм. Цифрами в верхнем ряду указаны номера технологических операций согласно
табл. 2. Наличие рядом с числом символа (К) означает необходимость использования крана при обслуживании заявки на устройстве. Цифрами в окружностях отмечены номера
механизированных установок по производству ферм согласно рис. 5.
Рис. 6. Сетевая имитационная модель участка по производству железобетонных ферм
80
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Результаты имитационного моделирования факторов нагруженности металлоконструкции мостового крана, обслуживающего производство железобетонных ферм, приведены в листинге. В систему одновременно поступили 6 заявок на изготовление двух ферм
пролетом 18 м и четырех ферм пролетом 24 м.
Листинг
Результаты моделирования факторов нагруженности
№
операции
Масса
груза, т
1
2
3
…
10
11
…
20
21
..
30
31
…
40
41
42
…
78
79
80
81
…
154
155
…
0,17
0,12
0,12
…
0,25
0,14
…
0,25
0,14
0,17
0,12
…
0,20
0,25
0,14
…
3,32
0,10
0,25
0,14
…
3,32
0,10
…
№ рабочей зоны
при подъеме
при опускании
груза
груза
1
2
1
2
1
2
…
…
1
2
1
2
…
…
1
2
1
2
2
2
…
2
1
1
…
9
10
2
2
…
9
10
…
3
3
…
3
2
2
…
10
9
5
5
…
10
9
…
Положение тележки, м
при подъеме
при опускании
груза
груза
5,87
15,23
5,87
15,23
5,87
15,23
…
…
5,87
15,23
5,87
15,23
…
…
5,87
15,23
5,87
15,23
15,23
15,23
…
15,23
5,87
5,87
…
14,69
15,23
15,23
…
14,69
14,69
…
8,23
8,23
…
8,23
15,23
15,23
…
14,69
14,69
8,23
8,23
…
14,69
14,69
…
Положение моста, м
при подъеме
при опускании
груза
груза
19,39
19,39
19,39
19,39
19,39
19,39
…
…
19,39
19,39
19,39
19,39
…
…
19,39
19,39
19,39
19,39
19,39
19,39
…
19,39
19,39
19,39
…
132,26
99,93
19,39
19,39
…
132,26
99,93
…
49,38
49,38
…
49,38
19,39
19,39
…
99,93
132,26
78,77
78,77
…
99,93
132,26
…
По данным листинга видно, что построенная имитационная модель участка по изготовлению железобетонных ферм позволяет учитывать не только порядок выполнения
грузовых операций согласно заданной технологии, но и параллельность отдельных технологических процессов. Например, первые операции в основном связаны с разгрузкой арматурных каркасов. Операцией №40 заканчивается подготовка механизированной установки №3 к бетонированию фермы. Однако само бетонирование начинается с операции
№78, так как из-за задержки на окончательное натяжение арматуры кран вновь уходит на
разгрузку арматурных каркасов. В результате обработки 6 поступивших заявок кран совершил 186 грузовых операций, что примерно соответствует среднесуточной загрузке.
Результатом однократной симуляции модели на ЭВМ является одна частная реализация сочетаний факторов нагруженности. Многократно повторяя численный эксперимент, можно оценить статистические характеристики и построить законы распределения
факторов нагруженности. Полученные данные о факторах нагруженности предназначены
для моделирования динамической нагруженности металлоконструкции мостового крана.
Этому вопросу будут посвящены дальнейшие исследования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Лагерев, И.А. Имитационное моделирование факторов нагруженности металлоконструкции мостового
крана / И.А. Лагерев // Вестн. БГТУ. – 2009. – №4. – С. 65-70.
2. Норенков, И.П. Информационная поддержка наукоемких изделий. CALS-технологии / И.П. Норенков, П.К. Кузьмик. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. – 320 с.
3. Фермы железобетонные. Технические условия: ГОСТ 20213-89. – Взамен ГОСТ 20213-74; введ. 1990-01-01.
4. Бердичевский, Г.И. Производство железобетонных ферм / Г.И. Бердичевский, Л.А. Волков, Ю.В. Волконский, В.А. Клевцов. – М.: Изд-во лит. по строительству, 1968. – 189 с.
Материал поступил в редколлегию 19.02.10.
81
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
УДК 621.38.068(03)
Н.В.Симкин
ВЕРИФИКАЦИЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ
НА ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ТРУБКЕ ВИДЕОКАДРОВ ПРОТОКОЛА
FIBRE CHANNEL НА ОСНОВЕ СМЕШАННОГО ЯЗЫКОВОГО
ОПИСАНИЯ В СРЕДЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ MODELSIM
Изложены результаты исследований визуализации растрового изображения видеокадров протокола Fibre
Channel с использованием функционального логического интерфейса в среде моделирования ModelSim.
Ключевые слова: протокол, видеокадр, Fibre Channel, моделирование, ModelSim.
Одной из важнейших проблем при моделировании электронных систем, состоящих
из цифровых и аналоговых модулей, является проблема верификации проекта на стадии
моделирования. Для решения данной проблемы используют большое разнообразие методов и систем моделирования. Однако выполнить исследования визуализации растрового
изображения видеокадров протокола Fibre Channel [2] и специализированного графического процессора, управляющего модулем отклоняющей системы электронно-лучевой
трубки (ЭЛТ), проблематично. Поэтому решение проблемы визуализации возможно только при моделировании на аппаратно-программном уровне. Одной из известных систем
моделирования и верификации цифровых систем, обеспечивающих решение описанной
задачи, является система ModelSim, которая характеризуется высокой производительностью и расширенными возможностями отладки. Также система ModelSim использует архитектуру единого моделирующего ядра (SKS - Single Kernel Simulator) и оптимизированный компилятор (Native Compiled), позволяющий успешно моделировать и отлаживать
проекты, основанные на смешанном языковом описании (VHDL, Verilog, VHDL/Verilog,
C/C++, Verilog 2001, SystemC, System Verilog, PSL Assertions) [1]. Таким образом, возможности системы ModelSim позволяют разработать методику и аппаратно-программное
обеспечение моделирования и исследования систем, обеспечивающих визуализацию
изображений на ЭЛТ без существенных искажений.
Для решения поставленной задачи необходимо использовать интерфейс внешнего
языка VHDL FLI (Foreign Language Interface)[3], который представляет собой APIинтерфейс прикладного программирования среды ModelSim и позволяет подключить разработанную динамическую библиотеку к модели устройства и взаимодействовать с процессом моделирования в режиме реального времени. В качестве языка для реализации
приложения необходимо применять язык Си, так как в подключаемом заголовочном файле mti.h, который поставляется вместе со средой моделирования ModelSim, используются
прототипы функций и структуры данных языка Си [1].
Таким образом, приложение, используя гибкость языка Си и обширный набор функций FLI , получает доступ к сигналам на всех уровнях иерархии проекта и может считывать и изменять значения этих сигналов, а также управлять ходом моделирования. Всё это
открывает широкие возможности для визуализации процесса моделирования, задания
сложных тестовых воздействий на входах проекта при верификации, написания специализированных приложений для проверки проектов, моделирования параллельных процессов. Применяя эти возможности интерфейса внешнего языка FLI, можно, в частности, визуализировать работу протокола FC-AV и вывести на экран компьютера растровое изображение кадра и роспись специализированного графического процессора.
Для визуализации протокола FC-AV была создана динамическая библиотека «Монитор» (fc_monitor.so), которая линкуется к ModelSim в момент загрузки проекта.
82
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Также было разработано с использованием библиотеки Qt [4] приложение для визуализации данных (визуализатор). «Монитор» взаимодействует с визуализатором с помощью сокетов. Визуализатор создает серверный сокет ( является сервером), а «Монитор» - слушающий сокет (является клиентом), который подключается к серверному сокету. «Монитор» считывает значения сигналов в процессе моделирования в буфер и пересылает эти данные визуализатору, который выводит растровое изображение на экран. Особенность данного метода заключается в том, что он позволяет проводить моделирование в
сетевом режиме: моделировать на одном компьютере, а визуализировать данные - на другом.(рис.1).
Рис. 1. Этапы процесса визуализации
Рассмотрим использование интерфейса внешнего языка FLI на примере визуализации протокола FC-AV. В проекте устройства, написанном на языке VHDL, был создан
объект моделирования MON (рис.2). На листинге 1 приведен фрагмент кода объекта моделирования MON с комментариями.
Листинг 1
entity MON is
-- объявление декларативной части
-- объекта моделирования
generic(
-- определение изменяемых пара--метров объекта моделирования
PERIOD25 : time := 40.00 ns;
--период тактового сигнала ОЗУ
PERIOD65 : time := 15.00 ns;
--период тактового сигнала FC );
Таким образом, объект MON –
объект верхнего уровня, архитектурное
тело которого включает в себя два компонента: объект верхнего уровня исследуемого проекта – top (рис.3) и объект MONITOR (рис.4), архитектурное
Рис.2. Структура объекта моделирования MON
тело которого является интерфейсом
внешнего языка FLI (листинг 2). Порты
объекта top подключаются к портам объекта MONITOR таким образом, чтобы можно было исследовать порты модуля top (листинг 3). Также в модуле верхнего уровня MON
задаются тактовые сигналы (листинг 4).
Ниже дано описание модуля MONITOR, архитектурное тело которого использует
интерфейс внешнего языка FLI (листинг 5).
Из текста приведенного кода (листинг 5) следует, что архитектурное тело этого модуля не содержит кода на языке VHDL.
83
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Рис. 4.Структура объекта MONITOR
Рис. 3.Структура объекта верхнего уровня
исследуемого проекта – top
Листинг 2
architecture rtl of MON is --описание архитектуры объекта MON
component top port(
--декларация компонента top
CLK65 : in bit;
--входной тактовый сигнал 65Mhz для тактирования видеоОЗУ
CLK25 : in bit;
--входной тактовый сигнал 25Mhz для тактирования FC
Z : out bit_vector(3 downto 0);
--выходной порт координат Z
X : out bit_vector(11 downto 0);
--выходной порт координат X
Y : out bit_vector(11 downto 0);
--выходной порт координат Y
even_odd_kadr : out bit;
--выходной порт четности полукадра
Enable_tv
: out bit;
--выходной порт разрешения
);
end component;
component MONITOR --декларация компонента MONITOR
port(
clk_25_out : in bit;
clk_65_out : in bit;
Z
: in bit_vector(3 downto 0);
X
: in bit_vector(11 downto 0);
Y
: in bit_vector(11 downto 0);
even_odd_kadr : in bit;
Enable_tv
: in bit;
);
end component;
--входной тактовый сигнал 65 Mhz
--входной тактовый сигнал 25Mhz
--входной порт координат Z
--входной порт координат X
--входной порт координат Y
--входной порт четности полукадра
--входной порт разрешения
Чтобы задействовать интерфейс внешнего языка FLI, необходимо указать в архитектурном теле модуля атрибут FOREIGN. Строковое значение этого атрибута используется
для указания функции инициализации модуля интерфейса внешнего языка FLI и имени
загружаемой динамической библиотеки fc_monitor.so.
Рассмотрим процесс создания динамической библиотеки. Во время загрузки проекта
ModelSim инициализирует значения всех переменных проекта и линкует динамическую
библиотеку. В этот момент вызывается инициализирующая функция, которая должна
быть описана в динамической библиотеке и указана в проекте в атрибуте FOREIGN.
84
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Листинг 3
signal clk_25
signal clk_65
Листинг 4
: bit;
: bit;
begin
process
variable c:bit :='0';
begin
c := not c;
clk_25 <= c;
wait for PERIOD25/2;
end process;
signal Z
: bit_vector(3 downto 0);
signal X
: bit_vector(11 downto 0);
signal Y
: bit_vector(11 downto 0);
signal even_odd_kadr : bit;
signal Enable_tv
: bit;
top_uut : top port map(
CLK65
=> clk_65,
CLK25
=> clk_25,
Z
=> Z,
X
=> X,
Y
=> Y,
even_odd_kadr => even_odd_kadr,
Enable_tv
=> Enable_tv,
);
MON_C: MONITOR
port map(
clk_25_out => clk_25,
clk_65_out => clk_65,
Z
=> Z,
X
=> X,
Y
=> Y,
even_odd_kadr => even_odd_kadr,
Enable_tv
=> Enable_tv,
);
process
variable c:bit :='0';
begin
c := not c;
clk_65 <= c;
wait for PERIOD65/2;
end process;
Инициализирующая функция, как
правило, выполняет следующие задачи:
- выделяет память для хранения данных;
- регистрирует функции обратного
вызова для освобождения памяти во время
перезапуска или завершения процесса моделирования;
- создаёт дескрипторы сигналов;
- создаёт драйверы сигналов;
- создаёт потоки (функции языка Си,
которые будут вызываться в момент изменения сигналов);
- создаёт списки чувствительности процессов.
Прототип инициализирующей функции выглядит следующим образом:
app_init( mtiRegionIdt region, char *param, mtiInterfaceListT *generics, mtiInterfaceListT
*ports )
Первый передаваемый в функцию параметр - код региона, который позволяет определить положение модуля в иерархии проекта. Второй параметр - строка, передаваемая в
атрибуте FOREIGN объекта VHDL, в котором объявляется использование FLI. Третий
параметр - список значений generics для данного объекта. Последний параметр - список
портов данного модуля.
Следует отметить, что объект VHDL может вызывать любую функцию языка Си из
динамической библиотеки. Для этого необходимо на VHDL создать процедуру с тем же
списком параметров, что и у функции на Си, а также указать эту функцию и динамическую библиотеку в атрибуте FOREIGN.
В нашем случае в динамической библиотеке объявляется тип структуры, который
содержит дескрипторы сигналов. Выделение памяти и инициализация дескрипторов портов осуществляются в инициализирующей функции fc_init (листинг 6).
85
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Листинг 5
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;
entity MONITOR is
port(
clk_25_out : in bit;
clk_65_out : in bit;
Z : in bit_vector(3 downto 0);
X : in bit_vector(11 downto 0);
Y : in bit_vector(11 downto 0);
even_odd_kadr : in bit;
Enable_tv
: in bit;
);
end MONITOR;
architecture only of MONITOR is
attribute foreign : string;
attribute foreign of only :
architecture is "fc_init ./fc_monitor.so";
begin
end only;
Листинг 6
typedef struct {
//дескрипторы сигналов
mtiSignalIdT clk_25_out;
mtiSignalIdT clk_65_out;
mtiSignalIdT Z;
mtiSignalIdT X;
mtiSignalIdT Y;
mtiSignalIdT even_odd_kadr;
mtiSignalIdT Enable_tv;
//дескриптор сокета
int sd;
} inst_rec; //объявление типа структуры
//объявление структуры в функции fc_init
inst_rec *ip;
//выделение памяти
ip = (inst_rec *)mti_Malloc(sizeof(inst_rec));
//инициализация
ip->clk_25_out=mti_FindPort(ports,
"clk_25_out");
ip->clk_65_out=mti_FindPort(ports,
Далее регистрируются функции об- "clk_65_out");
ратного вызова, которые вызываются при
возникновении определенных условий (в
ip->Z = mti_FindPort(ports, "Z");
нашем случае - при перезапуске и заверip->X = mti_FindPort(ports, "X");
шении процесса моделирования).
ip->Y = mti_FindPort(ports, "Y");
Затем
с
помощью
функции
mti_CreateProcess создается новый проip->even_odd_kadr=
цесс get_values, а с помощью функции mti_FindPort(ports, "even_odd_kadr");
mti_Sensitize указывается условие, при
котором процесс будет исполняться (в
ip->Enable_tv=
рассматриваемом примере - при измене- mti_FindPort(ports,"Enable_tv");
нии
значения
тактового
сигнала
clk_65_out). Также в инициализирующей
функции создается слушающий сокет и
выделяется память под буфер координат (листинг 7).
Значения координат считываются и передаются серверу (визуализатору) в процессе
get_values. Когда буфер заполняется данными, пакет отсылается серверу (листинг 8).
На основе разработанного метода и аппаратно-программного обеспечения была
смоделирована и исследована электронная система, обеспечивающая верификацию визуализации растрового изображения на экране специализированной ЭЛТ. На рис.5 представлен результат моделирования градаций телевизионного монохромного кадра.
86
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Листинг 7
mti_AddRestartCB(mti_Free, ip); //регистрация функции обратного
// вызова, вызываемой в случае перезапуска процесса моделирования
mti_AddQuitCB(quitCallback,ip); // регистрация функции обратного
// вызова, вызываемой при выходе из процесса моделирования.
// Вызываемая функция quitCallback освобождает память и закрывает сокет.
proc = mti_CreateProcess("p1", get_values, ip);
//создание процесса
//задание условий исполнения процесса.
mti_Sensitize(proc, ip->clk_65_out, MTI_EVENT);
//создание сокета
if ((ip->sd=init_sockets(hostname,port))==SOCKET_ERROR) {
mti_PrintMessage("*** Socket init error, is the server running? ***\n");
mti_FatalError();
}
else
{
// выделение памяти для буфера координат
if ((buffer=(pix *)mti_Malloc(MAXCOOR*sizeof(pix)))==NULL) {
mti_PrintMessage("*** MTI Memory Allocation failure ***\n");
mti_FatalError();
}
}
Листинг 8
//Считывание значений координат
x = conv_std_logic_vector_additional_code(ip->X);
y = conv_std_logic_vector_additional_code(ip->Y);
z = conv_std_logic_vector(ip->Z);
//Проверка условия, при котором значения сигналов нужно записать
if ( (mti_GetSignalValue(ip->clk_65_out)==1)&&(mti_GetSignalValue(ip->Enable_tv)==1))
{
buffer[i].x=x; buffer[i].y=y; buffer[i].z=z;
//запись сигналов в буфер
i++;
//увеличение значения счетчика
if (i>=MAXCOOR)
//проверка заполнения буфера
{i=0; //сброс значения счетчика
//пересылка пакета
len=send_packet(ip->sd,(unsigned char *) buffer,MAXCOOR*sizeof(pix));
mti_PrintFormatted("\nTransmitted %d coordinates",len/sizeof(pix));
}
87
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Рис. 5. Визуализация градаций телевизионного монохромного кадра
Итак, разработаны метод и аппаратно-программное обеспечение моделирования и
исследования систем, обеспечивающих верификацию визуализации изображений на ЭЛТ
без существенных искажений. Метод основан на использовании интерфейса внешнего
языка VHDL FLI, который представляет собой API-интерфейс прикладного программирования среды ModelSim.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. http://model.com/
2. http://www.fibrechannel.ru/micro.htm
3. http://homepages.cae.wisc.edu/~ece554/new_website/ToolDoc/Modelsim_docs/docs/pdf/fli.pdf:ModelSim®
Foreign Language Interface,Version 5.6d, Published: 1/Aug/02
4. http://doc.crossplatform.ru/qt/4.3.2/
Материал поступил в редколлегию 3.03.10.
88
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
УДК 004.4.24
А.И.Калинин
СОКРАЩЕНИЕ ТРУДОЁМКОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
ПРОБЛЕМНО-ОРИЕНТИРОВАННЫХ КОМПЛЕКСОВ
ПРОГРАММ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ АНТИВИРУСОВ
Рассмотрены общие проблемы внедрения проблемно-ориентированных комплексов программ на малых
коммерческих предприятиях с целью повышения защищенности их вычислительных сетей от вредоносных
программ.
Ключевые слова: математическое моделирование, антивирусы, проблемно-ориентированные комплексы
программ, вредоносные программы, эвристический анализатор.
В современных организациях различного профиля повсеместно внедрены вычислительные машины и сети. Каждая ЭВМ требует обязательного регулярного сервисного обслуживания, включая защиту от вредоносных программ. Однако существует серьезная
проблема выбора методов эффективной защиты [1]. Подбор этих методов, как правило,
осуществляется системным администратором и состоит в установке антивирусного программного обеспечения.
По результатам анализа, проведенного автором, удалось установить, что при этом
практически не учитывается специфика такой важнейшей составляющей, как эвристический анализатор антивирусной программы. Точно такая же проблема отмечена и у администраций частных локальных сетей, которые набирают всё более и более высокую популярность среди жителей городов. В случае частных сетей более очевиден хаотичный порядок подбора методов защиты от нежелательных программ. Почти во всех случаях вместо анализа специфики и выработки индивидуальных мер приобретается одно решение
для всех типов вычислительных машин.
Разумеется, антивирусные программы — общепризнанный подход, который доказал свою эффективность. Однако грамотное, научно обоснованное сочетание некоторых
решений способно не только повысить защиту, но и снизить денежные и временные затраты на обслуживание, а также сложность этих процедур.
Важнейшей составляющей частью антивирусной программы является так называемый эвристический анализатор. Он позволяет автоматически выявлять новые (ещё не известные) вредоносные и потенциально опасные программные коды.
Была поставлена задача разработки проблемно-ориентированного комплекса программ, способного выполнять математическое моделирование работы антивирусных эвристических анализаторов (далее АЭА) с целью выявления наилучшей из возможных
стратегии защиты от всего многообразия нежелательного программного обеспечения.
Следовательно, требуется гибкая методика, способная достаточно быстро адаптироваться к новым изменениям для поддержания собственной актуальности. Другим важнейшим критерием должна быть легкость эксплуатации, так как практически исключено,
что системные администраторы будут в массовом порядке проходить специальное переобучение. Кроме того, необходимо реализовать возможность удалённой доработки комплекса программ и математической модели, т. е. «облачный» подход к этой проблеме.
Использованный инструментарий. В качестве инструментария были выбраны
такие системные языки программирования, как С++ и Аssembler. Были созданы два проблемно-ориентированных комплекса программ. Комплекс программ Kalinin's
AKSTMMOD 2009 запатентован (зарегистрирован) в соответствии с законами и нормативными документами Российской Федерации, автором получено свидетельство о регист89
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
рации № 2009614595. Программный продукт СЭЭЯП также прошел процедуру государственной экспертизы новизны и научности (свидетельство № 10456). В качестве синтаксической и функционально-утилитарной машины был взят (в качестве прототипа) язык программирования SDYPAIKSSVDAYSF, ранее созданный автором для утилитарных задач
(свидетельство № 7552). Основой для создания некоторых эвристических подпрограмм
послужил «Электронный справочник по эвристическому анализу сверхбольших объемов
математических данных и сложных зависимостей» (свидетельство № 7553).
Особенности реализации комплексов программ. Для удовлетворения всех требований необходимо было выработать специальную концепцию. Данный подход потребовал создания следующих составляющих частей проблемно-ориентированного комплекса:
1. Функции математической модели - набор функций, представляющий собой алгоритм математического моделирования. Работа с разделённым на модули алгоритмом математического моделирования позволяет упростить процесс его модернизации и исправления ошибок, а также конструировать различные версии из готовых фрагментов. Это
особенно важно в тех случаях, когда имеется несколько модулей-аналогов, а выбор наиболее предпочтительного из них затруднён, что неминуемо вызывает необходимость
опытной проверки.
2. Вспомогательные функции - набор различных вспомогательных функций, например ввода и вывода данных, сортировки и т.п. Они позволяют оператору проблемно-ориентированного комплекса программ автоматизировать процесс управления, не
прибегая к ручной работе. Кроме этого, таким образом реализованные модули могут быть
легко обновлены.
3. Эвристическая функция (др.-греч. ευρίσκω - отыскиваю) - это подпрограмма или
функция, которая автоматизированно определяет наиболее оптимальный алгоритм математического моделирования. Важно учесть, что эвристика не подменяет собой математическую модель, не используется в ней как механизм угадывания вместо точных расчетов.
Подобная функция может быть задана как простым условием, так и специализированной
сложной программой, реализованной для конкретного алгоритма математического моделирования. Эвристическая функция является скорее экспериментальной, нежели строго
необходимой.
4. Эмуляционная
структура
(англ. Emulation) - это набор массивов,
представляющий собой хранилище данных для математической модели. В структуре 4
массива по 500 элементов. Ее условно можно назвать вселенной, где существуют и взаимодействуют между собой объекты математической модели — числа, которые её отражают. Это позволяет использовать единую базу данных с пошаговыми свойствами, что не
только ускоряет работу, но и дает возможность выполнять распределённые вычисления
без рутинного процесса обмена большим числом потоков данных для каждой ЭВМ. Такой
подход нередко используется и в криптографических программах. Криптографические
системы, реализованные с использованием таблиц (в виде массивов), структур и разделённых функций, показывают удобство этой схемы для реализации математических моделей [3].
5. Язык программирования - служит для управления набором функций и процессами ввода, обработки и вывода данных. Язык программирования делает возможной автоматизацию рутинных операций, так как вместо кропотливого ввода данных в поля интерфейса программы и манипуляций устройствами ввода данных достаточно один раз написать скрипт с командами. Это возможно сделать в любом текстовом редакторе.
Unix-традиции поощряют использование ключей командной строки для управления программами, чтобы параметры можно было задавать из сценариев [2]. Следовательно, целесообразно применить хорошо известный, общепринятый подход, но в более специфическом исполнении.
90
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Учтена важная особенность - сокращение трудоёмкости. Скрипт не требует специальных знаний в программировании, достаточно самых основ и начальных практических
навыков.
Математическая модель реализуется в виде отдельных подпрограмм, каждая из которых читает из структуры данные, обрабатывает и записывает результат обратно. Код
исполняется в режиме реального времени, т.е. в режиме интерпретации. Используемый в
Linux рекурсивный поиск фрагментов текста в файлах демонстрирует возможность краткого изложения кода через специфические символы [4, с. 235].
Рассмотрим пример работы исходного кода скрипта:
#get_main_st[http://name.com/russia/ed4.dat]
#akst[m49]
#ret_main_st[/home/user/ed5/ed5.dat]
В данном примере можно видеть команду получения исходных данных по протоколу http. Её назначение - загрузить с удалённого сервера необходимый массив входных
данных и передать его на обработку. Загрузка выполняется поэтапно. После того как интерпретатор выгружает с веб-сайта файл с входными данными, он автоматически разделяет их по массивам в структуре, т.е. превращает в эмуляционную структуру. Оператор читает данные из эмуляционной структуры и обрабатывает их согласно своему алгоритму.
Далее осуществляется запись в структуру. Команда на третьей строке сохраняет результат
в локальный файл.
Итак, решены следующие задачи:
1.Выявлена новая концепция построения проблемно-ориентированных комплексов
программ.
2.Спроектированы и разработаны два проблемно-ориентированных комплекса программ.
3.Разработан язык программирования для автоматизации широкого спектра процессов математического моделирования.
В результате применения комплексов программ удалось снизить затраты на обеспечение безопасности до 12 %. При этом за 2 года не было выявлено ни одной проблемы,
связанной с описанным методом выбора антивирусных решений. Данная разработка ориентирована на современные технологии с учётом их интенсивного развития, включая поддержку «облачной» системы.
Таким образом, описанный инструментарий обладает следующими достоинствами:
1. Производительность - снижение нагрузки при распределённых и совместных вычислительных экспериментах (хотя и более низкие характеристики в сравнении с чистыми
локальными моделями).
2. Кросс-платформенность - поддержка различных операционных систем и платформ.
3. Лёгкость реализации и управления - практика показала, что требуется около двух
дней на освоение оператором комплекса программ.
4. Точность - не уступает существующим методам по точности, так как полноценно
обрабатывает математическую модель.
5. Стабильность - комплексы программ показали стабильную работу, без так называемых «зависаний», на различных платформах под разными нагрузками.
6. Стоимость - очевидно, это одни из самых малобюджетных проблемноориентированных комплексов программ.
7. Новизна - не удалось выявить прямых аналогов подобного подхода.
91
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Три условия существования вредоносных программ // Антивирусная энциклопедия Касперского. – 2010. –
http://www.securelist.com/ru/encyclopedia/objects?chapter=31.
2. Реймонд, Э. Искусство программирования для Unix / Э. Реймонд. – М.: Вильямс, 2005. – 544 с.
3. Мао, В. Современная криптография: теория и практика / В. Мао. – М.: Вильямс, 2005. – 768 с.
4. Граннеман, С. Linux. Карманный справочник / С. Граннеман. – М.: Вильямс, 2009. – 416 с.
Материал поступил в редколлегию 28.01ю10.
92
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
ЭКОНОМИКА И МЕНЕДЖМЕНТ
УДК 378.4
И.А. Кириченко
МЕТОДИКА ВЫЯВЛЕНИЯ ВЗАИМОСВЯЗИ МЕЖДУ НАУЧНЫМ
ПОТЕНЦИАЛОМ И ИННОВАЦИОННОЙ ПРИВЛЕКАТЕЛЬНОСТЬЮ
РЕГИОНАЛЬНЫХ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УЧРЕЖДЕНИЙ
Рассмотрены проблемы оценки экономического и научного потенциала вузов. Предложен алгоритм оценки
связи между научным потенциалом и инновационной привлекательностью на основе корреляционнорегрессионного анализа.
Ключевые слова: инновационная привлекательность, платежеспособный спрос, ранжирование вузов, научный потенциал, экономический потенциал.
В настоящее время в России сложилась противоречивая ситуация с финансированием региональных образовательных учреждений. С одной стороны, рост бюджетного финансирования негативно сказывается на доступности высшего образования для населения
высокодотационных субъектов Российской Федерации, а с другой сохраняется разрыв по
расходам на образование по отношению к ведущим странам на мировом образовательном
рынке.
Обобщенная оценка экономического потенциала вузов Центрального федерального
округа (ЦФО) проводилась на основе укрупненных показателей, отражающих основные
характеристики функционирования вуза и влияние на них показателей развития регионов,
где они расположены. На основании информации о вузах были рассчитаны укрупненные
показатели, в число которых в обязательном порядке входили показатели, отражающие
[1]:
− соотношение численности студентов, обучающихся за счет бюджетных и внебюджетных средств;
− соотношение общих объемов бюджетных и внебюджетных средств;
− кадровый и имущественный потенциал вуза.
По всем этим показателям определялся рейтинг каждого вуза внутри установленных
категорий вузов. На основе экспертных оценок были установлены веса рейтингов в зависимости от анализируемого года.
Обобщенный рейтинг каждого вуза рассчитывался по формуле
∑  �∑  ∙  �
=
,

где  – рейтинг вуза по k-му показателю за i-й год; Σ i – вес значений i-го года, Σ i = 1;
 – вес k-го рейтинга,  = -1ч.
Суммарные рейтинги вузов корректировались на коэффициенты влияния со стороны
экономики региона, если такое влияние было признано существенным. Эти коэффициенты определялись после анализа фактических показателей регионального развития.
Обобщенные рейтинги R вузов, откорректированные на поправочные коэффициенты
регионального развития, были построены по каждой категории вузов ЦФО, среди которых
выбраны 15 лучших вузов (по одному от каждой области).
На основании данных о численности студентов, численности и квалификации профессорско-преподавательского состава, а также учебных площадях (данные из формы 3НК) были рассчитаны:
93
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
• приведенные контингенты студентов;
• соотношение численности студентов, обучающихся за счет бюджетных средств и с
полным возмещением затрат;
• размер учебных площадей в расчете на одного студента;
• доля докторов и кандидатов наук в общей численности профессорскопреподавательского состава (ППС);
• число студентов, приходящихся на одного преподавателя.
По данным показателям были определены ранги вузов от 1 (самый высокий ранг) до
N (число вузов в каждой категории).
Важным показателем деятельности вузов является соотношение численности студентов и преподавателей. Этот показатель характеризует две стороны деятельности вуза:
1. Качество:
– при большом значении показателя нельзя говорить о достижении высокого качества обучения, поскольку становится маловероятной возможность индивидуальной работы преподавателей со студентами или работы в малых группах;
– при низком значении уменьшается размер заработной платы преподавателей, что
не позволяет привлекать квалифицированные кадры, или возрастают расходы на заработную плату за счет сокращения затрат на развитие вуза (расходы на текущее содержание
определяются в первую очередь коммунальными тарифами).
2. Эффективность: при низком значении показателя и требовании повышения качества обучения возрастают расходы в расчете на одного студента.
Существует норматив соотношения «студент/преподаватель», который используется
при определении контрольных цифр приема. Но этот норматив или устанавливается для
какого-то конкретного вуза, например индивидуальный норматив для МГУ равен 4, или
для всей совокупности вузов, независимо от их категории. Специфика обучения в вузах
различных категорий достаточно велика, поэтому был использован подход, который можно условно назвать «средним сложившимся уровнем». Поскольку было проанализировано
большое число вузов, особенно по таким категориям, как «университеты», «технические и
технологические вузы», «педагогические вузы», то можно предположить, что выявленные
закономерности достаточно объективны [8].
Для
анализа
рассчитывались
среднее
значение
соотношения
«студент/преподаватель» (Q/R) и среднеквадратическое отклонение (табл. 1).
Таблица 1
Среднее значение и среднеквадратическое отклонение по соотношению
числа студентов и преподавателей
Категория вузов
Q/R ср
12,3
12,3
11,9
13,8
Университеты
Технические и технологические
Педагогические и лингвистические
Экономические
У
8,7
7,3
5,1
13,0
Потом определялись вузы, у которых значение Q/R лежит в интервале
[Q/R ср – σ / 2, Q / R ср + σ / 2].
Для оценки использовались следующие значения отклонения от границ интервала:
∆ Q/R =
0, если Q / R€ [Q/Rср – σ / 2, Q/Rср + σ / 2];
| Q / R – (Q / Rср ± σ) | .
Анализ показал, что рассматриваемый показатель для ряда категорий вузов оказался
94
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
незначимым.
На основе информации об объемах бюджетного финансирования и числе бюджетных студентов были рассчитаны удельные затраты на одного студента-бюджетника:
V = D / N,
где D – общий объем бюджетного финансирования; N – число бюджетных студентов.
Данные о внебюджетном финансировании очень ограниченны: они содержат только
информацию об общем объеме внебюджетных доходов (без деления их на доходы от
учебной, научной, опытно-конструкторской и прочей деятельности, а тем более от грантов, пожертвований, сдачи помещений в аренду). Поэтому анализ оказался ограниченным: не было возможности оценить научный потенциал вузов, что очень важно для уценки потенциала их развития.
В связи с этим оценивалась только доля внебюджетных доходов в общем объеме
финансирования:
L = W / (B + W),
W – внебюджетные доходы вуза; В – объем бюджетного финансирования вуза.
Указанные показатели являются характеристиками двух сторон экономической деятельности вуза:
− экономической устойчивости (отражает уровень бюджетных расходов на одного
студента);
− экономической активности (доля внебюджетных доходов в общем объеме финансирования).
Можно считать, что бюджетное финансирование вуза – это база, и чем надежнее база (выше бюджетные доходы на единицу работы), тем устойчивее его положение при меняющейся рыночной конъюнктуре. Бюджетное финансирование обучения по массовым
социально значимым специальностям является в определенной степени залогом экономической стабильности. На технических специальностях высокий уровень бюджетного финансирования способствует высокому качеству подготовки студентов и конкурентоспособности на рынке труда. Одновременно бюджетные затраты на одного студента являются опосредованным мерилом для установления цен для платных студентов.
Таким образом, при определении укрупненных рейтингов вузов указанные показатели являются определяющими, поэтому возможно ограничиться ими без более подробного
рассмотрения других экономических показателей.
Следует отметить, что расходование бюджетных и внебюджетных средств зависит
не только от вуза, но и от многих других факторов. Например, если в регионе средняя заработная плата высокая, то вуз вынужден большую долю средств, как бюджетных, так и
внебюджетных, направлять на заработную плату. Иначе он не сможет привлекать высококвалифицированные кадры, в результате будет снижаться качество образования, падать
престиж, сократится приток платных студентов и, как следствие, начнут уменьшаться
внебюджетные доходы. Если же средняя заработная плата в регионе невысока и зарплата
в вузе с ней сопоставима, то он имеет возможность направлять большую долю средств на
собственное развитие, проведение инициативных научных исследований и т.д.
Экономическая устойчивость вузов во многом определяется уровнем социальноэкономического развития регионов, в которых они расположены [8]:
• уровнем валового регионального продукта (ВРП) на душу населения;
• уровнем безработицы в регионе;
• соотношением среднедушевых доходов и прожиточного минимума;
• специализацией экономики.
где
95
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Уровень доходов населения в регионах оценивается на основании соотношения
среднедушевых доходов и прожиточного минимума:
S i = Di / P i ,
где i – номер региона; D – среднедушевые доходы; Р – прожиточный минимум.
По каждому из указанных годов:
• рассчитаны региональные соотношения среднедушевых доходов и прожиточного
минимума - S i ;
• регионы проранжированы по S i ;
• построены графики рангов регионов и распределения соотношений S i ;
• выявлены регионы с наибольшими изменениями ранга;
• рассчитаны основные статистические показатели значения S i (табл. 2).
Как видно из табл. 2, среднее значение показателя S i постоянно растет, а вот динамика изменений минимального и максимального значений носит неравномерный характер.
Таблица 2
Статистические показатели соотношения S i
Среднее значение S i
2002
1,78
2003
1,85
Годы
2004
2,08
Рост среднего значения, %
Среднеквадратическое отклонение
Минимальное значение S i
Изменение минимального значения, %
Максимальное значение S i
Изменение максимального значения, %
Уровень дифференциации
100,0
0,40
0,78
100,0
2,70
100,0
3,46
103,9
0,68
0,60
76,9
6,25
231,5
10,42
116,9
0,79
0,63
80,8
5,64
208,9
8,95
Показатель
2006 (1 кв.)
2,23
125,3
0,74
0,91
116,7
5,51
204,1
6,05
Максимальное значение соотношения S i по всем рассматриваемым годам наблюдалось среди всех субъектов Российской Федерации. Снижение значений указанного соотношения в 2004-2006 гг. по сравнению с 2003 г. во многом было обусловлено ростом
величины прожиточного минимума: 2002 г. – 2918 руб., 2003 г. – 3208 руб., 2004 г. – 3703
руб., 1 кв. 2006 г. – 5084 руб.
Анализ изменения отношения среднедушевых доходов к прожиточному минимуму в
15 областях ЦФО позволил сделать вывод: соотношение бюджетных и платных студентов
прежде всего определяется контрольными цифрами приема, которые не зависят от уровня
доходов населения [5].
Научный и экономический потенциал вузов оценивался на основе показателей [3; 7;
9; 10]:
• Функционирования вузов:
− доли студентов, обучающихся с полным возмещением затрат;
− размера учебных площадей в расчете на одного студента;
− доли докторов и кандидатов наук в общей численности профессорскопреподавательского состава;
− численности студентов, приходящихся на одного преподавателя.
• Финансирования вузов:
− величины удельных бюджетных расходов в расчете на одного студента;
− доли внебюджетных средств в общем объеме финансирования.
• Развития регионов:
96
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
− уровня ВРП в расчете на душу населения;
− соотношения среднедушевых доходов и прожиточного минимума.
Оценка экономического и научного потенциала рассматривалась как интегральный
рейтинг каждого вуза по приведенному набору показателей.
Анализ результатов исследований показал, что наибольший вклад в научный потенциал региона вносят численность докторов наук, годовые объемы выделяемых на научную деятельность ассигнований, число защищенных докторских диссертаций (приращение количества докторов наук в регионе) и годовое количество полученных охранных документов на интеллектуальную собственность (активность научных коллективов).
Значение научного потенциала региона, при наличии заслуживающих доверия показателей весовых коэффициентов вклада в него частных ресурсных характеристик, может
быть определено по следующему выражению [1]:
=
НП = �(  ),
=1
где НП – значение показателя (индекса) научного потенциала региона, доли или целые
единицы;  – значение весового коэффициента вклада частной (i-й) ресурсной характеристики, доли единицы; РХ i – значение i-й ресурсной характеристики, абсолютные
натуральные или относительные единицы измерения.
В результате вычислений были получены значения научного потенциала регионов
(табл. 3) [1].
Таблица 3
Оценка научного потенциала областей Центрального федерального
округа и результаты ранжирования
Область
Белгородская
Брянская
Владимирская
Ивановская
Калужская
Костромская
Курская
Липецкая
Орловская
Рязанская
Смоленская
Тамбовская
Тверская
Тульская
Ярославская
Значение НП
Ранг
0,48186
0,10325
0,22357
0,27108
0,07293
0,06235
0,09820
0,15937
0,21637
0,10825
0,01973
0,21526
0,14594
0,23892
0,24881
1
11
5
2
13
14
12
8
6
10
15
7
9
4
3
Анализ полученных значений показывает, что наиболее высоким научным потенциалом среди рассмотренных, относительно однородных по ресурсным характеристикам
областей ЦФО обладают Белгородская, Ивановская и Ярославская области. Наиболее низким потенциалом обладают Смоленская, Костромская и Калужская области. Город Москва, Московская и Воронежская области в анализируемую совокупность регионов не включались ввиду их явной несопоставимости по ресурсным характеристикам с другими областями, а также из-за трудностей разделения ресурсных характеристик г.Москвы и об97
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
ласти.
Научный потенциал областей Центрального федерального округа оценивался на основе суммарного ранжирования экспертных оценок членов регионального экспертного
совета Российского гуманитарного научного фонда (РГНФ) [6; 8].
Расхождение между экспертными оценками, по данным ГРИФ и СЗНМЦ, представлено в табл. 4.
Таблица 4
Расхождение между экспертными оценками (по данным РГНФ и СЗНМЦ)
Область
Белгородская
Брянская
Владимирская
Ивановская
Калужская
Костромская
Курская
Липецкая
Орловская
Рязанская
Смоленская
Тамбовская
Тверская
Тульская
Ярославская
НП 1
(РГНФ)
НП 2
(СЗНМЦ)
r 1 -r 2
d2
1,5
9,5
14
15
6
9,5
7,5
3
4
12
11
1,5
7,5
5
13
1
11
5
2
13
14
12
8
6
10
15
7
9
4
3
0,5
1,5
9
13
7
4,5
4,5
5
2
2
4
5,5
1,5
1
10
0,25
2,25
81,00
169,00
49,00
20,25
20,25
25,00
4,00
4,00
16,00
30,25
2,25
1,00
100,00
Наибольшие расхождения между экспертными оценками [1; 8] получены (в
порядке убывания) по Ивановской, Ярославской, Владимирской и Калужской областям,
что обусловлено различными позициями экспертов гуманитарного научного фонда и технического вуза. По Тульской, Тверской, Рязанской, Орловской, Белгородской и Брянской
областям расхождения минимальны, что, видимо, связано с наличием в данных областях
исследований по грантам как РГНФ, так и РФФИ.
Результаты рейтинг-оценивания лучших вузов ЦФО, по данным Центра тестирования и развития «Гуманитарные технологии» (по 10-балльной шкале) и сайта «5 баллов.ru»
[4], приведены в табл. 5.
Таблица 5
Результаты рейтинг-оценивания лучших вузов ЦФО (по данным Центра тестирования и развития «Гуманитарные технологии» и сайта «5 баллов.ru»)
Вуз ЦФО
Центр тестирования «Гуманитарные технологии»
Ранг в ЦФО
Средний
балл
Сайт «5 баллов.ru»
Ранг в ЦФО
Средний балл
Белгородский государственный технологический
университет им. В.Г. Шухова
1
7,82
1
3,69
Брянский
государственный технический университет
4
7,66
5
3,65
98
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Окончание табл. 5
Центр тестирования
«Гуманитарные технологии»
Вуз ЦФО
Ранг в ЦФО
Средний
балл
Сайт «5 баллов.ru»
Ранг в ЦФО
Средний балл
Владимирский государственный университет
14
7,32
14
3,42
Ивановский государственный энергетический университет
6
7,62
6
3,63
Калужский государственный педагогический университет
11
7,52
13
3,48
Костромской
государственный университет им.
Н.А. Некрасова
12
7,50
11
3,51
10
7,54
8
3,59
3
7,68
3
3,67
5
7,64
7
3,61
9
7,56
12
3,49
15
6,28
15
3,33
2
7,80
4
3,66
8
7,58
2
3,68
13
7,44
9
3,57
7
7,60
10
3,53
Курский государственный
технический университет
Липецкий государственный технический университет
Орловский государственный технический университет
Рязанская государственная
радиотехническая академия
Смоленский
гуманитарный университет
Тамбовский государственный университет им. Г.Р.
Державина
Тверской государственный
технический университет
Тульский
государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого
Ярославский
государственный технический университет
Результаты оценки экономического потенциала лучших вузов ЦФО сведены в табл.
6.
99
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
учебной площади в расчете на одного студента
Общий рейтинг вуза
Рейтинг с учетом платежеспособного
спроса
Таблица 6
доле студентов, обучающихся с полным возмещением затрат
Результаты оценки экономического потенциала лучших вузов ЦФО
Белгородская
17,8
59,0
38,0
34,0
13,0
16,5
2
Брянская
25,6
61,0
47,0
34,0
55,0
22,3
6
Владимирская
9,0
46,0
22,6
51,8
24,0
18,8
7
Ивановская
36,6
18,2
16,8
66,2
9,0
14,5
3
Калужская
33,8
36,4
14,6
27,2
53,0
22,2
9
Костромская
52,6
30,2
23,6
37,6
52,0
26,8
12
Курская
46,8
19,4
46,2
42,4
20,0
18,1
4
Липецкая
75,0
33,0
55,6
70,0
81,0
35,1
15
Орловская
46,2
1,4
48,2
12,2
75,0
18,6
5
Рязанская
27,2
10,2
21,8
4,2
34,0
13,0
1
Смоленская
32,8
56,0
54,0
35,0
35,0
23,5
10
Тамбовская
69,2
44,8
21,6
23,8
95,0
31,2
13
Вуз ЦФО
Белгородский государственный технологический
университет им. В.Г.
Шухова
Брянский государственный технический университет
Владимирский государственный университет
Ивановский государственный энергетический
университет
Калужский
государственный педагогический
университет
Костромской государственный университет им.
Н.А. Некрасова
Курский государственный технический университет
Липецкий государственный технический университет
Орловский
государственный
технический
университет
Рязанская государственная
радиотехническая
академия
Смоленский гуманитарный университет
Тамбовский государственный университет им.
Г.Р. Державина
Область
100
доле докторов и кандидатов наук в общей численности ППС
удельным бюджетным
расходам на одного студента
доле внебюджетных расходов в общем объеме
финансирования
Рейтинг (место) вуза по показателям
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Рейтинг с учетом платежеспособного спроса
Тверская
30,6
66,8
42,0
55,0
47,0
26,0
11
Тульская
21,6
49,0
25,8
42,0
52,0
20,5
8
Ярослав
славская
78,2
45,2
24,8
60,8
83,0
33,7
14
Область
доле докторов и кандидатов наук в общей численности ППС
удельным бюджетным
расходам на одного студента
доле внебюджетных
расходов в общем объеме финансирования
Общий рейтинг вуза
Тверской государственный технический университет
Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого
Ярославский государственный
технический
университет
учебной площади в расчете на одного студента
Вуз ЦФО
доле студентов, обучающихся с полным
возмещением затрат
Окончание табл. 6
Рейтинг (место) вуза по показателям
Методика оценки связи между научным потенциалом и инновационной привлекательностью региональных образовательных учреждений заключается в следующем:
1. Определяются показатели платежеспособного спроса населения и рейтинг (ранг)
инвестиционной привлекательности вузов.
2. Определяются показатели и ранг научного потенциала области.
3. Определяется ранг ведущих вузов по данным Центра тестирования «Гуманитарные технологии».
4. Определяется суммарный рейтинг платежеспособного спроса (инвестиционной
привлекательности) лучших вузов ЦФО.
5. Вычисляются коэффициенты ранговой корреляции и определяется значимость
статических значений.
6. Интерпретируются полученные статистические данные.
Коэффициент ранговой корреляции между рейтингом научного потенциала вузов и
индексом платежеспособного спроса (инвестиционной привлекательности) может быть
определен следующим образом:
 = 1 −
6 ∑ 2
 2 (−1)
=1−
6·127
3360
= 0,78,
где d – значение ранга разности между рейтингом научного потенциала и индексом платежеспособного спроса; N- количество вузов (N=15).
По соответствующим таблицам [2] можно сделать вывод о сильной степени связи
для уровня значимости p ≤ 0,05, т.е. чем выше научный потенциал вуза, тем более высоким является его платежеспособный спрос (инвестиционная привлекательность). Среди
вузов ЦФО наиболее высокий рейтинг платежеспособного спроса имеют Рязанская государственная радиотехническая академия, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, Ивановский государственный энергетический университет; самый низкий рейтинг имеют такие вузы, как Тамбовский государственный университет им. Г. Р. Державина, Липецкий и Ярославский государственные технические
университеты.
Инвестиционная привлекательность вузов ЦФО тесно связана с повышением эффек101
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
тивности инновационной деятельности.
Разнообразие каналов финансирования, конкуренция в сфере образовательных услуг
более всего необходимы для массовых профессий, обслуживающего персонала, отдельных категорий служащих, потребность в которых довольно велика. Что касается подготовки высококвалифицированных специалистов, то здесь конкуренция может состоять
лишь в борьбе вузов за право готовить специалистов тех категорий, которые могут быть
востребованы.
Основой прогнозирования востребованности специалистов высшей квалификации
на региональных рынках труда в Центральном федеральном округе и других регионах
может стать координационная деятельность региональных экспертных инвестиционных
советов по управлению инновационной деятельностью лучших образовательных учреждений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Аверченков, В.И. Оценка научного потенциала региона / В.И. Аверченков, В.М. Кожухар, А.С. Сазонова // Вестн. БГТУ.- 2009.- № 2. – С. 123-127.
2. Агабекян, Р.Л. Математические методы в социологии. Анализ данных и логика вывода в эмпирическом
исследовании / Р.Л. Агабекян, М.М. Кириченко, С.В. Усатиков.-Ростов н/Д: Феникс, 2008.- 192 с.
3. Гохберг, М.Я. Центральный федеральный округ: экономика и инновационный потенциал / М.Я. Гохберг, Э.А. Кошляр.- М.: ИНЭК, 2007.- 284 с.
4. Дмитриев, Г.И. Анализ научного потенциала высшей школы и разработка аналитической системы мониторинга научно-исследовательской деятельности вузов и научных организаций / Г.И. Дмитриев, Е.А.
Законников, В.А. Мейев // Образовательная среда: материалы Всерос. науч.-практ. конф. http://www.ict.edu.ru
5. Кириченко, И.А. Организационная культура как фактор привлекательности образовательных учреждений / И.А. Кириченко // Социология образования.- 2009.- №1. – С. 44-50.
6. Локшина, Э.Х. Первая Всероссийская конференция РПО по экономической психологии «Психология и
экономика» (Калуга, 3-5.02.2000) / Э.Х. Локшина, В.М. Соколинский, В.В. Спасенников // Вестн.
РГНФ.- 2001.- №1. – С. 154-160.
7. Научный потенциал, оценка и моделирование его влияния на экономическое состояние региона / В.И.
Аверченков, В.М. Кожухар, Д.Г. Лагерев, Ю.Н. Лунев, А.С. Сазонова; под ред. В.И. Аверченкова, В.М.
Кожухара.- Брянск: БГТУ.- 2009.- 204 с.
8. Спасенников, В.В. Экономико-психологические проблемы консультативной психологии при переходе
на многоступенчатую систему образования / В.В. Спасенников // Человеческий фактор: проблемы психологии и эргономики.- 2009.-№3. – С. 85-91.
9. Meyer, J.W. Institutionalized Organizations: Formal Structure as Myth and Ceremony / J.W. Meyer, B. Rowan
// American journal of Siciology.-1977.-V.83.-№2.-P.340-63.
10. Stensaker, В. Quality as Fashion: Exploring the Translation of a Management Idea into Higher Education /
D.F. Westerheijden, B. Stensaker, M.J. Rosa (eds.) // Quality Assurance in Higher Education. Trends in Regulation, Translation and Transformation. –Dordrecht: Springer, 2007.-P.99-119.
1.
Материал поступил в редколлегию 12.05.10.
102
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
ОБЩЕСТВЕННЫЕ НАУКИ
УДК 1/14
Н.В.Попкова
АНТРОПОЛОГИЧЕСКОЕ НАСЛЕДИЕ РУССКОГО КОСМИЗМА
Рассмотрены основные философские концепции русского космизма. Сопоставлены возможные результаты
их применения при исследовании технического мира. Показано, что в концепциях космизма раскрыты техногенные факторы социального и культурного развития, техногенная зависимость человеческой жизни, эволюция социоприродной глобальной системы и техногенной среды (техносферы).
Ключевые слова: русский космизм, техносфера, социоприродная глобальная система, человечество, природа, стратегия взаимодействия.
Среди философских школ, известных европейской культуре, большинство зародилось в Западной Европе. Даже в тех случаях, когда русские философы творчески развивали содержащиеся в них положения, честь основания нового взгляда на мир принадлежала
не им. Одним из немногих исключений является школа русского космизма, развивавшаяся
в конце ХIХ – первых десятилетиях ХХ века. Ее проблематика, методы философского исследования и получаемые рекомендации настолько выбиваются из общеевропейского фона, что до сих пор продолжается полемика относительно философской ценности данного
направления. Одни провозглашают русский космизм венцом развития философской мысли, единственным спасением человечества в эпоху глобального кризиса; другие столь же
горячо отрицают за ним всякую философскую ценность и относят работы представителей
космизма либо к оккультизму, либо к публицистике [16, с.8-9]. Для того чтобы объективно оценить это направление, рассмотрим основные тезисы русского космизма, определим
их антропологический потенциал при решении современных проблем цивилизации.
Еще в ходе промышленной революции в распоряжении человека появились невиданной мощи силы, сравнимые с геологическими. Становился все более явным процесс
социализации биосферы – ее изменения под воздействием производственной деятельности человечества. Роль человечества как создателя нового мира и отразилась в русском
космизме. Основные принципы космизма – единство человека и космоса, космическая
природа человека и космический масштаб его деятельности.
Родоначальником космизма считается Николай Федорович Федоров. По его мнению,
вся природа подчинена закону смерти, поэтому история человечества – это цепь взаимного истребления: одного народа – другим, старших поколений – младшими. Общественный
строй основан на эгоизме, человечество разделено, отсюда и господство смерти – свидетельство «несовершеннолетия» людей, следствие недостатка любви. Смерть – не естественный процесс, а следствие нашей «зависимости от слепых сил природы, извне и внутри
на нас действующей и нами не управляемой» [22, с.350-351]. Согласно Н.Ф.Федорову,
господство в мире зла, болезней и смерти происходит оттого, что люди в рабстве у неразумных сил природы. Поэтому нужно менять отношения не между людьми, а между человеком и природой. Н.Ф.Федоров считал, что современный прогресс, механический и бездуховный, не сможет ни преодолеть подчинение человека слепым силам природы, ни прекратить борьбу за существование. Слепое развитие природы должно смениться ее сознательной регуляцией человечеством. Регуляция – это «посредствующая, примирительная
роль в слепой природе», и «естественная задача разумных существ – соединение для повсеместной регуляции слепой силы». Превращение слепой силы природы в сознательную
будет достигнуто через разумное управление всем миром. Сначала человечество объединится, устранит вражду. Затем можно будет внести целесообразность в природу: челове103
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
чество научится управлять атмосферными и геологическими процессами на Земле, в Солнечной системе и т.д. Земля как целое будет «управляема человеческим родом в его полной совокупности»: только это и можно считать «нормальным отношением к природе»
[21, с.140]. А затем и «все миры небесные будут управляться разумом, то есть всеми возвращенными к жизни поколениями умерших». Н.Ф.Федоров утверждал, что «дело разумных существ состоит в обращении миров, слепыми силами движимых, в управляемые разумом возвращенных к жизни поколений» [21, с.149]. Так, «каторжную работу добывания
металлов должно заменить метеорическим железом… привлекая их из космических пространств посредством регуляции притягивающей силы Земли» [21, с.155]. «Сознательнотворческими процессами» люди смогут создавать свои тела из космических энергий. Все
люди станут учеными, предметом их познания станет Вселенная, а целью – достижение
полноты знаний о космосе. «Надо всех сделать познающими, и чрез познание всеми всего
темная сила природы, светом знания управляемая… станет великим разумом» [21, с.153].
Результатом этой регуляции природы станет достижение бессмертия мыслящих существ и
даже воскрешение предков – полное торжество нравственного закона над слепой физической необходимостью. Таким образом, человек преобразует себя из существа «смертного,
пожирающего и вытесняющего» в существо «самосозидающее и бессмертное». Согласно
Н.Ф.Федорову, роль человечества в мире – не эксплуатация природы, истощающая ее силы, а «регуляция, спасающая от погибели, к которой идет природа по своей слепоте. Человек – не случайное явление во Вселенной, а необходимое, чрез которое Вселенная переходит в высшее состояние» [21, с.150]. Человек – не раб природы и не ее господин, а ее
разум: миссия людей – сделать космос разумным. Столь высокое назначение человечества
имеет один недостаток – нехватку средств для ее осуществления. Попытки научно обосновать возможность воскресения мертвых – самая слабая часть теории Н.Ф.Федорова: он
считал, что это будет достигнуто собиранием молекул, некогда входивших в состав тел.
«Космо-теллурическая» наука будущего позволит определить, какие частицы входили в
организмы предков, и собрать их в прежнем порядке. Гуманистическая направленность
концепции Н.Ф.Федорова заслуживает положительной оценки: действительно, «светлое
будущее» всех остальных философских проектов неизбежно было бы омрачено воспоминаниями о тех поколениях, которые до этого счастья не дожили. Но в этих ушедших поколениях слишком многие люди не были погублены стихиями природы, а сами погубили
друг друга: что произошло бы, воскресни они и снова окажись рядом?
Последующие представители русского космизма разрабатывали по-своему интуиции
Н.Ф.Федорова, видя миссию человечества в техническом освоении мироздания и, как правило, внося вклад в приближение космического будущего. Их философские системы –
смесь прозрений и неожиданных предложений, которые еще не оценены.
Основные антропологические тезисы русского космизма сводятся к следующему.
Прежде всего, русский космизм находится в рамках научной парадигмы глобального
эволюционизма. Это значит, что все объекты и системы во Вселенной (в том числе и разумные существа) рассматриваются как результаты ее закономерного саморазвития. Постоянное усложнение и усовершенствование всего существующего предстает не требующим объяснений: естественная эволюция – поток изменений, закономерно развивающих
природу от неживого вещества к живому, от жизни к разуму. А от человеческого разума,
возможно, в будущем произойдут новые, еще более высокие ступени эволюции.
Константин Эдуардович Циолковский, разработавший теорию космоплавания, считал, что космос – целостная система, где все формы материи одухотворенны. Чувствительность у высших животных велика и называется жизнью, у растений – слабее, в неорганической природе она так мала и незаметна, что носит название небытия, смерти. Но
«абсолютно нулевого ощущения» быть не может: вся Вселенная жива. Эволюция космоса
есть результат торжества творческих сил над хаосом и энтропией. Мыслящие существа
104
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
различной степени совершенства – лишь частный случай характерного для материи
стремления к прогрессу. Цель эволюции – создание разумного существа без страстей, поскольку людей именно страсти лишают спокойного разумного существования. В своем
восхождении к высшим ступеням космического совершенства человечество должно пройти ряд эпох: эру рождения (создание гармоничной социальной организации); эру становления (активное освоение космоса); эру расцвета (овладение законами Вселенной); терминальную эру (переход людей из материальных форм в «лучистые», что и положит конец страданиям плоти). Результатом эволюции человека станет трансформация в существо, способное обитать в космической пустоте, питаясь лучистой энергией. Итак, согласно
К.Э.Циолковскому, «планета есть колыбель разума, но нельзя вечно жить в колыбели».
К.Э.Циолковский был уверен, что миры вне Земли давно уже дали таких существ:
людей на пути освоения космоса ждет союз с иными разумными силами Вселенной. Подлинные граждане космоса, считал К.Э.Циолковский, – бессмертные «атомы-духи», обладающие чувствительностью. Каждый атом «бродит» по вселенной, входя в состав камней,
растений, животных. Рождение и смерть других существ – это появление комбинации таких атомов или ее распад. Самоорганизация материи происходит с возникновением все
более сложных форм этих «союзов», постепенно приходящих к обретению разума и способности преобразовывать космос. Пребывание в неорганической материи субъективно не
воспринимается атомом: тогда он «находится как бы во сне, в обмороке, в небытии». Состояние в примитивных живых существах для атома «малосознательно и бесполезно».
Но драма биологической и социальной эволюции происходит через естественный
отбор, а значит – через страдания живых существ. Люди и животные, мучая друг друга,
превращают в ад не только свою жизнь, но и жизнь составляющих их атомов.
Александр Леонидович Чижевский открыл влияние солнечной активности на жизнь
биосферы. В понятие окружающей среды, оказывающей влияние на жизнь человечества,
он включил космическое пространство, показав, что развитие жизни на планете – не замкнутый процесс, а результат воздействия космоса. Жизнь – не случайная игра земных сил,
она создана творческой динамикой космоса: пульс жизни согласуется с биением «космического сердца». Подавляющее большинство биологических процессов на Земле – результат воздействия космических сил; биосфера отражает перемены в космической среде.
Сложная система жизни на Земле взаимосвязана: местные нарушения вызывают компенсаторные процессы, стремящиеся вернуть все к норме. Доказав, например, влияние солнечной активности на земную жизнь, А.Л.Чижевский решил, что этим можно объяснять
вспышки эпидемий, аномальные социальные события и т.п. Поскольку жизнь – явление
космическое, а не земное, то социальные явления подчиняются физическим факторам.
Владимир Иванович Вернадский разработал учение о биосфере – оболочке Земли, в
которой решающим геохимическим фактором является совокупная деятельность живых
организмов. В биосфере сосредоточена жизнь и осуществляется ее постоянное взаимодействие с неорганическим веществом. Миграция химических элементов на земной поверхности происходит или при непосредственном участии живого вещества, или в среде, геохимические особенности которой им обусловлены. Существует биогенный ток атомов –
вызванный живым веществом материально-энергетический обмен между живым и косным веществом. Биогенный ток атомов (выражающийся в дыхании, питании, размножении) переводит излучение Солнца в земную энергию – химическую, механическую, тепловую. Эволюция биосферы – целостный процесс взаимодействия живого и неживого вещества. Поэтому в течение геологического времени живое вещество своей жизнедеятельностью удерживает постоянные физико-химические условия на поверхности Земли. Разумеется, организованность биосферы не является застывшей. Она представляет собой динамическое равновесие: колебания происходят в геологическом времени около средних
значений. Границы биосферы постоянно расширяются. Жизнь изменяет планету. А это
105
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
значит, что жизнь является геологической силой. «На земной поверхности нет химической
силы… более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы,
взятые в целом» [Цит. по: 19, с.92]. В.И.Вернадский считал, что жизнь во Вселенной существовала всегда. «Мы в других вопросах, связанных, например, с материей, энергией…
давно отошли от сознания логической необходимости ставить вопрос о начале… Для них
мы приняли бесконечность во времени… примем же такую безначальность и для жизни,
живого вещества» [6, с.107]. Понимание любых химических процессов, протекающих на
поверхности суши, в атмосфере и гидросфере, невозможно без учета биологических факторов. Человек – часть биосферы, он – активное существо, создающее орудия труда для
своей деятельности и преобразующее природные условия с помощью разума.
Каково же место человека в картине мира, рисуемой космизмом? Человек – ступень
космической эволюции, активность – необходимый признак человеческой природы. Совершенствуя себя и свою среду обитания, люди находятся в русле эволюции, но, обладая
способностями к целеполаганию и выбору средств, они вносят в нее разумность.
Разум человека, согласно К.Э.Циолковскому, должен стать одним из факторов творческой эволюции, преобразующей природные процессы в соответствии с «космической
этикой». Из обмена веществ разумных существ с миром выводится их нравственная ответственность за судьбы Вселенной: человек должен уменьшать сумму страданий живых
существ. К.Э.Циолковский предложил для этого искусственный отбор – поддержку перспективных течений эволюции и пресечение ее тупиковых ветвей. Вселенная состоит из
атомов – значит, нужно, чтобы каждый атом был счастлив. Во Вселенной не должно быть
животных и «несовершенных людей»: должно остаться одно совершенное. Конечно, нельзя убивать их: в результате подобного «грубого непосредственного истребления» «атом
будет в муках». Все несовершенное нужно «погасить», лишив способности к размножению. При этом К.Э.Циолковский уверял, что наши сердце и совесть тогда смогут быть покойны: такие существа почти не страдают. В результате несовершенные, страдающие существа не будут появляться – жизнь атомов станет непрерывным блаженством. Тогда слепые природные процессы приобретут смысл и цель. Разумная жизнь будет распространяться по Вселенной, активно переустраивая места своего обитания. Итак, «уничтожение
дурных форм» – долг разумных существ, выполнение ими своей эволюционной работы по
установлению космического совершенства? Разумеется, такое представление о способах
водворения космической гармонии встретило сильнейшие возражения. К счастью, другие
представители космизма не оставили столь радикальных проектов преобразования.
Валериан Николаевич Муравьев увидел в человеческом разуме средство преодолеть
разрушительный ход времени. Регуляция природы (происходящая в трех формах: создания вещей, живых организмов и совершенных общественных отношений), по его мнению,
есть космический антиэнтропийный процесс, цель которого – космократия, совместное
управление людей собой и миром. Земля превратится в управляемый космический корабль; человек овладеет не только материальными процессами, но и временем.
Николай Александрович Умов считал, что деятельность человека необходима для
развития биосферы и ее защиты от сил разрушения. «Высшая форма живой материи – это
человек с его разумом, с его творческим предвидением. Сама природа дала ему задачу охранения жизни… Появился на земле разум во всеоружии научного знания: это последняя
ставка живого!» [Цит. по: 11, с.81]. Фундаментальное свойство материи Н.А.Умов называл «стройностью» и утверждал, что существует закон ее увеличения путем эволюции
живого вещества. Человек, борясь со стихиями природы и осуществляя идеалы, распространяет стройность на неорганизованную материю. Технический прогресс необходим
людям. Н.А.Умов подчеркивал, что «естественного надела» мало для жизни человечества,
поэтому «вторую природу» оно вынуждено создавать. «Разрешение бедствий человече-
106
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
ской жизни кроется только в увеличении творчеством богатств второй природы, в приобщении возможно большей части человеческого рода к царству мысли и воли» [11, с.82].
Николай Григорьевич Холодный также счел необходимой перестройку представлений о человеке и мире. Антропокосмизм станет кратчайшим путем к достижению людьми
своих целей: его сущность – осознание связи человека со всем мирозданием, развитие
любви к природе, ответственность людей за ее состояние и единение человечества как носителя космической жизни. По словам Н.Г.Холодного, в антропокосмическом отношении
к природе основное – постоянное ощущение человеком своей органической, неразрывной
и действенной связи со всем космосом. Человек, испытывая разнообразные и сложные
воздействия со стороны окружающей природы, сам влияет на нее. Для эволюции нашей
планеты и Солнечной системы необходимо сознательное участие разума людей.
В.И.Вернадский считал причиной нового этапа в геологической истории Земли создание «культурной биогеохимической энергии» – продукта человеческого разума. Ее рост
(не только в результате развития собственно научного знания, но также вследствие уточнения, углубления его использования при усовершенствовании социальной обстановки)
он видел причиной перехода биосферы в новое состояние, ноосферу. В.И.Вернадский отмечал: «Разум есть сложная социальная структура, построенная как для человека нашего
времени, так и для человека палеолита на том же самом нервном субстрате, но при разной
социальной обстановке». Изменение этой структуры является «основным элементом, приведшим в конце концов к превращению биосферы в ноосферу явным образом» [7, с.133134]. Человек ввел в структуру планеты новую форму обмена атомов живого вещества с
косной материей. Если раньше живые организмы влияли на историю только тех атомов,
которые были нужны для их роста, размножения, питания, дыхания, то человек влияет и
на те атомы, которые нужны ему «для техники и для создания цивилизованных форм жизни». Но человек, несмотря на свою научную мощь, остается частью биосферы: он «закономерно, материально-энергетически связан с биосферой», и эта связь «ничем существенным не отличается от других биосферных явлений» [4, с.276]. Также человек – не последнее звено эволюции: дальнейшее развитие человеческого вида приведет к его совершенствованию.
Итак, смысл человеческой активности – преображение мира, одухотворение природы; результатом будет достижение природой совершенства. Завершение эволюции космоса требует объединения людей и развития природы человека: «организатор Вселенной»
должен превратиться из Homo sapiens, «человека разумного», в Homo explorans («человека
исследующего», по Н.А.Умову), Homo creator («человека творящего», по В.Н.Муравьеву),
Homo faber («человека умелого», по В.И.Вернадскому). Это – цель ближайшего будущего.
Кажется, что человечество, признаваемое движущей силой нового этапа космической эволюции, получает почти космическое значение и этим непомерно возвеличивается.
Но более тщательное изучение трудов основоположников космизма показывает, что
люди воспринимаются не как свободные существа, ставящие себе цели по своей воле и
достигающие их, а как марионетки биосферной саморегуляции, которая ради продолжения своего развития создает разумные существа. В концепциях представителей русского
космизма человек, по словам Н.В.Чемерисовой, – это «существо промежуточное, находящееся в процессе роста, далеко не совершенное… призванное преобразить не только
внешний мир, но и собственную природу», поэтому «субъектом планетарного космического преобразовательного действия признается не отдельный человек, а соборная совокупность... все человечество в единстве своих поколений». Конкретному же человеку после вдохновляющих призывов к «космической регуляции» сообщается, что ее реализация
невозможна без «одновременной внутренней регуляции самого человека… его нравственного и духовного преображения», поэтому людям нужно «превозмогать свою природу»
[23, с.343-344]. Чтобы исполнить возвышенную миссию эволюции Вселенной, они должны измениться: в современном состоянии, когда материальные блага важнее духовных, а
107
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
конфликты решаются при помощи войн, о создании механизмов управления биосферой не
может быть и речи. Как замечает Е.М.Борисова, в космизме «человек осознает себя в качестве средства, должного вносить в природу сознательность и целесообразность». Грядущая ноосфера действительно «предполагает доминирование разума, но не разума отдельного человека, а человечества как целого», коллективного разума. При этом «человек
рассматривается как управляющий блок глобального процесса», а «обеспечат эффективное управление цивилизационным процессом»… нет, не люди, а «ноосферные ценности»
[3, с.204-205]. Мнимое возвеличение человека в космизме оборачивается лишением его
свободы и низведением до роли фактора эволюции внешнего мира [18, с.200-201].
Какими же средствами располагает человечество для осуществления своей миссии?
Это средство – преобразующая (и даже оттесняющая) природную среду техника.
В современную эпоху, считал В.И.Вернадский, «ставится вопрос о перестройке биосферы в интересах свободно мыслящего человечества как единого целого» [4, с.408]. Следующей стадией эволюции природной среды станет ноосфера, возникающая в результате
перестройки верхней оболочки планеты «научной мыслью и государственно организованной, ею направляемой техникой» [4, с.260]. На этой стадии земная жизнь станет силой поистине космической: человек, захватывая новые формы энергии (от мускульной до атомной) и совершенствуя умственный аппарат, сделает процесс эволюции из стихийного разумным. В.И.Вернадский постулировал не только возможность возникновения нового
этапа развития биосферы, но и его закономерное наступление по мере переработки природы «научной мыслью социального человечества» [4, с.256]. В.И.Вернадский отмечал
важную роль техники и социальных форм человеческого взаимодействия в процессе ноосферизации природы. Он подчеркивал, что человек, став крупнейшей геологической силой, может и должен перестраивать своим трудом и мыслью область своей жизни – «перестраивать коренным образом по сравнению с тем, что было раньше». Люди формируют
новую биогенную силу, воздействуя создаваемыми орудиями на «косную, сдерживающую
его (человека. – Н.П.) среду биосферы» и этим творя ноосферу [4, с.256-259]. Согласно
наблюдениям В.И.Вернадского, человечество уже стало преобладающей силой среди геологических процессов: объем горных пород, извлекаемых из глубин Земли, уже больше
объема всех лав, выносимых вулканами; появляются и новые вещества, не характерные
для биосферы (В.И.Вернадский так называл чистое железо и чистый алюминий. Что он
сказал бы о полимерах?). «С человеком, несомненно, появилась новая… геологическая
сила на поверхности нашей планеты, – считал В.И.Вернадский. – Равновесие в миграции
элементов, которое установилось в течение геологических времен, нарушается разумом и
деятельностью человечества». В общем, «впервые человек охватил своей жизнью, своей
культурой всю верхнюю оболочку планеты… всю биосферу» [4, с.260]. Разумная человеческая деятельность уже стала определяющим фактором развития планеты. Антропогенным путем изменены состав атмосферы и гидросферы, скорость миграции химических
элементов в биосфере. «Мы живем в эпоху, когда человечество впервые охватило в бытии
планеты всю Землю. Биосфера… перешла в новое состояние – в ноосферу» [Цит. по: 24,
с.166]. Итак, процесс перехода биосферы в ноосферу В.И.Вернадский считал закономерным следствием развития человечества и новым этапом эволюции Вселенной. Поэтому
технологическая деятельность человека оценивалась В.И.Вернадским положительно: в ее
результате создаются «благоприятные условия для заселения… частей биосферы, куда
раньше не проникала его (человека. – Н.П.) жизнь и местами даже какая бы то ни было
жизнь» [4, с.260]. Когда же, согласно В.И.Вернадскому, ноосфера возникнет? С одной
стороны, создание ноосферы он относил к ХХ веку, когда научная мысль и стала заметным геологическим фактором. «Ноосфера – последнее из многих состояний эволюции
биосферы в геологической истории – состояние наших дней, – утверждал
В.И.Вернадский. – Сейчас мы переживаем новое геологическое эволюционное изменение
биосферы. Мы входим в ноосферу» [4, с.482]. С другой стороны, иногда в его работах начало ноосферы связывается с «борьбой человека с млекопитающими за территорию» в самом начале его возникновения как биологического вида [4, с.300], или упоминается, что
108
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
«в пределах 5 – 7 тысяч лет, все увеличиваясь в темпах, идет непрерывное создание ноосферы» [4, с.469], или, например, отмечается, что новая геологическая эра, психозойская
(или антропогенная), «палеонтологически определяется появлением человека» [4, с.268].
Итак, ноосфера уже создается «новой геологической силой ума и техники» [5, с.56]. Разговорам о предстоящем крушении цивилизации и самоистреблении человечества
В.И.Вернадский противопоставил убежденность в неизбежности ноосферного перехода.
Страхи перед крушением цивилизации, считал он, лишены основания: основная предпосылка становления ноосферы – единение человечества – уже реализуется. Возникновение
общечеловеческих процессов в ходе научно-технического развития показало неизбежность сознательного регулирования всех сторон жизни людей. В.И.Вернадский утверждал, что перестройка биосферы «научной мыслью через организованный человеческий
труд не есть случайное явление, зависящее от воли человека, но есть стихийный природный процесс». Ставшая геологической силой наука «не может приводить к результатам,
противоречащим тому геологическому процессу, созданием которого она является» [4,
с.253]. Единение человечества становится исторической тенденцией. В.И.Вернадский был
уверен: государственные и идейные противники его неделимости потерпят поражение,
потому что «создание биосферы из ноосферы есть природное явление, более глубокое и
мощное в своей основе, чем человеческая история» [4, с.261]. Биосфера закономерно перейдет в ноосферу, человечество проявит себя как единое целое, поскольку «в истории
народов произойдут события, нужные для этого». Итак, построение ноосферы, согласно
В.И.Вернадскому, «происходит независимо от человеческой воли, стихийно, как природный естественный процесс» [4, с.291].
Преобразующая природу деятельность людей (в частности, техническая) в космизме
не противопоставляется природе, а воспринимается как естественное порождение определенного этапа ее эволюции. Следовательно, осуществленные технической деятельностью
людей опустошения в природе рассматриваются не как ошибки или преступления, а как
неминуемая плата за очередной этап развития биосферы, при котором создание одних
биологических видов неизбежно ведет к вымиранию других. Не сведение к минимуму
биосферных последствий человеческой активности является целью космизма, а дальнейшее расширение этой активности при возрастании ее осмысленности – умение прогнозировать ее последствия и планировать трансформации не только общества, но и биосферы.
Не «коэволюция человека и природы» проповедуется космизмом, а окончательный переход природных процессов под полное управление человечества [17, с.242-243].
Как же отразились эти тезисы на развитии русской философии ХХ века?
Идеи русского космизма находили отголоски и в более поздних работах. Так, Лев
Николаевич Гумилев создал историческую концепцию, рассматривающую в свете географических и космических процессов возникновение и развитие этносов – дискретных образований, развивающих собственные менталитет и культуру. Он отмечал, что размеренное
течение истории время от времени нарушается всплесками человеческой активности, которые, не имея научного объяснения, ведут к значительным историческим потребностям и
формированию новых этносов. Этим вспышкам активности Л.Н.Гумилев дает космическое объяснение, последовательно отводя все земные их причины, как субъективные, так
и естественно-научные. В основе повышенной способности людей к совершению работы
(которая требуется для военных походов и научных открытий, создания новых религий и
произведений искусства) лежит характеристика, названная ученым пассионарностью. Обладающие ей люди способны совершать огромные усилия для достижения цели, им лично
не приносящей никакой пользы, даже рискуя при этом собственной жизнью. Эту особенность Л.Н.Гумилев считает генетически обусловленной; по его подсчетам, количество
пассионарных индивидов в этносе обычно колеблется в пределах нескольких процентов.
Но иногда историей фиксируется пассионарный толчок: на огромных территориях увеличивается количество пассионариев и начинается формирование новых моделей поведения
109
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
– процесс этногенеза (вслед за которым сформировавшиеся этносы постепенно растрачивают полученный энергетический импульс, вплоть до его угасания). Согласно исследованиям Л.Н.Гумилева, отмеченные в истории зоны этногенеза представляли собой сплошные полосы на поверхности Земли, ограниченные кривизной земного шара. Отсюда был
сделан вывод: пассионарные толчки имеют инопланетное происхождение. Следовательно,
этногенез обусловлен внеземными пассионарными импульсами, периодически рождающими в разных районах все новые этнические системы.
В конце ХХ века Генрих Семенович Батищев создал концепцию «глубинного общения», цель которого – приобщение человека к «полифоническому сотворчеству» с «Универсумом». В излагаемые Г.С.Батищевым традиционные положения диалогизма врываются иные нотки. «Другим», к диалогу с которым призывает Г.С.Батищев, оказывается скорее не другой человек, а Вселенная. «В лице каждого уникального вот-этого-Другого нам
являет себя как через посредство своего посланца и свидетеля» сама «неисчерпаемая Беспредельность» [2, с.116]. В глубинном общении человек «ожидает нежданного». «Он ничего не требует, ничего никому не навязывает, не продуцирует на другого свое мерило,
но, напротив, раскрыт навстречу парадоксальной инаковости мерила другого» [2, с.125]. В
результате такого «последовательного «Да» всему Универсуму» человек ощущает сопричастность «всем субъектам в Универсуме», который, в свою очередь, говорит «Да»
ему [2, с.127]. Распространение глубинного общения, уверял Г.С.Батищев, приведет к
«экологизации, космизации и аксиологизации» человеческой жизни. Порукой этому станут достигнутая «субъектная, кому-то направленность и целостно-ответственная устремленность» и «онтологическая себя-адресованность совершающего поступок человека другим и в их лице всему Универсуму» [2, с.112-114]. Человек в глубинном общении «не самого себя возводит в аксиологический центр – и не человечество, ибо никто… из субъектов не есть вершина» – он достигает позиции «несвоецентризма, не-антропоцентризма» и
в награду призывается к сотворчеству, которое есть «креативное участие в решении все
более и более трудных задач универсального Космогенеза» [2, с.128-129].
С 70-х годов ХХ века формирует свою концепцию исторического развития Александр Митрофанович Ковалев. Он высказывает предположение, что смысл преобразовательной деятельности человечества – в ускорении развития природы, ее подъеме на новый
уровень, достижении ее организованности и гармоничности [14, с.23-24]. Так, согласно
А.М.Ковалеву, человек – «не только и не столько потребитель, сколько созидатель»: он
«может и должен вмешиваться в стихийные процессы как окружающей, так и своей собственной природы», не только адаптироваться к внешним условиям, но и «изменять их в
определенном направлении». Возможно, природа порождает разумную жизнь именно для
того, чтобы облегчить и ускорить стихийный процесс своего развития: если на более низких этапах эволюции оно происходило вслепую, сопровождаясь истреблением недостаточно совершенных форм, то с появлением разума эволюция сможет принять сознательный и упорядоченный характер [13, с.289]. Разум человека призван «ускорить и усовершенствовать процесс эволюции… путем ограничения стихийности, дисгармонии и случайности» [13, с.383]. А.М.Ковалев спрашивает: «Почему нельзя допустить, что природа… могла породить своеобразный орган или орудие ее сознательного преобразования,
организации и регулирования?» Ведь «процессы природы запрограммированы лишь в самом общем виде, а в конкретных проявлениях ее развитие совершается лишь через стихийную игру сил». Разум мог бы избегать «тех ошибок, которые неизбежны в условиях
стихийного развития». Появление человека и может означать создание «специализированного механизма для сознательного ускорения процессов и тенденций, заключенных в
самом фундаменте материи, – к упорядоченности и поступательному развитию ее форм»
[13, с.401-403]. Человечество – орудие природы, приходит к выводу А.М.Ковалев. «Возможно, что смысл его жизни и деятельности – не только создание условий для собствен110
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
ного… развития, но и в перестройке мира… на основе все большей упорядоченности,
гармоничности и организованности… Выступая в качестве своеобразного продукта природы, общество… возможно, призвано ускорить ее развитие и прогресс» [14, с.23-24]. Используя человека, природа «как бы компенсирует присущие ей «недостатки» (стихийность, многовариантность и т.д.) путем создания специального органа для их ограничения
и преодоления». Внося в стихийные процессы природы сознательность и организованность, человечество может играть роль мозга в организме космоса [14, с.404-405].
В современных философских работах раздаются критические замечания, вызванные
осмыслением деятельности человечества. Имеют основания резкие слова Р.К.Баландина о
том, что в работах В.И.Вернадского «есть лишь многочисленные и нередко противоречивые высказывания о «сфере разума», называть которые учением некорректно» [1, с.109].
«Научно-философский миф» о ноосфере Р.К.Баландин отвергает по мировоззренческим
соображениям, не считая возможным какое-либо антропогенное улучшение природы. Он
утверждает, что управление биосферой может оказаться неосуществимым из-за ее чрезвычайной сложности. «Мыслимо ли более рационально искусственно выстроить взаимодействие биосферы с окружающей средой, формировавшееся и совершенствовавшееся на
протяжении миллиардолетий?» [1, с.115]. Часто используется в современной философии и
публицистике понятие «ноосфера», но каждый автор понимает его по-своему, и значения
ему приписываются противоположные. Одни считают, что ноосфера уже реализована,
другие – что это будущее состояние человечества, третьи – что это недостижимая утопия,
четвертые – что это угроза для природы и человека [9, с.12-22]. Можно привести большое
количество высказываний философов, призывающих к построению ноосферы – социоприродной системы, «в которой планетарное опережающее управление реализуется нравственно-справедливым разумом человека и глобальным интегральным интеллектом, формируемым с помощью компьютерных и телекоммуникационных технологий» [20, с.704].
Но столь же часто концепция ноосферы обвиняется в оправдании антиэкологической направленности современной цивилизации [12, с.471-472], а сама ноосфера отождествляется
с деградировавшей природой. Например, так считает Э.С.Демиденко: «Хотим мы этого
или нет, но ноосфера формируется как антипод биосферы, не только как подчиняющая
разуму человеческого рода природное, но и как сфера, разрушающая созданные биологические системы… Уничтожаемый природный мир заменяется техно-искусственным. Ноосфера на Земле утверждается посредством техносферы, вытесняющей дикую природу»
[10, с.67]. Одним из величайших мифов нашего времени называет Э.С.Демиденко миф о
ноосфере как о воплощенном идеале, «в ее бездоказательно оптимистическом и некритическом понимании»: ее становление неизбежно связано с социализацией природы, а значит – с угасанием «дикого», естественного природного мира. Не сбудется предсказанное
В.И.Вернадским гармоничное вхождение биосферы в новую реальность: реальная ноосфера, создаваемая реальными людьми, вытеснит природный мир, и впереди – мир ноосферный, «холодный, бездушный и безрадостный, по крайней мере для биосферного человека» [8, с.227]. «Ноосферно-техногенное состояние» станет не коэволюцией природы и
человека, а цивилизацией «машинно-человеческого мышления и действия» [8, с.128-129].
В.А.Кутырёв также критикует концепцию В.И.Вернадского и, отождествляя техносферу и
ноосферу, противопоставляет их биосфере. «Ноосфера как реальность является искусственной средой, которая теснит и подавляет ареал биологического бытия… Структурно
ноосфера и техносфера – синонимы» [15, с.26-27]. Гармоничная ноосфера – «сциентистский аналог мечтаний о рае» [15, с.6], а надежды В.И.Вернадского на гармонизацию природного и социального бытия с помощью разума не оправдались. Человек может только
губить природу, ноосфера – не более совершенная форма биосферы, а ее вырождение.
«Ноосфера или сфера Разума… в реальности предстала как техносфера. Как искусственная среда, подавляющая и вытесняющая естественную» [15, с.160].
Таким образом, русский космизм – социокультурное явление, воспринимающее человека в качестве органичной части космического единства, реализующей свою актив111
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
ность в совершенствовании мироздания. Космисты считали, что нынешнее негармоническое состояние мира и человека делает необходимым их совершенствование через технический и духовный прогресс. Представители философии космизма рассматривали все
происходящее на Земле в единстве с космическими процессами и видели предназначение
людей не в познании природы, а в ее преобразовании (в том числе и с помощью техники).
Космисты называли творческие способности человека орудием дальнейшей эволюции
Вселенной. Технический прогресс и космическая экспансия человечества оказывались в
их работах не экспансией и потребительским «покорением природы», а очередным этапом
становления «космического разума», который сможет, вопреки закону возрастания энтропии, вечно вести Вселенную к совершенствованию и придавать ее процессам разумность.
Предлагаемые русским космизмом проекты будущего могут рассматриваться как перспективные цели, главное назначение которых – напоминать людям об их реальном несовершенстве и побуждать к совершенствованию. Но для разработки практически реализуемых программ концепции космистов не годятся, в том числе потому, что созданы они были около столетия назад, а с тех пор знания людей о биосфере и самих себе расширились.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
Баландин, Р.К. Ноосфера или техносфера? / Р.К.Баландин // Вопросы философии. – 2005. – №6.
Батищев, Г.С. Особенности культуры глубинного общения / Г.С.Батищев // Вопросы философии. –
1995. – №3.
Борисова, Е.М. Репрезентация идей русского космизма в экофилософии / Е.М.Борисова // Философия и
будущее цивилизации: тез. докл. IV Рос. филос. конгресса. – М., 2005. – Т.3.
Вернадский, В.И. Биосфера и ноосфера / В.И.Вернадский. – М., 2003.
Вернадский, В.И. Живое вещество / В.И.Вернадский. – М., 1978.
Вернадский, В.И. Начало и вечность жизни / В.И.Вернадский. – М., 1989.
Вернадский, В.И. Философские мысли натуралиста / В.И.Вернадский. – М., 1988.
Демиденко, Э.С. Ноосферное восхождение земной жизни / Э.С.Демиденко. – М., 2003.
Демиденко, Э.С. Основные направления в концепции ноосферы / Э.С.Демиденко // Проблемы современного антропосоциального познания. – Брянск, 2004. – Вып.2.
Демиденко, Э.С. Философия формирования урбанистической и ноосферной культуры / Э.С.Демиденко
// Историческая поступь культуры: земледельческая, урбанистическая, ноосферная. – Брянск, 1994.
Казарян, В.П. У истоков экологического мышления в России. (Экологическая философия Н.А.Умова) /
В.П.Казарян // Вестн. МГУ. Философия. – 1998. – №1.
Казютинский, В.В. Космизм / В.В.Казютинский // Глобалистика: энциклопедия. – М., 2003.
Ковалев, А.М. Изменяющийся и самоорганизующийся мир / А.М.Ковалев. – М., 1999.
Ковалев, А.М. Общество – саморазвивающийся организм / А.М.Ковалев. – М., 2000.
Кутырёв, В.А. Естественное и искусственное: борьба миров / В.А.Кутырев. – Н.Новгород, 1994.
Попкова, Н.В. Введение в философию техники / Н.В.Попкова. – Брянск, 2006.
Попкова, Н.В. Техногенное развитие и техносферизация планеты / Н.В.Попкова. – М., 2004.
Попкова, Н.В. Философия техносферы / Н.В.Попкова. – М., 2007.
Туровский, М.Б. Концепция В.И.Вернадского и перспективы эволюционной теории / М.Б.Туровский,
С.В.Туровская // Вопросы философии. – 1993. – №6.
Урсул, А.Д. Ноосфера / А.Д.Урсул // Глобалистика: энциклопедия. – М., 2003.
Федоров, Н.Ф. Из материалов к 3 тому «Философии общего дела» / Н.Ф.Федоров // Вопросы философии. – 1993. – №1.
Федоров, Н.Ф. Сочинения / Н.Ф.Федоров. – М., 1982.
Чемерисова, Н.В. Идея преображения человека в философии русского космизма / Н.В.Чемерисова //
Философия и будущее цивилизации: тез. докл. IV Рос. философ. конгресса. – М., 2005. – Т.3.
Яншина, Ф.Т. Ноосфера В.Вернадского: утопия или реальная перспектива? / Ф.Т.Яншина // Общественные науки и современность. – 1993. – №1.
Материал поступил в редколлегию 15.01.10.
112
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ
УДК 504:001.12/.18; 504.75.05
А.В. Корсаков
ВЛИЯНИЕ КОМПЛЕКСА ФАКТОРОВ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО
НЕБЛАГОПОЛУЧИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА ЧАСТОТУ
ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫХ НОВООБРАЗОВАНИЙ У ДЕТЕЙ
Приведена сравнительная оценка частоты первичной заболеваемости всеми формами злокачественных новообразований у детей экологически неблагополучных территорий Брянской области за четырнадцатилетний период (1995-2008 гг.). Установлены статистически достоверные различия частоты злокачественных
новообразований у детей на территориях экологического неблагополучия окружающей среды.
Ключевые слова: злокачественные новообразования, экологическое неблагополучие, токсические вещества,
плотность радиоактивного загрязнения, многофакторная загрязненность среды.
Глобальный устойчивый рост заболеваемости злокачественными новообразованиями и смертности от них становится очевидным. По последним экспертным оценкам Международного агентства по изучению рака (МАИР), в 2002 г. в мире количество вновь заболевших раком составляло более чем 140 млн человек, тогда как в 1990 г. их число не
превышало 8 млн [7]. Наблюдается также устойчивый рост онкологических заболеваний у
детей. По данным Московского научно-исследовательского онкологического института
им. П.А. Герцена и Российского онкологического научного центра им. Н.Н. Блохина [6], в
1989 г. среднероссийский показатель частоты общей заболеваемости всеми формами злокачественных новообразований у детей составлял 2,1 на 1000 детского населения, в 1999
г. он увеличился более чем в 2 раза (4,5), а в 2008 г. – еще в 1,6 раза (7,1). Таким образом,
по сравнению с 1989 г. в 2008 г. онкологическая заболеваемость у детей увеличилась в 3,4
раза, или на 71,4%. Прослеживая динамику роста заболеваемости злокачественными новообразованиями за 25-30 лет, можно прийти к выводу о том, что темп прироста заболеваемости раком превышает темп прироста населения за тот же период.
По мнению экспертов МАИР, доминирующую роль (75-80%) в происхождении злокачественных новообразований играют факторы окружающей среды, главным образом
токсико-химические компоненты. Онкологическая заболеваемость населения напрямую
зависит от качества воды, воздуха, продуктов питания, соблюдения санитарногигиенических норм и может служить индикатором экологического неблагополучия среды. Постоянное обострение экологической ситуации приводит к повышению числа мутагенных факторов, создавая реальную основу для увеличения генетического груза, изменения темпов мутационного процесса. Однако данные, указывающие на причины и закономерности формирования злокачественных новообразований, определяющие иерархичность (распределение по степени агрессивности) техногенных факторов среды, отсутствуют.
Фоновое техногенно-токсическое загрязнение окружающей среды достигает чрезвычайных размеров: до 10 ПДК в 124 городах и до 5 ПДК в 204 городах России [1]. 47% населения Брянской области проживает в районах с высоким и очень высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха [1]. Несмотря на прошедшие от момента аварии на Чернобыльской атомной электростанции (ЧАЭС) 24 года, экспоненту естественного распада
основных радионуклидов, а также на проведенный комплекс работ по дезактивации среды, радиоактивность по 137Сs и 90Sr юго-западных территорий Брянской области остается
достаточно высокой [5].
113
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Первые данные о росте онкологической заболеваемости (преимущественно раком
щитовидной железы) у детей и подростков в России, получивших облучение в результате
аварии на ЧАЭС, относятся к 1994 г. [2]. Поэтому автором проведена сравнительная оценка онкологической заболеваемости детского населения Брянской области с 1995 по 2008г.
В Брянской области вследствие аварии на ЧАЭС образовалась не встречающаяся на
других территориях экологическая среда, уникальная как в плане повышенной радиоактивной загрязненности юго-западных территорий области, так и в плане появления территорий новейших, неизвестных ранее (до аварии) комбинированных радиационнотоксических и радиационно-изолированных (экологически благополучных по токсическим компонентам) экосистемных воздействий (при равных дозах радиационных нагрузок
на население) [3].
Анализ научных публикаций за последние 30-35 лет указывает на отсутствие исследований комбинированного влияния на здоровье населения радиационного фактора при
сопутствующих техногенно-токсических воздействиях окружающей среды. Динамика
частоты злокачественных новообразований у детского населения, проживающего при такой многофакторной загрязненности среды, не исследована. Изучение динамики заболеваемости злокачественными новообразованиями детского населения, проживающего в таких условиях, представляется крайне важным и необходимым для прогнозирования эффективности вкладов техногенно-токсических факторов среды в стохастические реакции
населения на радиоактивную загрязненность вследствие аварии на ЧАЭС. Какова частота
новообразований у детей и насколько велика их связь с загрязнением окружающей среды
радионуклидами и техногенными токсикантами – основной вопрос настоящей статьи.
Материалы и методы исследования. Проведена сравнительная оценка частоты
первичной заболеваемости детского населения всеми формами злокачественных новообразований за четырнадцатилетний период (1995-2008 гг.) на экологически благополучных
(контрольных), радиационных (вследствие аварии на ЧАЭС), токсико-химических (вследствие накопления промышленных выбросов) и сочетанных радиационно-токсических территориях Брянской области. Первичная заболеваемость детского населения всеми формами злокачественных новообразований оценивалась как наиболее достоверный показатель
стохастических реакций (в отличие от общей заболеваемости, когда имеется возможность
повторного обращения одного и того же пациента).
Выделены следующие районы Брянской области по комплексному воздействию
факторов экологического неблагополучия окружающей среды (табл. 1) [4; 5]: 1) Клетнянский– с малой плотностью радиоактивного и техногенно-токсического загрязнения окружающей среды (экологически благополучный); 2) Гордеевский– с высокой плотностью
радиоактивного загрязнения и малой плотностью техногенно-токсического (радиационноизолированный); 3) Дятьковский– с малой плотностью радиоактивного загрязнения и максимально высокой плотностью техногенно-токсического (токсический); 4) Новозыбковский– с высокой плотностью радиоактивного и техногенно-токсического загрязнения (сочетанный радиационно-токсический).
Среднегодовые выбросы газообразных токсических метаболитов на отдельного жителя рассматриваемых районов [4] и плотность радиоактивного загрязнения по 137Сs [5]
представлены в табл. 1.
Динамика первичной заболеваемости детского населения всеми формами злокачественных новообразований за 1995-2008 гг. представлена в табл. 2 и на рисунке.
Результаты исследования:
1. Установлены статистически достоверные различия частоты первичной заболеваемости детского населения всеми формами злокачественных новообразований за четырнадцатилетний период (1995-2008 гг.) на экологически неблагополучных территориях Брянской области.
114
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
суммарная
диоксидом серы (SO 2 )
оксидом углерода
(CO)
оксидами азота
(NO x )
углеводородами
(СН)
3,4-бенз(а)пиреном
(C 20 H 12 )
Плотность радиоактивного
загрязнения по 137Cs, кБк/м2
2. Количество злокачественных новообразований у детей Клетнянского района статистически достоверно (р<0,001) меньше по сравнению с показателями других районов
Брянской области (в 3,7 раза) и общероссийскими показателями (в 2,8 раза), что указывает
на экологическое благополучие данного района.
Таблица 1
Токсическая и радиоактивная загрязненность окружающей среды (1999-2008 гг.)
Загрязненность газообразными токсикантами, кг/чел./год
Клетнянский
1,47±0,31
0,53±0,12
0,26±0,06
0,68±0,14
0,00
0,00
28,1
Гордеевский
1,52±0,85
0,00
0,69±0,20
0,83±0,34
0,00
0,00
661,9
Дятьковский
183,6±19,0
41,3±5,40
73,0±10,6
62,2±13,5
4,6±1,00
2,5±0,32
29,6
Новозыбковский
67,7±8,02
10,7±2,58
31,5±4,15
22,1±3,82
2,1±0,30
1,3±0,14
504,3
Районы
Брянской
области
Таблица 2
Динамика первичной заболеваемости детского населения всеми формами
злокачественных новообразований (на 1000 детского населения)
Районы Брянской области
Год
РФ
НовозыбковГордеевДятьковский Клетнянский
ский
ский
1995
1,9
0,2
1,8
1,3
1,6
1996
1,6
0,2
2,8
1,3
1,7
1997
1,2
0,2
2,8
0,0
1,9
1998
2,0
0,4
2,7
2,3
2,1
1999
1,0
0,2
3,0
2,0
2,2
2000
1,5
0,2
4,3
3,0
2,3
2001
1,1
0,2
3,7
1,7
2,4
2002
2,7
0,5
4,9
2,8
Нет свед.
2003
3,8
1,6
4,8
2,8
Нет свед.
2004
3,5
0,6
7,2
4,9
Нет свед.
2005
5,4
0,3
6,0
4,5
3,4
2006
5,1
3,8
5,4
4,4
3,5
2007
3,0
1,4
4,3
4,6
3,8
2008
3,7
2,4
6,3
6,2
Нет свед.
М±m
2,7±0,39
0,9±0,29
4,3±0,42
3,0±0,46
2,5±0,21
115
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
8,0
7,0
6,0
Клетнянский район
5,0
Дятьковский район
4,0
Гордеевский район
3,0
Новозыбковский район
2,0
1,0
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
2000
1999
1998
1997
1996
1995
0,0
Рис. Динамика первичной заболеваемости детского населения всеми формами
злокачественных новообразований (на 1000 детского населения)
3. При резком увеличении плотности радиоактивного загрязнения по 137Cs (в 23,5
раза), но при сохранении экологического благополучия среды по ее токсико-химическим
параметрам в Гордеевском районе частота злокачественных новообразований у детей статистически достоверно (р<0,05) меньше, чем в радиационно-токсическом Новозыбковском районе. Это указывает на дополнительное влияние фоновых техногенно-токсических
метаболитов на частоту заболеваемости детского населения злокачественными новообразованиями на территориях, пострадавших вследствие аварии на Чернобыльской АЭС.
4. Регистрируется статистически достоверное (р<0,001; р<0,01) увеличение случаев
злокачественных новообразований у детей Новозыбковского района по сравнению как с
общероссийскими показателями (в 1,7 раза), так и с аналогичным показателем в районе
максимального техногенно-токсического загрязнения окружающей среды (в 1,6 раза).
5. Не выявлено статистически достоверных (р>0,05) различий частоты новообразований у детей Гордеевского и Дятьковского районов. Это указывает на однонаправленный
стохастический характер реакций на токсические метаболиты окружающей среды и отсутствие роста частоты новообразований у детей радиационно-изолированных и токсических районов по сравнению с общероссийскими показателями.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Государственный доклад о состоянии и об охране окружающей среды в Российской Федерации в 2008 г.
/ Мин-во природ. ресурсов и экологии Рос. Федерации. – М., 2009. – 488 с.
2. Демидчик, Е.П. Рак щитовидной железы у детей (последствия аварии на Чернобыльской АЭС) / Е.П.
Демидчик, А.Ф. Цыб, Е.Ф. Лушников. – М.: Медицина, 1996. – 206 с.
3. Пивоваров, Ю.П. Радиационная экология: учеб. пособие для студентов вузов / Ю.П. Пивоваров, В.П.
Михалёв. – М.: Академия, 2004. – 240 с.
4. Степаненко, П.А. Выбросы наиболее распространенных загрязняющих атмосферу веществ, отходящих
от стационарных источников в Брянской области в 1999-2008 гг. (согласно отчетам ТП-1 (воздух)) / П.А.
Степаненко // Материалы Управления Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека. – Брянск, 2009. – 20 с.
5. Средние накопленные за 1986-2001 гг. эффективные дозы облучения (включая дозы облучения щитовидной железы) жителей населенных пунктов Брянской, Калужской, Липецкой, Орловской, Рязанской и
Тульской областей Российской Федерации, отнесенных к зонам радиоактивного загрязнения по постановлению Правительства Российской Федерации № 1582 от 18 декабря 1997 года «Об утверждении перечня населенных пунктов, находящихся в границах зон радиоактивного загрязнения вследствие катастрофы на Чернобыльской АЭС»: справочник / под ред. Г.Я. Брукка. – М.: Мин-во здравоохранения РФ,
2002. – 206 с.
6. Утка, В.Г. Заболеваемость новообразованиями детского населения Брянской области и Российской Федерации с 1989 по 2008 гг. / В.Г. Утка, Е.А. Ермилова // Материалы Департамента здравоохранения
Брянской области (Медицинский информационно-аналитический центр). – Брянск, 2009. – 73 с.
7. Parkin, D.M. Global cancer statistics-2002 / D.M. Parkin, F. Bray, J. Ferlay, P. Pisani // CA Cancer J. Clin. –
2005. – Vol. 55. – P. 74–108.
Материал поступил в редколлегию 8.02.10.
116
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
СОЦИАЛЬНО-ПСИХОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 159.9 (075)
Ю.В. Бабанова
ПРОБЛЕМЫ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В ПРОЦЕССЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
16-ФАКТОРНОГО ЛИЧНОСТНОГО ОПРОСНИКА
Рассмотрены индивидуально-психологические проблемы принятия психодиагностических решений. Описаны общие черты, характеризующие механизмы принятия решений на разных уровнях личностной организации и для широкого круга задач (как когнитивных, так и социальных). Обсуждены способы количественной
обработки информации с использованием 16-факторного личностного опросника, такие, как установка на
согласие, установка на социально одобряемые ответы и установка на неопределенные ответы.
Ключевые слова: принятие решений, 16-факторный личностный опросник, индивидуально-ориентированное
тестирование, прогностическая валидность.
Известно, что измерение, как неотъемлемая часть научного метода, играет определенную роль в получении научных и технических знаний в различных сферах человеческой деятельности. Измерение, следовательно, должно рассматриваться как информационный процесс и опираться на достижения информационных технологий (ИТ). Средством
реализации этих процессов и технологий призваны быть измерительные информационные
системы (ИИС).
Однако в настоящее время наблюдается значительный дисбаланс между чрезвычайно быстрым развитием и впечатляющими успехами в области ИТ (особенно в сфере социально-психологических измерений), предоставляющих средства для компьютерной обработки и эффективной визуализации разнообразных данных и знаний, и состоянием теории и, как следствие, практики измерений. Отсутствие теории ИСС, адекватной их новому
содержанию, обусловленному достижениями ИТ, приводит к невозможности использования таких критериев качества сбора измерительных данных, как познавательная способность в области профотбора и профессиональной деятельности, что, в свою очередь, ведет
к неоправданно большим объемам измерений и необходимости сжатия данных. Узость
традиционных взглядов на измерение вынуждает такие существенные измерительные области, как контроль, диагностика и распознавание, рассматривать как отдельные дисциплины, объединяя эти области и саму теорию измерений.
Общепринятое определение ИСС как совокупности измерительных, вычислительных и других средств для получения, преобразования и обработки измерительной информации с целью предоставления пользователю или осуществления функций контроля, диагностики и идентификации нуждается в наполнении новым содержанием. Это обусловлено тем, что современные ИСС в системах профотбора обычно исследуют сложные объекты, характеризующиеся многими неоднородными свойствами, с привлечением мультисенсоров и распределенных сетевых средств. Для целостной оценки собранной об объекте
профотбора информации принципиально необходимо использование не только количественных, но и качественных шкал.
В исследованиях отечественных психологов, связанных с построением системы
профессионально-психологического отбора (ППО) персонала, показано, что она базируется на ряде принципов с учетом межсистемных взаимодействий и интегральной структуры
изучаемого предмета[1;2;4;6;12].
В работе групп профессионального отбора, отделов по управлению персоналом и
других подразделений, занимающихся оценкой человека, часто встает задача не столько
интерпретации полученных данных, сколько принятия быстрого и обоснованного реше117
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
ния о пригодности либо непригодности человека к выполнению своих обязанностей. Решение этой задачи особенно актуально при большом числе обследуемых [10;11]. Традиционно данная задача относится к решаемым с помощью построения системы распознавания образов [3].
При построении системы распознавания возникают следующие группы задач:
1. Предоставление исходной информации в удобной для пользователей форме.
2. Выделение значимых признаков из полученных исходных данных.
3. Построение решающих правил классификации, необходимых для процесса распознавания, т. е. определение параметров шкал классификации.
Все три группы задач тесно увязаны между собой. Успешность их решения зависит
от того, насколько эффективно учитываются особенности предметной области и самого
объекта исследования.
Особенности предметной области. Под предметной областью (ПО) понимается реальная или абстрактная система, которая существует независимо от системы классификации. ПО состоит из объектов, которые могут принадлежать к одному или нескольким
классам, атрибутов объектов и отношений между объектами.
Объект анализа есть часть ПО. В нашем случае это персонал, психофизиологические характеристики которого могут быть измерены и соотнесены с определенными психофизиологическими состояниями (ПФС). Объект диагностики обладает своими параметрами и отношениями с другими объектами данного вида. Особенностью объекта диагностики является то, что он описывается большим числом неоднородных, сложно структурированных параметров, во множестве которых действительными могут оказаться латентные факторы, определяющие, например, появление «выбросов» на отдельных шкалах
психологического теста [5].
Класс объекта – некоторая категория, определяющаяся рядом свойств, общих для
всех ее элементов[12]. В данном случае под классом понимается конкретная группа упорядоченных по некоторому признаку объектов. К примеру, в соответствии с классификацией стадий адаптации оператора выделено 4 класса: удовлетворительная адаптация;
функциональное напряжение; перенапряжение (недостаточная адаптация); истощение
(срыв, «поломка» адаптации) [4].
Особенностью рассматриваемой ПО является то, что классы объектов определенным
образом упорядочены на некоторой оси (например, по степени адаптации). Данная особенность выступает также и в виде ограничения, ибо не позволяет принимать к рассмотрению классы объектов, которые не могут быть упорядочены.
Кроме того, классы нечетки (размыты), т. е. каждый объект в данной ПО может одновременно принадлежать, с разной степенью достоверности, к двум или нескольким нечетким классам. Это обстоятельство является принципиальным, ибо оно не связано с недостатком априорной информации об объектах, а подчеркивает нестатическую природу
неопределенности оценки параметров объектов и представлений классов. Следствием является факт наличия в данной ПО большого числа объектов промежуточного характера. К
примеру, процесс перехода от удовлетворительной адаптации к функциональному напряжению персонала может проходить множество стадий, в ходе которых принадлежность к классу № 1 (удовлетворительная адаптация) уменьшается, а принадлежность к
классу № 2 (функциональное напряжение) растет.
Одной из значимых проблем при проведении профессионально-психологического
отбора является учет возможных и наиболее характерных функциональных состояний исследуемого специалиста. Параметром, относящимся к разряду базовых, выступает эмоциональная устойчивость (неустойчивость). Переживание неблагоприятных функциональных состояний, являющихся одним из важнейших аспектов анализа в системе ППО,
приводит к ухудшению таких объективных характеристик труда, как надежность, продук118
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
тивность, быстродействие, качество работы, служит причиной аварий, травм по вине человеческого фактора [7-9].
В военно-психологических исследованиях, связанных с системой ППО в различных
родах и видах вооруженных сил, показана возможность формализованного описания объектов, которые описываются многомерными параметрами с качественно различной структурой [2;5;7;9;12].
Параметр (признак, атрибут, переменная) характеризует один из аспектов описания
класса объектов. Как правило, каждый параметр имеет значение для каждого объекта в
данном классе. Особенностью рассматриваемой ПО является то, что объект может описываться параметрами в различных формах представления [5]:
1. Числовая – значение параметра определяется числом на числовой оси.
2. Интервальная – значением параметра является интервал, представленный в виде
двух чисел, характеризующих его крайние точки. Например, уровень невротизации исследуемого персонала может быть определен интервалом 4…6, показывающим , что для конкретного специалиста он колеблется между числами 4 и 6. Для нечетко определенных интервалов указываются значения их функций принадлежности.
3. Нечеткое распределение – тесно связано с интервальной структурой параметра и
используется, когда эксперт, оценивающий специалиста, с определенной уверенностью
может сказать, что уровень невротизации, к примеру, на 80% имеет оценку 4 стена, на
15% - 5 стенов и на 5% - 6 стенов. При наличии статистики такое представление параметра может быть определено вероятностным распределением.
4. Профиль - значением параметра является последовательность чисел, отражающая
развитие процесса во времени, в пространстве, график изменения чего-либо. Профильный
способ представления характеризует целостность описания объекта, а следовательно, и
анализа. Такое представление наиболее характерно для рассматриваемой в настоящей статье предметной области.
Таким образом, предмет может описываться параметрами, имеющими различную
структуру. Для решения задачи представления информации в удобной для пользователя
форме при построении алгоритма классификации необходимо обеспечить пользователю
возможность работать именно с подобным, естественным для него представлением параметров.
Отношение объединяет объекты из нескольких классов, определяет и фиксирует
форму связи между объектами. Особенностью решаемой задачи является то, что нас интересуют только отношения классификации, которые позволяют классифицировать элементы предметной области (объекты), образовывать классы элементов, устанавливать отношения между классами, а также отдельными элементами.
Таким образом, были выделены следующие особенности рассмотренной ПО:
1.Объекты характеризуются большим числом количественно-качественных параметров (в описании человека их число может достичь нескольких сотен).
2.Объекты описываются конечным множеством взаимосвязанных параметров, которые определяют целостность представления образов состояний объектов.
3.Классы объектов определенным образом упорядочены на некоторой числовой оси
и в общем случае определены нечетко во множестве описаний их образцов.
Аналогичным образом могут быть проанализированы и любые другие предметные
области, связанные с состоянием или деятельностью человека. Формализуем теперь задачу оценки ПФС персонала.
Постановка задачи. Пусть каждый исследуемый объект характеризуется набором
из L нечетко диагностируемых (в общем случае) параметров. Введем в рассмотрение Lмерное пространство параметров R¹ , тогда каждому объекту соответствует точка X c R¹ .
Выделим во множестве показателей {V}, описывающих объект, подмножества C € V,
отличающиеся типологическим содержанием. Это могут быть показатели как с числовой
119
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
структурой, так и со структурой профильного типа, в виде количественных и качественных характеристик, строковых образов и т.д. [4;5].
Выделим из множества состояний объекта такие их группы (Zi), классификация которых достаточно хорошо известна (в общем случае нечетко), и назовём их классами. В
отношении каждой из этих групп известен кортеж
<{H(Zi);mj(Zi)}:j=1,K;i=1,N>,
где H(Zi) – множество описаний образа i-го объекта из состава обучающей выборки (ОВ),
находящегося в группе состояний Zi ; H(Zi)=UHc(Zi) ; Hc(Zi) – вариант описания образа iго объекта из состава ОВ посредством подмножества признаков C € V ; N – число объектов в ОВ; K – множество классов состояния, к которым могут принадлежать объекты.
Пусть, далее, имеется обучающая выборка объектов X={xi,…,xn}, о каждом из которых известно, к какому из К классов Pi,…,Pn он принадлежит (в общем случае такая классификация может быть нечеткой). Количество объектов N в ОВ будем называть объемом
ОВ.
Для каждого из объектов обучающей выборки xi € X(i=1,N) введем характеристическую функцию, задающую априорное разбитие Pi,…,Pn на классы:
0<Wi(x)≤1 при x Є Pj;
при x ⁄€ Pj.
Wi(x)=
i=1,N , j=1,K; x € X; W € [0,1];
Для каждого из показателей i-го объекта ОВ (i=1,N; l=1,L) зададим величину mo(xil),
характеризующую степень достоверности определения i-го объекта ОВ: 0≤ mo(xil) ≤1.
Таким образом, ОВ представляется кортежем вида
V=< Xi, mo(xi),wj(xi)>; i=1,N , j=1,K,
где Xi - вектор показателей (в частном случае в виде профиля), описывающих i-й объект
ОВ; mo(xi) – вектор, характеризующий степень достоверности определения показателей iго объекта ОВ; wj(xi) – характеристическая функция для i-го объекта ОВ, определенная на
множестве классов.
В табл. 1 и 2 приведены два варианта описания ОВ: традиционное и профильное.
Таблица 1
Обучающая выборка (традиционное описание)
Представление результатов теста Кетелла
(параметры)
№ объекта
1
2
3
4
5
6
ДостоПринадлежверность
ность
к
к
определе- классу классу
№1
№2
ния
m o (x i ) ( W 1 ) ( W 2 )
А
В
С
Е
F
G
Н
I
L
М
N
О
Q1
Q2
Q3
Q4
6
7
5
8
6
6
8
8
7
8
7
8
7
7
7
5
4
5
6
б
7
7
6
7
б
5
6
5
3
5
7
9
6
5
8
7
4
4
10
5
3
4
5
5
5
б
5
4
5
б
б
4
4
4
5
б
4
3
3
3
7
8
7
4
б
4
4
5
3
б
б
6
4
5
3
7
6
5
7
8
6
4
5
5
7
9
5
4
6
5
7
9
б
4
5
6
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
0,90
0,80
0,75
0,25
0,20
0,10
0,10
0,20
0,25
0,75
0,80
0,90
Примечание. Параметр может иметь только числовую структуру (соответственно ОВ содержит 16
параметров).
120
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Таблица 2
№ объекта
Обучающая выборка (профильное описание)
Достоверность
определения
m0
Представление результатов теста Кетелла
(профиль)
Принадлежность
к классу
№1
(W 1 )
к классу
№2
(W 2 )
1
6 8 7 6 6 7 7 5 5 5 7 4 4 7 7 7
1,0
0,90
0,10
2
3
4
5
6
7
5
8
6
6
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
0,80
0,75
0,25
0,20
0,10
0,20
0,25
0,75
0,80
0,90
8
7
8
7
8
7
7
5
4
5
6
7
7
6
7
5
6
5
3
5
9 4
6 10
5 5
8 3
7 4
5
5
6
5
4
6
6
4
4
4
6
4
3
3
3
8
7
4
6
5
5
3
6
6
6
5
3
7
6
5
8
6
4
5
5
9
5
4
6
5
9
6
4
5
6
Для дальнейшего рассмотрения возьмем профильный вариант ОВ. Во-первых, это
позволит более наглядно показать особенности метода. Во-вторых, на наш взгляд, главной
особенностью рассматриваемых объектов является то, что профиль представляет собой
целостное описание объекта - его образ (гештальт). Подобный образ с точки зрения когнитивной психологии достаточно сложно описывается разрозненными признаками, как
это делается при традиционном описании ОВ (табл.1).
Будем рассматривать класс линейных количественных мер F M (λ,x° B ) = (λ,x° B ),
где λ = { λ 1 ,..., λ T ) -вектор весовых коэффициентов; х° в = {x 1 ,...,x t } - вектор нормированных показателей объектов с учетом, в общем виде, их парных, тройных и прочих эффектов.
Тогда задача определения параметров шкалы классификации нечетко определенных
объектов будет состоять в том, чтобы, варьируя значения вектора К, определить такое
значение разделяющей поверхности F M {λ,x° B ), которое соответствовало бы наилучшему
с точки зрения ошибки распознавания Ф{λ,ω) разделению объектов ОВ на К классов.
Принципиальной особенностью решения этой задачи является нечеткость, проявляющаяся не только в нечеткости отношений предпочтения, заданных характеристическим вектором, но и в возможной нечеткости выделения и измерения самих признаков (параметров)
объектов, в пространстве которых осуществляется классификация. Это не позволяет использовать классические алгоритмы нечеткой классификации, а требует применения специализированных алгоритмов.
Методика решения. Задача классификации рассматриваемых объектов состоит в
том, чтобы качественные или порядковые отношения объектов обучающей выборки преобразовать с достаточной определенностью в количественную метрическую структуру в
пространстве, отражающую в некотором приближении классификационные представления эксперта. Отметим, что известные статистические методы анализа оказываются неприменимы, в первую очередь из-за нарушения аксиом классической вероятностной схемы. Это определяет необходимость поиска новых постановок задачи классификации. На
наш взгляд, большие возможности открываются с использованием теории нечетких множеств. Учет нечеткости позволяет получать более точные сведения о принадлежности
объекта к тому или иному классу. Однако, как показывает анализ, сложность решения подобных задач в рассматриваемой постановке (при наличии многомерной разнородной
структуры нечетких исходных данных) связана в первую очередь не только с нечеткостью
121
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
исходных данных, но и с неметрическим разнородным характером описания показателей
объектов в обучающей выборке. Учитывая указанные особенности, решение задачи классификации типов специалистов следует искать в рамках совместного использования неметрических методов многомерного шкалирования [2;5] и размытой классификации [1-3].
Проблема состоит в том, чтобы на основании ОВ создать такие описания образов объектов, которые позволили бы синтезировать алгоритм их различения, учитывая многомерный, многопрофильный и нечеткий характер признаков.
Идея метода решения задачи состоит в следующем [5]. Разобьем алгоритм на два
подалгоритма: алгоритм обучения и собственно алгоритм классификации.
Алгоритм обучения состоит из следующих этапов:
1. Во множестве объектов ОВ находится базовый объект (Ь*) - некоторая фиктивная
(произвольно выбранная) начальная точка. Результатом является описание образа
базового объекта H c (Z Ь *) посредством типологического подмножества признаков С ЄV.
К примеру, выберем в качестве базового 1-й объект ОВ из табл.2. Тогда его образ будет
записан в следующем виде:
H c (Z h *) = H C (Z 1 ) = «6 8 7 6 6 7 7 5 5 5 7 4 4 7 7 7».
2. Качественные или порядковые отношения сходства объектов обучающей выборки преобразовываются в количественную метрическую структуру. Фактически осуществляется переход от неметрического к метрическому пространству показателей. Для этого
применяется процедура безразмерного шкалирования, определяющая векторы расстояний
R, для i-го объекта ОВ [5]: R, = D c (H c (Z,), Н c (Z Ь* )), i = l,N, где H c (Z,), H c (Z Ь *) - собственно описания образов i-го объекта ОВ и базового объекта посредством типологического
подмножества признаков CЄV; D c - функция, осуществляющая преобразование между
значениями типологических характеристик i -го объекта ОВ и базового объекта. В результате подобного преобразования вычисляется значение R,, характеризующее расстояние
между значениями типологических атрибутов i -го объекта ОВ и базового объекта. Особенностью является то, что для одного и того же параметра может одновременно существовать несколько функций D c . Так, для приведенной в табл. 2 обучающей выборки, описанной в виде профиля, одновременно имеются две функции преобразования: D c ' И D c 2.
Поэтому в табл.3 приведено метрическое описание ОВ, которая содержит уже два параметра: х,- результат преобразования профиля посредством функции D c ' и х 2 - результат
преобразования профиля посредством функции D c 2.
Таблица 3
№ объекта
Обучающая выборка ( метрическое описание)
Достоверность
определения
Результат преобразования профиля Кетелла посредством функции
D c1
( x1)
D c2
m 0 (x 1 )
(x 2 )
m 0 (х 2 )
Принадлежность
к классу
№ 1 (W 1 )
к классу
№ 2 (W 2 )
1
0,000
0,000
1,0
1,0
0,90
0,10
2
0,106
0,287
1,0
1,0
0,80
0,20
3
0,094
0,246
1,0
1,0
0,75
0,25
4
0,194
0,550
1,0
1,0
0,25
0,75
5
0,156
0,442
1,0
1,0
0,20
0,80
6
0,131
0,387
1,0
1,0
0,10
0,90
Примечание. В качестве базового был выбран 1-й объект ОВ.
122
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
3. Полученные векторы расстояний R для объектов ОВ могут далее использоваться в
процедурах размытой классификации (уже как метрические переменные) для определения
функции принадлежности объектов ОВ определенным классам. Методика их определения
приведена в [5].
В табл. 4 приведены результаты применения алгоритма многомерной нечеткой классификации [5]: весовые коэффициенты и центры классов для всех уровней достоверности,
а также суммарная ошибка распознавания Ф[b*= 1]= 2,7543911934. Кроме того, результатом является образ базового объекта H c (Z Ь *).
Таблица 4
Суммарная ошибка распознавания
№
класса
Уровень достоверности данных (а)
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0,143
0,143
0,164
0,028
0,028
0,028
0,028
0,028
0,003
0,000
2
0,396
0,396
0,405
0,353
0,353
0,353
0,353
0,353
0,314
0,000
Указанная процедура (пункты 1-3) повторяется до достижения минимальных различий (ошибки распознавания) между полученным вектором нечеткой классификации объектов OB w(Xj) и исходным характеристическим вектором w(Xi), i = 1, N, распределения
функций принадлежности объектов ОВ по классам, определенным экспертами или полученным в результате индуктивного обучения системы. При выполнении действий аналогичным образом в качестве базовых были рассмотрены все остальные объекты обучающей выборки (табл. 2) и рассчитана суммарная ошибка распознавания Ф для каждого из
них (табл. 4). Очевидно, что наименьшей ошибкой распознавания будет обладать ОВ в
метрическом описании, если в качестве базового будет выбран 4-й объект ОВ.
Таким образом, результатом применения алгоритма обучения для ОВ, представленной в табл. 2, стал ряд параметров: образ базового объекта H c (Z Ь* ) = H c (Z t ); массив центров классов; массив весовых коэффициентов; ошибка распознавания Ф. В дальнейшем
будем именовать их параметрами шкалы классификации (ПШК).
Алгоритм классификации включает следующие этапы (рисунок):
1.Осуществляется переход от неметрического описания классифицируемого объекта
к метрическому. Применяется процедура безразмерного шкалирования для определения
векторов расстояний R ct между классифицируемым и базовым объектами:
R cl =D c (H c (Z cl ), H c (Z Ь* )),
где H c (Z cl ), H c (Z Ь* ) - собственно описания образов классифицируемого и базового объектов посредством типологического подмножества признаков С Є V; D c - функция,
осуществляющая преобразование между значениями типологических характеристик
классифицируемого и базового объектов.
2.Полученные векторы расстояний R cl для классифицируемого объекта используются процедурой классификации как метрические переменные для определения функции
принадлежности классифицируемого объекта к выделенным классам. В рассматриваемых
примерах в качестве подобной процедуры использовалась процедура размытой классификации[5].
В табл. 5 приведены результаты применения процедуры безразмерного шкалирования. В результате исходные данные из неметрического представления были преобразованы в метрическую структуру. В табл. 6 приведены результаты классификации с использованием процедуры, описанной в [5].
123
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Результаты обучения:
центры классов;
весовые коэффициенты;
базовый объект
Исходные данные:
неметрическое описание
классифицируемого объекта
Базовый объект
(в неметрическом описании)
Классифицируемый объект
(в неметрическом описании)
1. Процедуры оценки расстояний
(между профилями по площади и по тенденции)
Классифицируемый объект
(в метрическом описании
2. Алгоритм многомерной нечеткой классификации
( режим классификации )
Результат классификации:
степени принадлежности классифицируемого объекта к именным классам
Прекращение работы алгоритма
Рис. Структурная схема алгоритма классификации
Исходные данные для классификации (метрическое описание)
№ объекта
1
2
Результат преобразования
профиля Кетелла посредством функции
D c1 (X 1 )
D c2 (X 2 )
0,287
0,479
0,237
0,262
Достоверность определения
m 0 (х 2 )
1,0
1,0
m 0 (х 1 )
1,0
1,0
Таблица 6
Результаты классификации
№ объекта
Таблица 5
Принадлежность
к классу № 1 (W 1 )
к классу № 2 (W 2 )
1
0,745
0,055
2
0,635
0,797
По данным табл.6 видно, что первый объект, имеющий завышенные значения факторов Кетелла, относится алгоритмом к руководителям продуктивного уровня (74%).
Это вполне объяснимо, если провести полную психологическую интерпретацию
профиля. Вместе с тем степени принадлежности к рассматриваемым классам руководите124
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
лей у объекта №2, имеющего заниженные значения, примерно одинаковые (63 и 80%).
Подобный результат характеризует классифицируемый объект как выходящий за рамки
классификационных правил для руководителей продуктивного уровня.
Рассмотренный подход к принятию быстрого и обоснованного решения о пригодности либо непригодности человека к выполнению своих обязанностей – не единственный.
Необходимо отметить, что при описании ПО рассматривался простейший случай линейного упорядочения классов, что не всегда оказывается верным для человека.
Кроме того, исследованы далеко не все структуры признаков и функции Dс, осуществляющие преобразование в метрическую структуру. Особенно это актуально для последовательностей ответов испытуемых на вопросы психологического теста. Не до конца
решены вопросы определения образа базового объекта.
Вместе с тем указанные недостатки не снижают практической ценности приведенного подхода. Во-первых, используется целостное описание объекта. Отпадает необходимость использования искусственных параметров. Особенно это актуально при интерпретации результатов тестирования. Традиционно результатом психологического тестирования считают значения факторов, полученные при пересчете первичных ответов обследуемого. Для теста Кетелла это факторы А, В, С, Е и т.д. Однако сами правила пересчета устанавливаются в процессе стандартизации теста на определенной выборке людей. Очень
часто подобная выборка не является репрезентативной. Причина, на наш взгляд, кроется в
том, что вместо целостного рассмотрения ответов обследуемого используются вторичные
показатели. Предлагаемый в данной статье подход позволяет преодолеть этот недостаток.
Естественно, возникают определенные сложности, связанные прежде всего с выбором
информативных признаков, по которым надо проводить классификацию. В случае наличия признаков с числовой структурой часто достаточно проведения факторного анализа
для выделения наиболее информативных признаков. При использовании признаков в виде
профиля проведение факторного анализа оказывается затруднительным. Следствием является незначительное преимущество применения традиционной схемы. Так, для ОВ, построенной по традиционной схеме (табл.1), минимальная ошибка распознавания Ф составила 1,973, что на 10% ниже достигнутой при предлагаемом подходе. Однако нельзя забывать про проблему снижения размерности пространства признаков, особенно в рассматриваемой ПО, где число признаков может достигать нескольких сотен. Так, при традиционном подходе в распознавании участвовало 16 признаков, а при предлагаемом –
всего один. Таким образом, благодаря целостному рассмотрению число признаков уменьшилось в 16 раз.
Во-вторых, учет нечеткости, особенно при оценке состояния человека, позволяет
давать более взвешенные и обоснованные оценки путем предоставления лицу, принимающему решение, данных о степени принадлежности объекта ко всем существующим
классам, а не к какому-то одному классу. Это поле отражает природу тестируемого человека.
В-третьих, существующие алгоритмы нечеткой классификации позволяют использовать для достоверной классификации ОВ небольшого объема, что дает возможность быстро перенастраивать параметры алгоритма при изменении условий функционирования.
В заключение отметим, что рассмотренный подход полностью программно реализован в среде Windows и прошел апробацию в экономико-психологическом прогнозировании успешности обучения и деятельности персонала.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бабанова, Ю.В. Определение прогностической валидности дидактических тестов, используемых в ЕГЭ,
на основе диагностики особенностей мышления / Ю.В. Бабанова, А.В. Никитин // Проблемы нострифи-
125
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
кации образовательных документов и сертификации тестовых технологий / под ред. В.В. Спасенникова.
– Брянск : БГУ, 2006.- С. 76-78.
2. Багрецов, С.А. Получение показателей (синтез моделей) профессионального соответствия на основе агрегирования оценок профессионально важных качеств // Теоретические основы и методы совершенствования управления подготовкой военных специалистов / ред. А.И. Захаров, В.А. Чипирев. – Л.:МО, 1990.
– С. 331-490.
3. А. с. 437898, МКИ609В/00. Устройство для оценки профессиональной пригодности операторов автоматизированных систем управления / С.А. Багрецов, В.Л. Гайдуков, В.В. Спасенников. - Бюл. №42. – 12с.
4. Голубев, А.А. Человеко-машинные методы решения многокритериальной задачи о назначениях претендентов на основе анализа компонент соответствия характеристик руководителя требованиям деятельности / А.А. Голубев // Проблемы психологии и эргономики. – Тверь, 2007. - № 1. – С. 17-27.
5. Деев, А.А. Автоматизация процедуры обследования при использовании 16-факторного личностного опросника / А.А. Деев, Г.В. Ложкин, В.В. Спасенников // Психологический журнал. – 1984. – Т. 5. - №6.- С.
106-110.
6. Голубев, А.А. Оценка профессиональной пригодности кандидатов как репрезентационная теория социально-экономических измерений / А.А. Голубев // Проблемы психологии и эргономики.- Тверь, 2008. - №
1. – С. 18-24.
7. Гришина, Л.Н. Методика экономической оценки профессионального психологического отбора операторов / Л.Н. Гришина, Н.Я. Косолапов // Труды І Всерос. конф. РПО по экон. психологии /под ред. В.В.
Спасенникова. – М. : Ин-т психологии РАН, 2000.- Т. 2.- С. 254-259.
8. Новиков, М.М. Перспективы развития экспериментальной психологии и эргономики на современном
этапе подготовки практических психологов/М.М. Новиков, С.А. Маничев //Проблемы нострификации
образовательных документов и сертификации тестовых технологий: материалы Всерос. науч.-практ. интернет – конф. / под ред. В.Д. Симоненко, В.В. Спасенникова. – Брянск : БГТУ, 2006.- С. 60-65.
9. Ростунов, А.Т. Методологические основы разработки системы профессионального психологического
отбора операторов / А.Т. Ростунов, Г.В. Ложкин, В.Л. Марищук. – М.: Ин-т психологии АН СССР, 1985.С. 198-202.
10. А. с. 1068975, МКИ 609В9/00. Устройство для оценки профессиональной пригодности операторов автоматизированных систем управления / Б.М. Герасимов, Г.В. Ложкин, В.В. Спасенников.- Бюл. №3.- 16с.
11. А. с. 1899455, МКИ609В7/07. Устройство для оценки психологической совместимости испытуемых /
В.В. Спасенников, С.Н. Торбин, С.Н. Федотов.- Бюл. №12.- 13с.
12. Спасенников, В.В. Анализ и проектирование групповой деятельности в прикладных психологических
исследованиях / В.В. Спасенников. – М.: Ин-т психологии РАН, 2008. - 202с.
Материал поступил в редколлегию 15.02.10.
126
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Abstracts
Medvedev D. M. One-step technological providing of wear resistance of cylindrical surfaces
of machine parts by machining work. The results of theoretical and experimental researches
under the decision of a problem of one-step technological providing of wear resistance of
cylindrical surfaces of machine parts at a stage of a design-technological preparation of
manufacture was considered.
Key words: wear resistance, one-step, technological providing, machining, turning, polishing,
cylindrical surfaces, machine parts
Bishutin S.G. Increase of operational characteristics of materials of details of pairs friction
at grinding. The opportunity of increase of operational characteristics of materials of pairs
friction is shown on the basis of regulation of thermal and power influences on a superficial layer
by a choice of rational modes of grinding.
Key words: operational characteristics, grinding, thermal influence, power influence, a
condition of a superficial layer.
Averchenkov A.V., Simuni A.E. Automation constructing control programs for multifunctional cnc based optimal strategy processing. The problems of automatic selection of
optimal processing strategies in the formation of control programs for CNC machine tools. A
description is given of software process automation control programs for the formation of
multifunctional CNC machine tools based on the selection of optimal processing strategies. The
place of the system developed in an integrated CAD companies.
Key words: design and technological elements of form, strategy processing, CAD, automated
system, CNC.
Kosmynin A.V., Scthetinin V.S., Smirnov A.V. The influence of angle between the poles of
magnetic conducor in gas-magnetic bearing of spindle assembly in grinding machine on it’s
exploitation indicators. The influence of magnetic force by angle between the poles of
magnetic conductor on the bearing ability and spindle assembly’s rigidity with a front gasmagnetic bearing was defined in the article. The comparative analyze of bearing ability and
spindle assembly’s rigidity in gas-magnetic and gas-static conditions has been done. The fields
of technological using such spindle assemblies were defined.
Key words: spindle assemblies, gas-magnetic bearing, angle between the poles of magnetic
conductor, spindle bearings, gas-static bearings, bearing ability, rigidity spindle assemblies.
Nikitenko A.V., Davydov V. М., Prokopenko А. А. Substantiation of parameters of the
roughness at processing of form-building equipment by the smal sizes tool. On the basis of
the analysis of requirements to operational indicators of quality of surfaces of form-building
modelling equipment and the analysis of kinematics of process of engraving it is defined
dependences between technological parametres of processing and parametres of a roughness of
surfaces.
Key words: еngraving, roughness, neural network, modelling equipment, smal sizes tool, formbuilding.
Chepchurov M.S, Hurtasenko A.V, Maslova I.V. Management vibrations of tool piece at
lathe treatment of big-size details. In article the management method by fluctuations of the
cutting tool with use of an adaptive control system and application of an additional source of
fluctuations is described. The scheme of management by vibrations, the adaptive scheme of
management of the equipment with the device for lathe tooling, model of management of a phase
of fluctuations is resulted. Results of modeling of processing are resulted at management of
fluctuations.
Key words: the vibrations, the cutting tool, management, amplitude, frequency, a phase, the
adaptive scheme of management, technological system.
Shec S.P. Wearing capacity provision methods of the bearing mount friction assemblies. It
is attempted a generalized sight on a wearing capacity provision of the tribological situation of
127
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
bearing mount assembly methods problems from the systems analysis position of the external
and internal factors complex influence. It is proposed the system approach algorithm to a
wearing capacity provision of the bearing mount friction assemblies.
Key words: method, endurance, friction pair, bearing, bearing mount assembly.
Reutov А.А., Goncharov К.А. Analysis of mutual work of belt conveyer’s head and
intermediate drives. Stationary mode of work of belt conveyor with head and intermediate
drives is considered. The mathematical model of work of drives was made, and it contains
system of equations and inequalities which take into account mechanical data and tractive
abilities of drives, the changing of belt tension on the different parts of conveyor, allowable belt
tension, work of electric motor without overloads. The results of tractive efforts analysis are
given.
Key words: belt conveyer, intermediate drive, tractive effort, losses of energy.
Tikhomirov P.V., Tikhomirov V.P. Efficiency of a grease. On example Litol-24 process of
degradation of a lubricant while in service is considered. It is shown, that deterioration
tribological parameters is connected to oxidation of a lubricant. The mechanism of oxidation is
submitted.
Keywords: grease, efficiency, oxidation, blending, wear.
Mavrin Е.А. Hydrodynamics and heat transfer of swirling flows using different swirler
design. The technique and results of researches ring installations for transfer tep-lovoj are
presented energy on unit of the area of a liquid of small metal consumption.
Key words: swirlers, thermal energy, hydrodynamics, the heat exchange, the twirled streams,
vinto-vye inserts.
Bondarenko V. N., Bondarenko I. R., Volkov D.Y. Research of the scale and deposits
failure process by refining the pipes of the heat exchanging sets using cleansing heads with
transit time opening cleaning elements. Peculiarities of the scale and deposits failure in the
pipes of the heat exchanging sets by using cleansing heads with transit time opening cleaning
elements were considered in the article. Process dependent parameters of refining were obtained
on basis of analysis of force interaction between cleaning elements and deposits.
Key words: cleansing heads of transit time action, pipes of the heat exchanging sets, process
dependent parameters of refining.
Lagerev A.V., Zueva E.P. Methods and algorithms Cad system of the console stationary
cranes. Iterative methods are presented , including mathematical models of metal ware elements
projecting, basic mechanisms and building crane junctions, as well as CAD system algorithms of
the console stationary cranes of constructive type.
Key words: console stationary crane, methods, algorithm, CAD system, mathematical model.
Averchenkov V. I, Bespalov V. A, Shkaberin V. A, Averchenkov A.V., Terekhov M. V,
Parihina E.A. Creation of virtual model of machine tool DMU 125 p duoBLOCK in system
VERICUT. Advantages of use of virtual preparation of manufacture are considered at designing
you-sokotochnyh and the high technology products. Procedure of construction of virtual models
of machine tools with ЧПУ in system VERICUT on an example of machine tool DMU 125 P
duoBLOCK is described.
Key words: verification, virtual model of the machine tool, technological preparation
proizvodst-va, CAM.
Lagerev I.A. Simulation of a bridge crane metal construction loading parameters. A
methodic of bridge crane metal construction loading parameters simulation is under
consideration. This methodic was applied for bridge crane which service the reinforced concrete
truss production.
Key words: bridge crane, loading, loading parameters, queue system, simulation.
Simkin N.V. Verification imaging to сathode ray tube video recording Fibre Сhannel
protocol based on mixed language description in the modeling environment МodelSim. The
study results visualization bitmap video frames Fibre Channel protocol using a logical interface
in the functional modeling environment ModelSim.
128
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Key words: the report, a video shot, Fibre Channel, modelling, ModelSim.
Kalinin A.I. Abbreviation of labour input of application of the problemno-oriented
complexes of programs for modelling of antiviruses. In article shared problems of
implantation of the problemno-oriented complexes of programs at small commercial firms for
the purpose of rise of security of their computer networks from harmful programs are considered.
Key words: mathematical design, antivirus, problem-oriented complexes of the programs,
malwares, heuristic analyzer.
Kirichenko I.A. Technique of revealing of interrelation between the scientific in potential
and innovative appeal regional educational institutions. Problems of an estimation of
economic and scientific potential of high schools are considered. The algorithm of an estimation
of communication between scientific potential and innovative appeal on a basis korreljatsionnoregressionnogo the analysis is offered.
Key words: innovative appeal, solvent demand, ranging of high schools, nauch th poetical,
economic potential.
Popkova N.V. Тhe anthropological legacy of russian cosmism. The article views basic
philosophical conceptions of Russian cosmism. Possible results of application by these
approaches in the studies on the technical world were compared. It is shown that in cosmism`s
concepts the technological factors of cultural and social development, the technological
determination of human life, the evolution of the social-natural global system and the technical
artificial environment (technosphere) are disclosed.
Key words: Russian cosmism, technosphere, social-natural global system, humanity, nature,
strategy of interaction.
Korsakov A.V. Influence of the complex of factors of the ecological trouble of environment
on frequency malignant new growths at children. The comparative estimation of frequency of
primary disease under all forms of malignant new growths at children of ecologically
unsuccessful territories of the Bryansk region throughout the fourteen-year period (1995-2008) is
resulted. Statistically authentic distinctions of frequency of malignant new growths at children in
territories of ecological trouble of environment are established
Key words: malignant new growths, ecological trouble, toxic substances, density of radioactive
pollution, multifactorial impurity of environment.
Babanova Yu.V. Individual styles of decision-marking processes are considered as the
important substructure of the human mental activity system. Extensive materials are
reviewed describing the most developed lines in psychological styles investigations: cognitive
styles paradigms compared with individual styles of activity approach. Response set of
acquiescence, response set of social desirability and response set of using the uncerianin of
middle category into account 16-personal factory qustionary are discussed.
Key words: decision-marking, 16-personal factory qustionary, tailored testing, predictive
validity.
129
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Сведения об авторах
Аверченков Андрей Владимирович, к.т.н., доцент кафедры «Компьютерные технологии и системы» БГТУ, тел.: (4832) 56-49-90.
Аверченков Владимир Иванович, д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Компьютерные технологии и системы», проректор по информатизации и международному сотрудничеству БГТУ, тел.: (4832) 56-49-90.
Бабанова Юлия Витальевна, преподаватель Брянского медицинского колледжа им. акад. Н.М. Амосова, e-mail: balanchuk80@mail.ru , тел.: 8-920-83333-10.
Беспалов Виталий Александрович, ассистент кафедры «Компьютерные
технологии и системы» БГТУ, тел.: (4832) 56-49-90.
Бишутин Сергей Геннадьевич, д.т.н., профессор кафедры «Триботехнология» УНТИ БГТУ, тел.: (4832) 58-82-79.
Гончаров Кирилл Александрович, аспирант кафедры «Подъемнотранспортные машины и оборудование» БГТУ, е-mail: omnes86@mail.ru.
Давыдов Владимир Михайлович, д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Технологическая информатика и информационные системы» Тихоокеанского государственного университета, е-mail: davellut@mail.ru.
Зуева Елена Павловна, к.т.н., доцент кафедры «Подъёмно-транспортные
машины и оборудование» БГТУ, е-mail: epzyeva@bk.ru.
Калинин Александр Игоревич, аспирант РосНОУ.
Кириченко Игорь Анатольевич, председатель Комитета по науке, образованию, культуре и спорту Брянской областной думы, тел.: (4832) 58-82-24.
Корсаков Антон Вячеславович, к.б.н., доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности и химия» БГТУ, тел.: (4832) 58-82-34.
Космынин Александр Витальевич, д. т. н., профессор Комсомольского-наАмуре
государственного
технического
университета,
e-mail:
avkosm@knastu.ru.
Лагерев Александр Валерьевич, д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Подъемно-транспортные машины и оборудование», ректор БГТУ, тел.: (4832) 56-0905, е-mail: rector@tu-bryansk.ru.
Лагерев Игорь Александрович, аспирант каф. «Подъемно-транспортные
машины и оборудование» БГТУ, е-mail: marschallia@yandex.ru.
Маврин Евгений Александрович, ассистент кафедры «Машины и аппараты
пищевых производств» филиала Московского государственного университета технологий и управления в г. Мелеузе, е-mail: mea81107@mail.ru.
Маслова Ирина Викторовна, к.т.н., доцент БГТУ им. В.Г. Шухова, г. Белгород, e-mail: iren_mas@list.ru.
Медведев Дмитрий Михайлович, аспирант кафедры «Автоматизированные
технологические системы» УНТИ БГТУ, e-mail: dmyrrh@gmail.com.
Никитенко Александр Васильевич, преподаватель кафедры «Технологическая информатика и информационные системы» Тихоокеанского государственного университета, е-mail: a.v.nikitenko@mail.ru.
130
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 2(26)
Парихина Екатерина Алексеевна, инженер ОАО «Брянский завод «Турборемонт», e-mail: lessage19@rambler.ru.
Попкова Наталья Владимировна, д.филос.н., профессор кафедры «Философия и история» БГТУ, е-mail: popkov@tu-bryansk.ru.
Прокопенко Александр Александрович, Тихоокеанский государственный
университет , е-mail: a.a.prokopenko@mail.ru.
Реутов Александр Алексеевич, д.т.н., начальник учебно-методического
управления БГТУ, e-mail: umu@tu-bryansk.ru.
Симкин Николай Васильевич, аспирант кафедры «Информатика и программное обеспечение» БГТУ, e-mail: simkin_k@mail.ru.
Симуни Антон Евгеньевич, аспирант Института конструкторскотехнологической информатики РАН, тел.: 8-910-331-44-52.
Смирнов Алексей Владимирович, к.т.н., доцент Комсомольского-наАмуре государственного технического университета, тел.: 8(4217)53-41-91.
Терехов Максим Владимирович, аспирант кафедры «Компьютерные технологии и системы» БГТУ, тел.: (4832) 56-49-90.
Тихомиров Виктор Петрович, д. т. н., профессор, зав. кафедрой «Детали
машин» БГТУ, тел.: (4832) 58-82-12.
Тихомиров Петр Викторович, к.т.н., доцент БГИТА, тел.: (4832) 58-82-12.
Хуртасенко Андрей Владимирович, к.т.н, доцент БГТУ им. В.Г. Шухова,
г. Белгород, e-mail: hurt@intbel.ru.
Чепчуров Михаил Сергеевич, к.т.н., доцент БГТУ им. В.Г. Шухова, г. Белгород, e-mail: avtpost@mail.ru.
Шец Сергей Петрович, к.т.н., доцент кафедры «Автомобильный транспорт» БГТУ, тел.: (4832) 58-22-31.
Шкаберин Виталий Александрович, к.т.н., доцент кафедры «Компьютерные технологии и системы» БГТУ, тел.: (4832) 56-49-90.
Щетинин Владимир Сергеевич, к.т.н., доцент, докторант Комсомольскогона-Амуре
государственного
технического
университета,
e-mail:
schetynin@mail.ru.
131
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа