close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

202.Вестник Брянского государственного технического университета №3 2009

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
К ЮБИЛЕЮ УНИВЕРСИТЕТА
УДК 378
А.В.Лагерев
ИТОГИ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
ГОУ ВПО «БРЯНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Представлены данные, характеризующие достигнутый уровень состояния всех сфер деятельности БГТУ.
Определены перспективы развития университета в краткосрочном и среднесрочном периоде.
Ключевые слова: итоги развития, перспективы развития, БГТУ, сферы деятельности.
Брянский государственный технический университет (БГТУ) – это старейшее на
Брянщине высшее учебное заведение, возникшее в год первой пятилетки с целью подготовки квалифицированных инженеров-руководителей производства для индустриализации страны. 23 ноября 1929 г., день, когда постановлением Главвтуза ВСНХ СССР на базе
рабфака при Брянском паровозостроительном заводе был организован втуз нового типа Бежицкий машиностроительный институт, следует считать днем рождения БГТУ. Уже 11
декабря 1929 г. был объявлен первый прием на 1-й курс института, а 10 января 1930 г. для
первых 120 студентов начался первый день занятий. Символическим событием в жизни
молодого вуза явилось вручение 5 ноября 1934 г. ему как «лучшей кузнице пролетарских
кадров» ударного Красного знамени. Это знамя – знамя качества инженерного образования - последующие поколения преподавателей и сотрудников университета достойно несли в течение всех 80 лет существования БГТУ. Поэтому закономерным событием явилось награждение вуза Указом Президиума Верховного Совета СССР от 2 ноября 1979 г.
за заслуги в подготовке квалифицированных специалистов, развитии науки и техники орденом «Знак Почета». Особым днем в жизни вуза стало 13 июля 1956 г., когда Указом
Президиума Верховного Совета РСФСР он был переименован в Брянский институт
транспортного машиностроения (БИТМ). Под этим именем институт приобрел широкую
известность и авторитет по всей территории Советского Союза и за его пределами.
В вузе сложилась система подготовки кадров, получившая на предприятиях название
«школа БИТМа». За время существования университета было подготовлено для тяжелого и
транспортного машиностроения, железнодорожного транспорта, топливно-энергетического
комплекса и других отраслей народного хозяйства бывшего СССР и России свыше 40 тыс.
специалистов, многие из которых известны своими разработками и новациями. Выпускники
университета востребованы экономикой Брянского региона и России.
Коренные изменения в экономической, политической и социальной сферах жизни
российского общества, прошедшие в последнее десятилетие ХХ века, обусловили и изменение стратегии развития нашего вуза, который 28 декабря 1995 г. приказом Госкомитета
РФ по высшему образованию получил статус технического университета. Это потребовало как усиления фундаментальности подготовки специалистов, так и развития многопрофильности образовательной и научной деятельности вуза. Совершенствование образовательной и научной деятельности коллектив университета считает двуединой задачей, обе
стороны которой одинаково важны, одинаково приоритетны.
В принятой в январе 2008 г. ученым советом университета «Комплексной программе
развития БГТУ на период 2008-2012 гг.» так определяются структура, роль и стратегия
развития университета (миссия университета) на современном этапе его существования:
«…университет является учебно-научно-инновационным комплексом, реализующим широкий спектр образовательных программ среднего, высшего и дополнительного профессионального образования в сочетании с широким спектром фундаментальных и приклад5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
ных научных исследований и инновационных разработок в целях развития экономики
Брянского региона и Российской Федерации и подготовки специалистов, способных к эффективной работе на уровне современных требований, постоянному профессиональному и
культурному росту, социальной и профессиональной мобильности».
В настоящее время БГТУ - крупный учебно-научный и культурно-воспитательный
комплекс, центр интеллектуальной жизни Брянщины. Вуз готовит специалистов для тяжелого, транспортного, энергетического машиностроения, приборостроения, энергетики, газовой и электронной промышленности, других отраслей народного хозяйства. В структуру
университета входят:
- 2 учебно-научных института – транспорта (УНИТ) и технологический (УНТИ);
- 4 дневных факультета – механико-технологический (МТФ), энергетики и электроники (ФЭЭ), информационных технологий (ФИТ), экономики и управления (ФЭУ);
- факультет обучения без отрыва от производства (ФОБОП) с очно-заочным и заочным отделениями;
- факультет довузовской подготовки (ФДП);
- политехнический колледж (ПК БГТУ);
- 3 представительства - в городах Новозыбков и Клинцы Брянской области, г. Людиново Калужской области;
- НИИ социологических исследований (НИИСИ);
- 31 кафедра;
- 12 филиалов кафедр на предприятиях г.Брянска и г.Людиново;
- 5 управлений – учебно-методическое (УМУ), научных исследований и научнотехнической информации (УНИиНТИ), бухгалтерского учета и отчетности (УБУиО), планово-финансовое (ПФУ), организации труда и комплексной безопасности (УОТиКБ);
- административно-хозяйственная часть;
- издательство и редакция научно-технического журнала «Вестник БГТУ»;
- образовательные и научные центры регионального уровня (региональные центры
повышения квалификации и переподготовки инженерных кадров, безопасности образовательного учреждения, проблем информационной безопасности, охраны труда и безопасности жизнедеятельности, трудоустройства выпускников вузов, сертификации «Брянск–
серт», областной центр новых информационных технологий, центр дистанционного образования, региональное представительство Центра тестирования, технологический парк
«Десна-техника», инжиниринговый центр, инновационный центр высоких технологий в
машиностроении, учебный центр «Локальная сетевая академия Cisco», учебнокомпьютерный центр «Информатик», учебный центр проектирования радиоэлектронной
аппаратуры, филиал Института конструкторско-технологической информатики РАН);
- 3 докторских диссертационных совета по 10 научным специальностям;
- региональные отделения ряда научных академий и ассоциаций (международных
академий информатизации и качества, Российской социологической ассоциации, Российского философского общества, международных ассоциаций славянских вузов и вузов приграничных областей Беларуси и России);
- информационно-исторический центр (музей БГТУ);
- студенческий спортивно-оздоровительный лагерь «Сосновка» (г. Жуковка);
- студенческие организации – молодежное научно-техническое общество (МНТО),
молодежный совет, студенческие советы общежитий, профсоюзная студенческая организация, студенческий отряд охраны правопорядка, центр творческого развития, досуга и
оздоровления студентов, студенческий клуб, школа студенческого актива «Лидер», творческие коллективы (клуб интеллектуальных игр, центр живой истории «Кветунь», дискуссионный клуб «Декабрист», танцевальные коллективы «Фиеста» и «Ай да парни!», вокальная студия, театр моды «Ретро», студенческий театр эстрадных миниатюр «Подмост6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
ки мира»), команды КВН и спортивные объединения (спортивный, туристический и шахматный клубы, секции бокса, волейбола, баскетбола, настольного тенниса).
На базе университета организованы учебный центр Ассоциации международных автоперевозчиков, центры по аттестации сварщиков и диагностики грузоподъемных кранов,
с 2001 г. функционирует ассоциация учебных заведений - Брянский центр непрерывного
образования инженерных кадров.
В оперативном управлении университета находятся 11 учебно-лабораторных корпусов, 3 спортивных зала, 5 общежитий, столовая, филиал городской поликлиники, загородный спортивно-оздоровительный лагерь и другие объекты. С 2007 г. в рамках ФЦП развития образования строится новый пятиэтажный учебный корпус площадью 10,5 тыс. кв. м.
Общая численность студентов университета достигла более 10 тыс. человек (4800 –
очное обучение, 120 – очно-заочное, 3300 – заочное, 700 – второе высшее образование,
1180 – среднее профессиональное образование). Аспирантура и докторантура – 82 человек. За последние пять лет вуз выпустил по всем формам обучения 6560 специалистов,
около 20% выпускников получили дипломы с отличием, в том числе по дневной форме
обучения - 4050 (27% выпускников), вечерней – 300, заочной – 1450, второму высшему
образованию – 765. Кроме того, подготовлено 800 человек со средним профессиональным
образованием. В региональном центре повышения квалификации БГТУ ежегодно проходят переподготовку и повышение квалификации до 3000 человек.
Кадровый потенциал университета. Общая численность работников БГТУ составляет около 1100 человек, включая 460 преподавателей. Учебный процесс осуществляют
52 доктора наук, профессора, и 265 кандидатов наук, доцентов. Таким образом, 69% преподавателей имеют ученые степени и звания (рис. 1), причем среди штатных преподавателей их доля составляет 70,4%. Среди преподавателей 5 заслуженных деятелей науки, 9 заслуженных работников высшей школы, 4 заслуженных машиностроителя, 1 заслуженный
работник физической культуры, 1 заслуженный учитель, 1 лауреат премии Правительства
РФ, 70 почетных работников высшего профессионального образования и других отраслей,
3 изобретателя СССР, более 20 действительных членов и членов-коррес-пондентов международных и отраслевых научных академий, 1 почетный гражданин Брянской области и
2 – города Брянска, 6 мастеров спорта. Более 70 работников вуза награждены различными
трудовыми и боевыми государственными наградами СССР и РФ.
кандидаты
наук
58%
без степени
31%
доктора наук
11%
Рис. 1. Структура профессорско-преподавательского состава вуза в 2009 г.
Одной из острейших проблем на пути дальнейшего поступательного развития для
БГТУ, как и для других вузов современной России, является проблема воспроизводства
научных и научно-педагогических кадров. Существовавшая ранее достаточно эффективная система воспроизводства научных кадров оказалась разрушенной из-за ее хронического недофинансирования в 90-е годы XX века. Неизбежным результатом стал системный
кризис, выражающийся в сокращении числа ученых-исследователей во всех государственных секторах науки и высшего образования, быстром старении и ухудшении их качественного состава, нарушении традиций и преемственности научных и научно7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
педагогических школ. Все это - конечно, в более миниатюрном масштабе - характерно
также и для нашего университета. Проблему преемственности можно характеризовать
следующим фактом: доля преподавателей в возрасте до 40 лет составляет 50 %, 40…50
лет – 11 %, 50…60 лет – 14 %, свыше 60 лет – 25 % всего профессорскопреподавательского состава БГТУ (рис. 2). Налицо количественный разрыв в 20 лет между двумя крайними, самыми многочисленными возрастными категориями преподавателей
- до 40 лет и свыше 60 лет. Опыт развития мировой науки показывает, что потерю преемственности научных традиций и числа ученых высшей квалификации даже при благоприятных экономических условиях нельзя быстро восполнить. Для создания полноценных
научных школ требуется как минимум 2 - 3 поколения. Типичный пример – развитие научных исследований в КНР, прогресс которых уже в течение двух последних десятилетий
лимитируется не финансовыми ресурсами, а наличием (точнее, отсутствием) квалифицированных ученых-исследователей.
50
40
30
%
20
10
0
без степени
кандидаты наук
доктора наук
до 35 36-40 41-50 51-60 св. 60
лет
лет
лет
лет
лет
Рис.2. Возрастная структура профессорско-преподавательского
состава вуза в 2009 г.
Источником пополнения профессорско-преподавательского состава университета
кадрами высшей квалификации является подготовка через аспирантуру по 23 научным
специальностям и докторантуру по 1 научной специальности. За последние 5 лет сотрудниками вуза защищено 12 докторских и 80 кандидатских диссертаций. Сейчас в аспирантуре обучается более 90 человек, третья часть которых – платники. Последние годы Минобрнауки РФ проводит политику снижения бюджетного набора в аспирантуру российских вузов. Эта тенденция коснулась и нашего университета: за последние 5 лет набор
сократился на 12 мест, или на 13 %. Однако следует отметить как положительный факт
ежегодный рост числа соискателей в вузе: за те же 5 лет их число возросло на 43 человека,
или на 70 %. В последние несколько лет ежегодно 40…60 % аспирантов, оканчивающих
аспирантуру университета, остаются работать в БГТУ. Среди успешно защитившихся аспирантов результаты еще выше – 60…80 %. Надо признать, что с точки зрения результативности воспроизводства научно-педагогических кадров университета усилия научных
руководителей оказываются не напрасными.
Отток молодежи из науки происходит прежде всего потому, что она оказывается
наиболее уязвимой с экономической и социальной точек зрения. Через 10 лет ситуация в
российской науке и, естественно, в нашем университете может оказаться еще более драматической, так как процессы оттока молодежи из вузов будут усугублены очередным,
еще более глубоким демографическим кризисом, чем переживаемый в настоящий момент.
Надо четко понимать, что сегодня наука, как и любая другая общественная сфера реализации карьерных устремлений молодого человека, должна в первую очередь давать достой8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
ное финансовое обеспечение ему и его семье. Без этого никакая, как говорится, «радость
научного творчества» полноценной быть просто не может. В последние годы в этом направлении наблюдаются определенные подвижки. Сейчас действуют две федеральные целевые программы: Программа развития образования на 2006-2010 годы и программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы. В них
предусмотрена финансовая поддержка научных исследований студентов и молодых ученых-кандидатов и докторов наук. Она осуществляется в форме грантов объемом до 2 млн
руб. в год. В нашем вузе эту возможность за последние 5 лет использовали лишь 6 аспирантов, 7 молодых кандидатов наук и 3 доктора наук, хотя заявок на получение таких
грантов было значительно больше. Молодым ученым университета надо быть более настойчивыми. Еще одна форма материальной поддержки внутри вуза связана с тем, что
практически сразу после утверждения диссертации в ВАК молодой кандидат наук переводится и избирается по конкурсу на должность доцента, а по истечении года представляется в Рособрнадзор для получения ученого звания доцента. Но наиболее широкая поддержка молодым ученым может быть оказана путем их привлечения к выполнению платных, в
первую очередь хоздоговорных работ.
Важнейшим элементом поддержания высокого профессионального уровня преподавателей является периодическое повышение квалификации, формы которого достаточно
разнообразны. За последние 5 лет различными формами повышения квалификации было
охвачено более 600 сотрудников вуза, в том числе: ФПК в вузах Москвы, СанктПетербурга, Саратова, Воронежа и др. – 65 человек, стажировками – более 90 человек (25
человек – зарубежными стажировками), курсами повышения квалификации по различным
программам в вузах и организациях Москвы, Санкт-Петербурга, Саратова и Брянска – 450
человек. Структурным подразделением БГТУ является центр повышения квалификации
научно-педагогических работников подведомственных Рособразованию учреждений
высшего и дополнительного профессионального образования, созданный согласно приказу Рособразования в 2007 г.
Образовательная деятельность университета. Первыми специальностями вуза
были остродефицитные для молодой советской промышленности технические специальности: обработка металлов, литейное дело, станкостроение, вагоностроение, холодильные
и подъемно-транспортные установки. И это изначально заданное направление развития
университета в дальнейшем принципиально не менялось, хотя в последнее десятилетие
наряду с традиционными, техническими специальностями в вузе были открыты и очень
востребованные сегодня в Брянском регионе специальности информационного и экономического профиля.
На дневном отделении университета осуществляется подготовка специалистов по 44
специальностям высшего, 6 специальностям среднего и 3 специальностям начального
профессионального образования технического, информационного, экономического и гуманитарного профиля, а также магистров по 8 направлениям и бакалавров по 5 направлениям. На заочном отделении и втором высшем образовании подготовка идет по 19 и 13
специальностям соответственно. Очно-заочная (вечерняя) форма обучения в соответствии
с принятым в 2006 г. решением ученого совета университета сокращается и в текущем
2009/10 учебном году осуществляется лишь по 3 специальностям. Политехнический колледж, включенный в 2008 г. в состав БГТУ как структурное подразделение вуза, реализует
6 программ среднего профессионального образования.
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
чел.
9000
8000
1
7000
6000
5000
2
4000
3000
4
2000
5
3
6
1000
0
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008 год
Рис. 3. Динамика численности студентов университета в 2000-2009 г.г.:
1 - вуз в целом; 2 - дневное отделение; 3 - очно-заочное (вечернее) отделение; 4 - заочное
отделение; 5 - второе высшее образование; 6 -среднее профессиональное образование
Для последних лет характерно интенсивное открытие новых специальностей, в первую очередь экономического и информационного профиля. В последние годы набор в вуз
и число студентов стабильно растут (рис. 3), несмотря на ухудшающуюся демографическую ситуацию: за последние 5 лет рост по всем формам обучения составил 1,3 раза, а по
дневной – 1,1 раза. Это показатель авторитетности БГТУ в глазах потребителей образовательных услуг и правильности стратегической линии развития образовательной деятельности вуза, связанной с расширением заочной формы обучения, а также с предложением
широкого спектра дополнительных форм обучения, переподготовки и повышения квалификации кадров региона. Постепенно изменяется структура контингента студентов, обучающихся по различным формам, за счет повышения доли студентов-платников. Их количество растет опережающими темпами, и за последние 5 лет рост составил 1,6 раза. Это
позволяет обеспечивать устойчивое ежегодное увеличение внебюджетных доходов, которые затем рефинансируются в реализацию мероприятий по материально-техническому
развитию университета и направляются на повышение доходов работников вуза. Как
следствие, за последние 5 лет стоимость основных фондов БГТУ возросла в 2,9 раза, а
средняя заработная плата работников – в 3,0 раза. Однако распределение внебюджетных
доходов от образовательной деятельности по кафедрам крайне неоднородно.
Динамично развивается заочная форма обучения, контингент студентов по которой
вырос за последние 5 лет в 1,6 раза. В свете решений Правительства РФ по модернизации
инженерного образования и высокого спроса на высококвалифицированные инженерные
кадры со стороны российского бизнес-сообщества весьма актуальной является деятельность Брянского регионального центра повышения квалификации, обеспечивающего непрерывность образования. БГТУ обладает большими резервами в сфере дополнительного
профессионального образования, так как кафедры имеют значительный научнометодический и кадровый потенциал, который целесообразно использовать для развития
системы повышения квалификации и переподготовки кадров.
Научная и инновационная деятельность университета. Эта сфера деятельности в
университетах неразрывно связана с образовательной деятельностью учебного заведения.
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
В БГТУ сложились научные школы, имеющие заслуженный авторитет в научном и инженерном мире России, стран ближнего и дальнего зарубежья: «Динамика и прочность
транспортных машин», «Технология машиностроения», «Совершенствование работы и
поиск путей повышения экономичности теплоэнергетических установок». Успешно развивается новая научная школа - «Создание, исследование и внедрение информационных
технологий в образовании, промышленности, экономике и управлении». В университете
исследования проводятся по 13 научным направлениям:
- повышение работоспособности триботехнических систем;
- технологическое обеспечение качества, надежности и долговечности продукции
машиностроения и приборостроения;
- управление качеством производственных систем в машиностроении;
- создание информационных технологий в сферах образования, промышленности,
экономики и управления;
- совершенствование надежности и эффективности теплоэнергетических установок;
- научно-техническое обоснование динамических и прочностных характеристик подвижного состава железных дорог;
- разработка теоретических и технологических основ наномодифицирования железоуглеродистых сплавов;
- конструкторское обеспечение надежности и эффективности эксплуатации подъемно-транспортного оборудования;
- разработка и научно-техническое обоснование управления грузо- и пассажиропотоками на основе интегральной концепции логистики;
- исторические аспекты развития науки и техники Центрального региона России;
- организация и управление предприятиями, комплексами и инновационными процессами в экономике региона;
- общие социально-философские аспекты развития науки и техники;
- современные региональные социально-гуманитарные и методологические проблемы высшего профессионального образования.
В последние годы в БГТУ ведутся научные исследования по нескольким формам:
тематическому плану Минобразования РФ и межвузовским научно-техническим программам (бюджетное финансирование), грантам и хозяйственным договорам (внебюджетное финансирование). Их структуру можно в определенной степени характеризовать объемами финансирования различных направлений (рис. 4).
хоздоговоры
63%
темплан
11%
гранты
6%
МНТП
20%
Рис. 4. Структура финансирования научных
исследований в вузе в 2008 г.
Объем финансирования научно-исследовательских работ за 2008 г. составил 26,3
млн руб. Важный индикаторный показатель работы вуза - среднегодовой объем финанси11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
рования научно-исследовательских работ за последние 5 лет; сейчас он равен 13,4 млн
руб., что выше нормативного значения для университетов (10 млн руб.). Другой важный
индикаторный показатель - объем научно-исследовательских работ на единицу профессорско-преподавательского состава со степенью за последние 5 лет; он составляет 42,4
тыс. руб., что почти в 2,4 раза выше нормативного значения для университетов (18 тыс.
руб.). Большая доля приходится на хоздоговорные исследования – почти 2/3 годового
объема финансирования. Далее – межвузовские научно-технические программы, работы
по которым ведет одна кафедра - «Компьютерные технологии и системы» (20 %), тематический план Минобрнауки РФ, исполняемый силами 14 кафедр (11 %), и гранты на 3 кафедрах (лишь 6 %). Несмотря на рост абсолютного значения, заметна тенденция уменьшения доли бюджетного финансирования, и роста этой составляющей в обозримом будущем не прогнозируется. Поэтому университет должен рассчитывать только на свою активность и востребованность своих разработок на рынке научной продукции. Идет процесс уменьшения доли грантов, так как их получать становится все труднее, хотя число
различных научно-технических конкурсов и программ, распределяемых на грантовой основе, растет. Работникам вуза не хватает активности и, вероятно, веры в свои научные силы и идеи.
В целом по вузу по хоздоговорным работам «специализируются» учебно-научный
институт транспорта и факультет энергетики и электроники, а именно кафедры «Вагоны»,
«Локомотивы» и «Прикладная механика» (работы по созданию современного подвижного
состава железных дорог), а также кафедра «Тепловые двигатели» (работы по совершенствованию конструкций турбинного и теплообменного оборудования); по госбюджету –
учебно-научный институт транспорта, учебно-научный технологический институт и механико-технологический факультет; по межвузовским научно-техническим программам –
кафедра «Компьютерные технологии и системы»; по грантам – учебно-научный институт
транспорта и учебно-научный технологический институт.
У факультетов совершенно разный вклад в финансируемые научно-исследовательские работы. Самый значительный – у учебно-научного института транспорта. На первый взгляд неплохо обстоят дела и на факультете информационных технологий, однако
это заслуга только кафедры «Компьютерные технологии и системы». На других кафедрах
факультета информационных технологий и на всех кафедрах факультета экономики и
управления платных научно-исследовательских работ нет. В 2008 г. две кафедры – «Компьютерные технологии и системы» и «Прикладная механика» – обеспечили почти половину годового объема финансирования университета. Если добавить еще четыре кафедры:
«Вагоны», «Локомотивы», «Тепловые двигатели» и «Автоматизированные технологические системы», – то 3/4 годового объема.
Виден существенный количественный рост объемов платных научно-исследовательских работ по вузу при крайне неравномерном вкладе отдельных факультетов и кафедр.
Первостепенной задачей является развитие хоздоговорной деятельности. Однако в свете
нынешнего финансового кризиса следует думать о развитии как о программе-максимум, а в
качестве программы-минимум следует рассматривать сохранение достигнутых позиций по
оплачиваемым научным исследованиям.
На современном этапе требует большего внимания развитие инновационной деятельности в вузе. В последние годы число выполняемых инновационных научно-исследовательских работ колебалось в интервале от 6 до 9 с долей в общем объеме финансирования вуза не более 4…7 %, Однако в 2008 г. был заметен рост до 13 выполненных работ,
составивших 15 % всего объема финансирования научных исследований БГТУ. Активизация инновационной деятельности способствует интеграции учебного процесса, научной и
инновационной работы, ведет к повышению качества подготовки специалистов. Следует
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
более широко наполнять практической работой те инновационные структуры, которые
уже существуют в вузе.
Вузом заключены двухсторонние договоры о научном сотрудничестве с ИМАШ
им. А.А.Благонравова РАН, МГТУ им. Н.Э.Баумана, Силезским техническим университетом, Middlesex Community College и др.
Научно-исследовательская работа студентов университета. Научно-техническое творчество молодежи является важнейшим резервом и рычагом повышения качества
выпускаемых вузом специалистов. В масштабе университета эта работа организуется
управлением научных исследований и научно-технической информации, а также советом
молодежного научно-технического общества, на кафедрах – преподавателямируководителями научных кружков по конкретной тематике. Элементы НИРС находят свое
отражение в учебной работе, подготовке курсовых и дипломных проектов и работ, рефератов, докладов на студенческих конференциях, регулярно проводимых БГТУ и другими
вузами России и ближнего зарубежья. Важное значение имеет участие студентов в открытых конкурсах Минобрнауки РФ на лучшую научную работу студентов вузов Российской
Федерации. За последние 5 лет было представлено на конкурсы суммарно более 250 студенческих работ, из которых 7 работ были удостоены медалей и 15 работ – дипломов.
Степень активности участия студентов разных факультетов показана на рис. 5.
60
ФЭУ
ФИТ
МТФ
ФЭЭ
УНТИ
УНИТ
шт.
40
20
0
2005
2006
год
2007
2008
Рис. 5. Распределение по институтам и факультетам числа
студенческих работ на конкурс
Студенты вуза регулярно участвуют в студенческих научно-технических конференциях, в частности таких, как Международная конференция «Полярное сияние» (СанктПетербург), Гагаринские чтения (Москва), Туполевские чтения (Казань), Королевские
чтения (Самара) и др. Но наибольшее число докладов выполняется на ежегодных университетских студенческих научно-технических конференциях. Их количество, а также число
студентов-участников и студентов-авторов публикуемых затем тезисов рекомендуемых
докладов неуклонно растет. В 2008 г. на 63-й конференции было сделано 1024 доклада силами 1181 студента. Естественно, уровень научных разработок определяется не массовостью, однако применительно к научно-исследовательской работе студентов необходимо
давать возможность максимально большему числу молодых людей приобщаться к научному творчеству.
Эффективной формой поиска и привлечения к научной работе студентов является
проведение внутривузовских предметных олимпиад по начертательной геометрии, сопротивлению материалов, программированию и высшей математике. Студенты университета
активно и успешно участвуют и в различных внешних олимпиадах: межвузовской студенческой олимпиаде по начертательной геометрии, инженерной и компьютерной графике, всероссийских олимпиадах развития народного хозяйства России и др., - в которых занимают
призовые места.
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Научно-методическая и издательская деятельность университета. В современных условиях неуклонно возрастает значимость научно-методической и издательской деятельности. На преподавателей ложится ответственность за книгообеспеченность читаемых
в вузе курсов, особенно заочных и дистанционных.
За последние 5 лет сотрудниками вуза опубликовано 75 монографий, более 240
учебников и учебных пособий (из них 35 – с грифами различных министерств и учебнометодических объединений), 1570 научно-методических разработок, 470 научных статей
(из них 190 – в центральных журналах), 590 тезисов докладов, получено 28 патентов на
изобретения.
С 2004 г. издается научно-технический журнал «Вестник БГТУ», включенный в перечень журналов, рекомендованных ВАК для публикации основных результатов диссертационных исследований по разделам «Машиностроение» и «Информатика, вычислительная техника, управление».
Информатизация университета. Приоритетной задачей является информатизация
сферы управления вузом, образовательной, научно-инновационной, издательской, финансово-экономической деятельности. Работы по развитию телекоммуникаций координируются входящим в структуру БГТУ Брянским областным центром новых информационных
технологий. В настоящее время в университете имеется более 860 персональных компьютеров, т.е. их число на 100 студентов приведенного контингента составляет 17,3. В университете используется 45 компьютерных классов с сетевым оборудованием, более 740 рабочих мест с выходом в Интернет, 17 графопостроителей, 70 сканеров и 200 принтеров. На
кафедрах имеется 69 мультимедийных проекторов, что позволило перейти к массовому их
использованию в учебном процессе. Имеется комплекс оборудования для проведения видеоконференций через Интернет с партнерами в других странах и городах. Ведутся работы по созданию единой региональной научно-образовательной сети Брянской области.
Активно развиваются также внутривузовские локальные вычислительные сети, количество которых достигло 79.
Особая роль отводится освоению и использованию современных информационнокоммуникационных технологий, и в первую очередь Интернета. Для удовлетворения необходимых потребностей университета в использовании информационных ресурсов глобальной сети в 2008 г. обеспечивался доступ в Интернет со скоростью 2 Мбит/с. Реализовывалась схема доступа к Интернету через сеть RUNNet.
Одной из наиболее актуальных проблем информатизации вуза в последние годы
было решение вопросов по приобретению, установке и использованию лицензионного
программного обеспечения в подразделениях и компьютерных классах. В 2008 г. за счет
различных средств были дополнительно приобретены академические лицензии на общесистемное (OC Windows, Office 2007, антивирусные программы и др.) и специализированное программное обеспечение. На безвозмездной основе было получено от фирмы
«ИМИД» 500 лицензий полнофункциональной интегрированной САПР PTC Pro/Engineer.
Также была приобретена лицензионная коммерческая версия программного комплекса
инженерных расчетов NASTRAN.
Международная деятельность университета. Университет имеет хорошие международные связи со многими вузами ближнего и дальнего зарубежья. Будучи координатором от России в Международной ассоциации славянских вузов, наш университет выступает за совместное решение проблем развития высшей школы и вузовской науки братских государств - России, Украины, Беларуси, Молдовы, Югославии, Чехии. Активно реализуются программы международного сотрудничества со странами СНГ, США, Германией, Италией, Ирландией, Венгрией, Чехией. Выполняются совместные научные проекты
по грантам ТАСИС и фонда «Евразия». Преподаватели вуза ежегодно участвуют в международных конференциях в Германии, Франции, Венгрии, Норвегии и других странах.
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
В 2006 г. по инициативе БГТУ, ставшего затем вузом-координатором от России, образована Международная ассоциация вузов приграничных областей Беларуси и России. В ее
состав входят 20 вузов Беларуси (г.Гомель, Могилев, Полоцк, Витебск) и 16 вузов России
(г.Брянск, Смоленск, Псков, Курск).
Внеучебная деятельность университета. Внеучебная деятельность БГТУ строится
на принципах, принятых в Национальной доктрине образования в Российской Федерации
и Концепции модернизации российского образования до 2010 года, решает задачу воспитания человека образованного, нравственного, способного к межкультурному взаимодействию. Она активно реорганизуется: сформирована структура студенческого самоуправления, включающая молодежный совет БГТУ, разработаны регламентирующие воспитательную работу нормативные материалы, создан студенческий оперотряд по поддержанию порядка. Заметно активизировалась культурно-массовая работа, динамично развивается спортивно-массовая работа.
Повседневной работой по совершенствованию воспитательной деятельности в университете занимаются центр творческого развития, досуга и оздоровления студентов и
студенческий клуб БГТУ, основной целью деятельности которых является создание условий для раскрытия творческого потенциала и повышение уровня профессиональной подготовки студентов университета. На основе студенческого клуба работают творческие
коллективы, спортивный клуб, туристический клуб «Квазар», клуб живой истории «Кветунь», информационно-исторический центр (музей БГТУ), клуб интеллектуальных игр
«Что? Где? Когда?», дискуссионный клуб «Декабрист», школа студенческого актива «Лидер», студенческий отряд охраны правопорядка и др.
Стал уже традиционным проводимый студентами БГТУ Международный фестиваль
студентов вузов России, Украины, Беларуси и Приднестровья «Мы вместе!». Прошедший
в ноябре 2008 г. юбилейный, пятый по счету, фестиваль собрал почти 300 участников из
17 вузов (включая 9 российских вузов, 2 украинских, 4 белорусских и 2 приднестровских),
из которых более половины – студенты вузов Украины, Беларуси, Приднестровья, ближних и дальних регионов России. Фестиваль стал доброй традицией, любимым детищем и
гордостью студенческого актива университета. Он вносит значительный вклад в воспитание студенческой молодежи. Важными аспектами фестиваля являются не только творчество, но и единение славянских народов, становление молодых людей как граждан России, взаимопонимание и толерантность.
Одно из основных направлений воспитательной работы в вузе - гражданское и патриотическое воспитание. В БГТУ работает центр живой истории «Кветунь», который знакомит студентов с историческими вехами России. «Кветунь» является победителем областного конкурса молодежных инициатив, его члены принимают активное участие в Свенской ярмарке, реконструкции событий Древней Руси, проводимой в Стародубе, Москве и
других городах. Студенческий отряд волонтеров БГТУ - новое направление в гражданском воспитании студентов. Волонтеры принимают участие в мероприятиях, посвященных поддержке инвалидов, организуют и участвуют в акциях, направленных на помощь
приютам и детским домам, и др.
Формируется политическая культура и активность студентов. В 2008 г. в избирательной кампании приняли участие более 85% студентов. Примером послужила акция
«Голосуем вместе, голосуем группой!». Студенты понимают, что своей избирательной активностью они определяют свое будущее.
Спортивно-массовую работу в вузе организуют кафедра «Физическое воспитание и
спорт» и спортклуб БГТУ. Работают туристический и шахматный клубы, спортивные секции по баскетболу, настольному теннису, волейболу, боксу. В числе студентов университета 35 мастеров спорта и кандидатов в мастера спорта. Для популяризации здорового образа
жизни, достижения высоких результатов ежегодно в университете проводится спартакиада
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
по 8 видам спорта. В спартакиаде 2008 г. участвовало более 500 студентов. Традиционными
стали такие массовые соревнования, как Кубок ректора БГТУ по шахматам, первенство
учебных групп университета по футболу, соревнования среди курсов и учебных групп по
волейболу, баскетболу, стритболу, ритмической и художественной гимнастике и др. В
среднем в факультетских соревнованиях принимают участие около 400 человек. Все призеры и победители награждаются ценными призами и грамотами.
Дальнейшее поступательное развитие БГТУ связано с решением ряда основных задач в различных сферах деятельности.
В сфере управления вузом:
• реализация мероприятий, предусмотренных «Перспективным комплексным планом развития БГТУ на 2008-2012 гг.»;
• обеспечение соответствия показателей БГТУ утвержденным Рособрнадзором показателям деятельности и критериям государственной аккредитации университетов;
• построение на базе БГТУ университетского комплекса, объединяющего все уровни профессионального образования;
• завершение формирования системы качества в вузе;
• оптимизация структуры вуза с учетом решаемых задач.
В сфере кадровой политики:
• работа с резервом на замещение руководящих должностей, вакансий;
• омоложение профессорско-преподавательского состава университета, обеспечение ротации преподавательских кадров;
• развитие всех возможных форм повышения квалификации профессорско-преподавательского состава вуза.
В образовательной сфере:
• реализация концепции непрерывного образования;
• реализация комплекса организационных мероприятий, направленных на повышение качества обучения в университете;
• реализация комплекса организационных мероприятий, направленных на получение студентами университета общеевропейского приложения к диплому;
• совершенствование структуры приема в БГТУ, открытие новых перспективных
специальностей высшего и среднего профессионального образования на очном и заочном
отделениях, расширение перечня направлений подготовки бакалавров;
• развитие системы довузовских образовательных услуг, расширение участия вуза в
профильной подготовке выпускников школ, активизация профориентационной работы;
• разработка и осуществление комплекса мероприятий по постепенному переводу заочного обучения на дистанционную форму;
• расширение деятельности преподавателей по подготовке и изданию собственных
учебников и учебных пособий, монографий;
• развитие современных информационно-коммуникационных технологий (в первую
очередь - Интернета), модернизация сайта БГТУ;
• развитие международного сотрудничества, расширение программы международного академического обмена преподавателями и студентами.
В научно-технической сфере:
• увеличение объемов, расширение числа кафедр, участвующих в выполнении хозрасчетных научно-исследовательских, опытно-конструкторских и инновационных работ;
• пропаганда научных и инновационных разработок вуза, расширение и совершенствование изобретательской и рационализаторской деятельности;
• увеличение числа специальностей аспирантуры и докторантуры, увеличение их
контингента, расширение форм обучения с полной компенсацией затрат;
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
• повышение активности участия студентов в научных конференциях разного уровня, научных смотрах-конкурсах и конкурсах выпускных квалификационных работ.
В сфере воспитания и внеучебной работы:
• развитие и практическая работа структур студенческого самоуправления;
• расширение форм и методов культурно-массовой работы, работы по гражданскому и патриотическому воспитанию, формированию политической культуры студентов;
• развитие художественной самодеятельности и творческих коллективов студентов,
формирование трудовых отрядов;
• пропаганда и развитие спортивно-массовой, физкультурной и туристической работы, формирование потребностей в здоровом образе жизни и учебе у студентов вуза.
В социальной сфере:
• повышение эффективности стимулирования труда различных категорий работающих
и усиления социальных льгот;
• повышение уровня медицинского обслуживания сотрудников и студентов вуза;
• выполнение положений коллективного договора БГТУ.
В финансово-экономической сфере:
• коррекция финансовой политики в университете и оптимизация штатного расписания вуза в связи с переходом на новую ведомственную систему оплаты труда работников сферы образования;
• приоритетный учет интересов развития материально-технической базы БГТУ и
повышения доходов работников университета при проведении финансовой политики в
образовательной сфере;
• расширение объемов и методов внебюджетной деятельности.
В административно-хозяйственной сфере:
• проведение организационных мероприятий по строительству нового учебного
корпуса вуза;
• повышение уровня комплексной безопасности университета;
• развитие студенческого спортивно-оздоровительного лагеря «Сосновка».
Нынешнее поколение преподавателей и сотрудников вуза должно еще больше сделать для того, чтобы достичь качественно нового уровня подготовки специалистов, научных и научно-педагогических кадров, способных работать в новых экономических условиях, активизировать научные исследования и инновационную деятельность в интересах
вуза, региона и страны. Для этого, несомненно, потребуется объединение усилий всех
ученых, докторантов, аспирантов, инженерно-технических работников и студентов БГТУ.
Мы рассчитываем также на поддержку и участие в решении задач вуза бывших его
выпускников разных лет, общественных организаций и объединений, государственных и
региональных органов управления.
Перспективу своего поступательного развития коллектив нашего университета видит в дальнейшем совершенствовании его образовательной, воспитательной, научноисследовательской, инновационной и организационной деятельности на благо великой
России.
Материал поступил в редколлегию 22.09.09.
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
УДК 378
В.И.Попков
ИННОВАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ – ОСНОВА РАЗВИТИЯ
ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ПРОГРАММ В БГТУ
Рассмотрены вопросы развития профессиональных образовательных программ в университете на основе
инновационных процессов.
Ключевые слова: образовательные программы, инновационные процессы, Болонский процесс, специалист,
целевая подготовка.
В настоящее время Брянский государственный технический университет является
крупным учебно-научным комплексом, важнейшим центром интеллектуальной жизни города и области. На шести дневных, вечернем и заочном факультетах и в политехническом
колледже обучается около десяти тысяч студентов. Вуз готовит специалистов для тяжелого, транспортного, энергетического машиностроения, приборостроения, энергетики, газовой промышленности, транспорта, информационных технологий, экономики и других отраслей народного хозяйства. По отзывам руководителей предприятий и организаций, выпускников вуза отличает сочетание хорошей теоретической и практической подготовки с
широтой кругозора, способность быстро адаптироваться на производстве, легко переучиваться и осваивать новые отрасли деятельности, часто весьма далекие от полученной в вузе специальности. Это позволило выпускникам вуза занять ведущее положение на многих
предприятиях России и стран СНГ, в целом ряде отраслей народного хозяйства (вагоностроение, локомотивостроение, турбостроение, общее машиностроение и др.), поставило
БГТУ в число ведущих технических вузов страны. Вуз обеспечивает инженерными кадрами большинство промышленных предприятий г. Брянска и Брянской области, а также
предприятия многих регионов России.
Стратегия развития образования в первую очередь определяется направлениями политического и социально-экономического переустройства общества. Избранный путь экономического развития оказывает влияние на высшую школу, тесно связанную с формированием интеллектуального потенциала России. Переход к рыночным отношениям в экономике сказался неблагоприятным образом на высшей школе. В связи с сокращением
производства резко снизилась потребность предприятий в инженерных кадрах. Вузы
столкнулись с перекосом номенклатуры специальностей на рынке труда. Прекратилось
государственное планирование подготовки специалистов. Реально сократилась поддержка
высшего образования со стороны бизнес-сообщества.
В этих условиях вуз должен был разработать стратегию выживания, позволяющую
обеспечить сохранение сложившихся научных и педагогических школ, опережающую
подготовку специалистов для кадровой поддержки будущего подъема экономики России.
Высшая техническая школа в быстро меняющихся условиях социально-экономической
жизни должна заложить в специалистах образовательную базу, определяющую возможность получения в дальнейшем различной профессиональной подготовки и переподготовки в соответствии с меняющейся конъюнктурой на рынке труда, сформировать способность личности к самостоятельной работе по овладению новыми знаниями под конкретную задачу. Вузы должны оперативно реагировать на потребности рынка труда в специалистах по номенклатуре специальностей, характеру будущей профессиональной деятельности, уровню квалификации. Анализ потребности в кадрах с высшим образованием,
проведенный специалистами вуза в начале 90-х гг., показал, что регион испытывает нужду
в специалистах широкого профиля в области ресурсосберегающих, наукоемких технологий, информатики и телекоммуникаций, менеджмента, маркетинга, защиты информации и
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
др. В связи с высвобождением значительной части специалистов из сферы общественного
производства возникла потребность в переподготовке и переобучении кадров. Так определилась стратегия вуза.
С целью удовлетворения потребностей предприятий региона в квалифицированных
кадрах университет постоянно расширяет номенклатуру специальностей и специализаций.
Необходимость в расширении спектра специальностей и специализаций обусловлена еще
и тем, что после аварии на Чернобыльской АЭС, существенно затронувшей Брянскую область, приток специалистов с высшим образованием из других регионов практически прекратился. Только за последние пять лет в вузе открыто 13 новых специальностей, 7 направлений подготовки магистров, 5 направлений подготовки бакалавров. В настоящее
время университет осуществляет подготовку специалистов по 14 укрупненным группам
специальностей и направлений, в том числе: на дневном отделении – магистров по 8 направлениям, специалистов по 44 специальностям и бакалавров по 5 направлениям высшего профессионального образования, 6 специальностям среднего профессионального образования и 3 специальностям начального профессионального образования; на вечернем отделении – по 3 специальностям; на заочном отделении – по 19 специальностям и 13 специальностям – по второму высшему образованию. В 2008 г. включен в состав университета в качестве структурного подразделения политехнический колледж, который реализует
6 образовательных программ среднего профессионального образования. В вузе открыта
аспирантура по 23 специальностям и докторантура по одному направлению.
Региональный центр повышения квалификации и переподготовки специалистов реализует более 30 программ дополнительного профессионального образования, в том числе
программу подготовки управленческих кадров для организаций народного хозяйства России по направлению «Менеджмент» (Президентская программа), программы дополнительных квалификаций «Специалист в области компьютерной графики и Web-дизайна»,
«Переводчик в сфере профессиональной коммуникации». Программа «Управление государственными и муниципальными закупками» пользуется большим спросом не только в
Брянской, но и в Орловской, Смоленской, Тульской, Калужской и др. областях. При вузе
открыт центр повышения квалификации преподавателей вузов. Ряд дополнительных образовательных программ реализуют открытые при вузе региональный центр безопасности
образовательных учреждений, областной центр новых информационных технологий,
учебно-квалификационный центр по подготовке и переподготовке международных автоперевозчиков, отраслевой учебно-методический центр «Охрана труда и безопасность жизнедеятельности», региональный центр аттестации сварщиков, региональный центр дистанционного обучения и информационной поддержки предпринимательства. Ежегодно в
вузе проходят повышение квалификации и переподготовку более 3 тысяч человек.
В течение последних 12 лет вуз имеет статус технического университета. Это позволило перейти от отраслевой подготовки специалистов к университетской системе, которая
лучше соответствует новому социально-экономическому укладу в стране. Технический
университет обеспечивает подготовку кадров для науки, образования и народного хозяйства по широкому спектру специальностей физико-математического, технического, информационного, социально-экономического и гуманитарного направлений. Для технического университета характерна широкопрофильная фундаментальная подготовка, позволяющая продолжать обучение в стенах университета в аспирантуре и докторантуре. В
объеме учебной нагрузки студентов значительная доля принадлежит различным видам
самостоятельной работы и индивидуальным формам обучения, участию в научноисследовательской работе. Смещение акцента от учебного к научному является той основой, которая позволяет решить многие проблемы подготовки специалистов, отвечающих
требованиям сегодняшнего дня. Решению этих задач способствует высокий уровень научно-педагогических кадров (более 67% преподавателей имеют ученые степени и звания,
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
около 11% ─ доктора наук, профессора), развитие фундаментальных и прикладных исследований с активным участием студентов, развитая учебно-педагогическая и социальнобытовая инфраструктура.
В связи с ростом темпов обновления продукции, появления и распространения новых технологий одной из наиболее развивающихся сфер инженерной деятельности становятся инновационные процессы, направленные в научно-технической сфере на превращение фундаментальных знаний, открытий, ноу-хау в новейшие технологии, изделия, материалы и услуги, которые существенным образом меняют технологическую базу отрасли и
экономики. Инновационная деятельность становится распространенной профессией. Она
носит синтетический характер, требует от специалиста знания фундаментальных дисциплин, экономики, менеджмента, свободного владения интеллектуальными системами автоматизированного проектирования и моделирования, позволяющими принимать оптимальные решения при исследовании, анализе и проектировании различных конструкций. Университетом за последние годы накоплен определенный опыт в подготовке таких специалистов.
Одним из современных направлений подготовки специалистов в области инноваций
и трансфера технологий является целевая подготовка специалистов. Она предусматривает
создание гибкой системы подготовки специалистов, способных оперативно разрабатывать
и осваивать в производстве новые высокоэффективные технологические процессы и изделия, обеспечивать переход предприятий на интенсивный путь развития. Подготовка инженеров ведется целенаправленно в интересах конкретных базовых предприятий на кооперативных началах с этими предприятиями. Целевая подготовка специалистов является
одним из направлений интеграции инженерного образования с производством и наукой.
Формы реализации целевой подготовки различны.
По заказу ряда машиностроительных предприятий кафедрой «Машины и технология
литейного производства» регулярно ведется индивидуальная подготовка инженеровлитейщиков. По договору с заводом «Турбодеталь» (г. Нарофоминск) осуществляется целевая подготовка студентов, специализирующихся в области производства отливок из жаропрочных сплавов литьем по выплавляемым моделям. С этой целью в учебный план
включены такие дисциплины: «Технология литья по выплавляемым моделям», «Оборудование цехов для литья по выплавляемым моделям», «Жаропрочные сплавы на никелевой
основе для отливок», «Конструкция и расчет вакуумных индукционных печей» и др. По
договору с ОАО «Кировский завод» (г. Киров Калужской обл.) осуществляется целевая
подготовка студентов со специализацией «Производство отливок в вакуумно-пленочную
форму». По договору с ОАО «ПК «Бежицкий сталелитейный завод» осуществляется целевая подготовка студентов со специализацией «Производство стальных вагонных отливок».
Кафедрой «Электронные, радиоэлектронные и электротехнические системы» по заказу ЗАО «Группа Кремний» ежегодно осуществляется целевой набор для подготовки
специалистов в области твердотельной микроэлектроники. На пяти курсах обучается более 60 человек по договорам с предприятием. Предприятие полностью оплачивает подготовку специалистов, выплачивает студентам стипендию. Часть учебного процесса проходит в цехах и лабораториях предприятия. Для организации учебного процесса на предприятии выделен куратор из числа опытных заводских работников. Выделяются заводские
помещения для проведения занятий. Такие дисциплины, как «Технология производства
полупроводниковых приборов», «Проектирование приборов», читаются с учетом использования заводских программ, технологии и оборудования. Часть лабораторного практикума выполняется на заводском оборудовании. Каждый студент получает персональное задание на проектирование и изготовление микросхемы, изготовляет ее, последовательно
выполняя все операции на заводском оборудовании, а затем осуществляет ее диагностику
на заводском стенде. Предприятие организует практику студентов на рабочих местах. На
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
старших курсах студенты совмещают учебу с работой на предприятии. В 2008 г. состоялся
первый выпуск специалистов, который подтвердил успешность такой системы подготовки
кадров. Опыт взаимодействия университета и предприятия получил высокую оценку губернатора Брянской области Н.В.Денина.
Начиная с 2005 г. по просьбе и при поддержке ФГУП «Брянский электромеханический завод» кафедрой «Электронные, радиоэлектронные и электротехнические системы»
ведется целевая подготовка студентов по специальности «Радиоэлектронные системы».
Ежегодно принимаются по 10-12 студентов для подготовки к будущей инженерной деятельности на этом предприятии. На заводе оборудован учебный класс, оснащенный современной приборной, компьютерной и проекционной техникой. Для организации учебного процесса предприятие передало кафедре 56 единиц оборудования: осциллографы,
генераторы частот, источники питания и др. В проведении занятий принимают участие
заводские специалисты. Планируется проведение практики студентов старших курсов на
инженерных должностях на предприятии.
Кафедрой «Промышленная теплоэнергетика» по заказу ОАО «Брянскоблгаз» осуществляется целевая подготовка студентов со специализацией «Теплогазоснабжение и вентиляция». В рамках специальности «Промышленная теплоэнергетика» студентам дополнительно читаются дисциплины «Основы отопления, вентиляция и кондиционирование
воздуха», «Газоснабжение», «Газовые сети и газовое оборудование промпредприятий,
ГНС и АГЗС», «Газовые сети и газовое оборудование зданий», «Эксплуатация систем
ТГСВ, электрохимическая защита газопроводов». Студенты выполняют курсовые проекты
по заданию организации, будут проходить практику на рабочих местах. Общий объем дополнительной подготовки составляет 500 часов. Студенты заключили с вузом и организацией договоры на целевую контрактную подготовку. Организация выплачивает студентам
дополнительную стипендию.
Кафедрой «Вагоны» в течение ряда лет осуществляется целевая подготовка специалистов по очной и заочной формам обучения по заказам ОАО «Тверской вагонзавод»,
«Рославльский вагоноремонтный завод», «Демиховский машиностроительный завод».
Опыт целевой индивидуальной подготовки специалистов имеют и другие кафедры вуза.
Целевая подготовка в рамках университетского комплекса позволяет решать следующие задачи: повышать качество подготовки специалистов; удовлетворять потребности
предприятий региона в инженерных кадрах по номенклатуре специальностей и количеству; содействовать трудоустройству молодых специалистов в соответствии с их индивидуальными интересами и запросами; корректировать в рамках государственного образовательного стандарта содержание образования в соответствии с требованиями предприятийзаказчиков; знакомить студентов с передовым производственным опытом в процессе обучения; использовать производственную базу и высококвалифицированных специалистов
предприятий для подготовки специалистов; сокращать период адаптации молодых специалистов на предприятии; формировать многосторонний и долгосрочный заказ на подготовку специалистов.
Целевая индивидуальная подготовка специалистов по заказам предприятий и организаций позволяет вузу планировать подготовку специалистов с учетом потребностей
предприятий региона, оперативно откликаться на меняющуюся конъюнктуру на рынке
труда, готовить специалистов с учетом особенностей предприятий, которым не требуется
время для адаптации на производстве.
Большое внимание в вузе обращается на информационно-методическое обеспечение
учебного процесса. За последние пять лет преподавателями вуза написано и издано 246
учебников и учебных пособий, в том чиле 38 с грифами Минобрнауки и других федеральных ведомств и УМО, и более 1600 наименований различных учебно-методических разработок. Во многих российских вузах используются учебники и учебные пособия, авторами
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
которых являются преподаватели нашего вуза: «Инновационный менеджмент» проф.
В.И.Аверченкова и проф. Е.Е.Ваинмаера, «Трибология» и «Методы моделирования процессов в триботехнических системах» проф. О.А.Горленко и проф. В.П.Тихомирова, «Вагоны» проф. В.В.Кобищанова, «Проектирование объемного насосного гидропривода
ПТМиО» и «Приборы и методы диагностики подъемно-транспортного оборудования и
крановых путей» проф. А.В.Лагерева, «Нестандартное оборудование вагоносборочного
производства» доц. В.С.Лукашука,
«Технология локомотивостроения» проф.
Е.Н.Максаковой, «Теория и конструкция локомотивов» проф. Г.С.Михальченко и доц.
В.А.Симонова, «Судовые энергетические установки с двигателями внутреннего сгорания»
доц. Ю.А.Пахомова, «Топливо и топливные системы судовых дизелей» доц.
Ю.А.Пахомова и доц. Г.Л.Васильева, «Введение в философию техники» проф.
Н.В.Попковой, «Технология машиностроения» проф. А.Г.Суслова и др. Кафедрой «Компьютерные технологии и системы» под руководством проф. В.И.Аверченкова организован
выпуск серий учебных пособий для специальностей «Организация и технология защиты
информации» и «Системы автоматизированного проектирования».
По результатам научных исследований преподавателей вуза за последние пять лет
издано 75 монографий и 40 сборников статей и материалов научных конференций. Преподаватели вуза являются соавторами нескольких томов издаваемой РАН энциклопедии
«Машиностроение». Под редакцией проф. А.Г.Суслова вузом издана энциклопедия «Технологи России». С 2004 г. издается научно-технический журнал «Вестник БГТУ» (главный редактор – проф. А.В.Лагерев), рекомендованный ВАК для опубликования результатов диссертаций по машиностроению (докторских и кандидатских), управлению, вычислительной технике и информатике (кандидатских).
Для мирового сообщества в целом сегодня актуальными являются процессы глобализации и интеграции, существенно влияющие на развитие отдельных регионов, стран и
всего человечества. Примером такой интеграции в области высшего образования является
Болонский процесс, под знаком которого в последние годы проходит развитие европейских университетов. Главной целью Болонского процесса, к которому присоединилась и
Россия, является построение к 2010 г. единого Европейского пространства высшего образования (ЕПВО). Болонская декларация предполагает совместное продвижение к основной цели путем реализации ряда обязательных, рекомендательных и факультативных параметров в системах высшего образования стран-участниц.
Реформа образовательных систем в контексте Болонского процесса имеет целью повышение сопоставимости, прозрачности национальных образовательных структур и квалификаций высшего образования. Главным инструментом достижения сопоставимости
квалификаций высшего образования считается переход на многоступенчатую подготовку
специалистов. Её введение является лишь первым шагом на пути к созданию прозрачной
системы степеней. Необходимо разработать общие определения и требования к степеням,
рамки квалификаций, основанных на внешних характеристиках: профиле и уровне квалификации, итоговых знаниях и приобретённых компетенциях.
К преимуществам многоступенчатой системы относятся возможность построения
индивидуальной образовательной траектории студента; уменьшение финансовых издержек государства на получение гражданами высшего образования в сравнении с продолжительной одноуровневой системой; возможность более раннего обретения личностью финансовой независимости, социального статуса, профессии; ускорение формирования основ профессионального мастерства; развитие инициативности, творческой активности,
ответственности студентов; развитие культуры образования через всю жизнь; прозрачность и сопоставимость квалификаций на международном рынке труда; рост привлекательности российского образования для других стран.
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
В БГТУ осуществляется постепенный переход на многоступенчатую подготовку
специалистов. Накоплен определенный опыт в подготовке бакалавров и магистров по направлению «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств». В 2009 г. осуществлен первый выпуск бакалавров по направлению «Информационные системы», начата подготовка бакалавров по направлениям «Экономика», «Менеджмент», «Прикладная информатика», «Информационные технологии» и магистров по
7 направлениям.
К потенциальным издержкам распространения многоступенчатой системы в отечественной высшей школе, по мнению автора, относятся опасность некритического заимствования опыта западных стран и механического переноса его в практику российских вузов; возможность нарушения принципа автономии вузов в плане выбора моно- или многоступенчатых программ, являющегося одним из основополагающих принципов европейской интеграции; недостаточная определённость функциональной направленности бакалаврских программ, затрудняющая восприятие степени бакалавра как квалификации высшего профессионального образования и признание её работодателями. Многие виды профессиональной деятельности, требующие высшего образования, в той форме, как они
сложились в России, по мнению работодателей, не могут выполняться бакалаврами.
Реализуя принципы Болонского процесса, крайне важно сохранить преимущества и
приоритеты, положительные особенности отечественного профессионального образования, богатейшие традиции российской высшей школы, высокий научный и интеллектуальный потенциал профессорско-преподавательского состава российских университетов.
Необходимо сохранить и не разрушить в процессе интеграции исторически сложившееся
единство образовательных систем славянских государств.
Образовательный потенциал студентов зависит от уровня их довузовской подготовки. Вуз, предъявляя конкретные требования к уровню математических и физических знаний, навыков и умений выпускников школы, не может в полной мере определять содержание и качество школьного образования. Поэтому университет организует расширение и
углубление школьного математического и физического образования через различные
формы довузовской подготовки и профессиональной ориентации (группы повышенной
физико-математической подготовки и подготовительные курсы при вузе, заочные физико-математические школы, воскресные лектории, олимпиады, выпуск необходимой методической литературы, семинары для преподавателей школ и т.д.). Ежегодно в Брянске,
Карачеве, Людиново работают подготовительные курсы различной длительности. Для
повышения уровня математического и физического образования расширяется взаимодействие «школа – вуз», особенно со средними учебными заведениями, обеспечивающими
повышенную физико-математическую подготовку. Взаимодействие между вузом и школой оказывает существенное влияние не только на содержание образования в школе, но и
на технологию обучения, особенно если для этого частично используется профессорскопреподавательский состав и учебная база вуза.
В 2003 г. при участии БГТУ в городском лицее №1 был организован профильный
технический класс, ориентированный на подготовку к поступлению в технические вузы.
Один день в неделю занятия учащихся технических классов проходят в аудиториях университета. Преподаватели вуза обеспечивают углубленную подготовку лицеистов по физике, информатике, техническому черчению, иностранному языку. Ежегодно для учащихся базовых школ в университете читаются обзорные лекции по физике с показом большого количества лекционных демонстраций. Для учащихся карачевской школы им.
С.М.Кирова преподаватели вуза проводят семинары по решению задач по наиболее трудным темам по математике, физике, информатике. На кафедрах общей физики и прикладной механики лицеисты приобщаются к научной работе. Отдельные группы повышенной
подготовки для учащихся 10 и 11 классов были организованы для школы №11. Знания по
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
информатике школьники могут пополнить в университетском учебном центре «Информатик». Всего довузовской подготовкой ежегодно охватывается более тысячи школьников.
С целью отбора наиболее одаренных абитуриентов проводятся региональные олимпиады
по физике, информатике, математике, обществознанию и экологии, в которых принимают
участие более 500 человек. Региональным представительством центра тестирования при
вузе проводилось бланковое и компьютерное тестирование по математике, физике, информатике, обществознанию и другим предметам, в котором ежегодно принимали участие
до двух тысяч абитуриентов. Профориентационная работа и довузовская подготовка позволяют обеспечивать ежегодный конкурс абитуриентов на уровне 2,7 – 2,8 человека на
место, в 2009 г. конкурс составил 3,3 человека на место. Следует отметить, что хотя за последние четыре года прием на бюджетные места снизился в целом по России более чем на
10%, наш университет увеличил бюджетный прием на 11%.
Для обеспечения более тесного взаимодействия вуза с другими учебными заведениями на базе университета организована ассоциация учебных заведений – Брянский
центр непрерывного образования инженерных кадров. Центр создан на основе договора с
сохранением юридического статуса входящих в него учреждений и организаций. В состав
центра входят: БГТУ, три колледжа, городской лицей №1, брянские гимназии№1, 2 и 5,
семь средних школ в Брянске, карачевская школа им. С.М.Кирова, два профессиональных
училища, НИИ «Изотерм», Людиновский агрегатный завод, региональный центр повышения квалификации и переподготовки специалистов, областной центр новых информационных технологий, филиал Исследовательского центра проблем качества подготовки специалистов Минобрнауки России и другие организации и учреждения. Создание такой интегрированной структуры позволяет ликвидировать дублирование содержания образовательных программ, обеспечить обучение на основе согласованных учебных планов и
единства требований при оценке качества знаний на различных этапах обучения, повысить уровень профессиональной ориентации школьников, сократить сроки обучения в вузе выпускников техникумов и колледжей, более рационально использовать материальную
базу учебных заведений и выделяемые средства. Предприятия, входящие в состав ассоциации, широко используются для совершенствования подготовки специалистов с высшим образованием. Ведущие специалисты предприятий привлекаются для чтения лекций,
руководства дипломным проектированием, участия в работе государственных аттестационных комиссий. Успешно решаются вопросы трудоустройства и адаптации выпускников
университета на этих предприятиях. Учеными вуза совместно с производственниками решаются актуальные научно-технические проблемы. При этом в научную работу вовлекаются студенты.
В связи с включением в состав вуза политехнического колледжа вуз превращается в
университетский комплекс, позволяющий реализовать концепцию непрерывного инженерного образования в рамках единой структуры и обеспечить реализацию профессиональных образовательных программ всех уровней – от начального до аспирантуры и докторантуры. Создание такого комплекса потребует:
- разработки системы управления университетским комплексом;
- решения правовых и финансовых вопросов, организации экономических рычагов
воздействия на структурные подразделения;
- разработки методологии, теории и практики согласовании компонентов образовательных стандартов различных уровней;
- обеспечения преемственности и единства требований к качеству образования на
различных этапах, преемственности в содержании образовательных программ;
- разработки образовательных технологий, обеспечивающих качество образования
на всех этапах непрерывной подготовки специалистов;
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
- вовлечения преподавателей колледжей и училищ в научно-исследовательскую работу кафедр.
Создание университетского комплекса позволит:
- перейти на качественно новый уровень подготовки специалистов, научных и научно-педагогических кадров, отвечающих международным квалификационным требованиям
рынка труда;
- разработать и внедрить новейшие образовательные и информационные технологии, научно-методическое и материально-техническое обеспечение учебного процесса,
определяющие формирование широко образованной и гармонично развитой личности,
интересы которой адекватны современным тенденциям общественного развития;
- повысить эффективность подготовки, переподготовки, повышения квалификации
специалистов и научно-педагогических кадров на основе новейших образовательных технологий;
- расширить спектр специальностей в соответствии с запросами предприятий и организаций региона, организовать подготовку рабочих высокой квалификации;
- реализовать в полном объеме концепцию непрерывного образования;
- превратить университет в центр подъема экономики региона, инновационной и инвестиционной активности, духовного и культурного развития.
Новые возможности появляются у университетского комплекса – участника Международной ассоциации славянских вузов и Международной ассоциации вузов приграничных областей Беларуси и России – благодаря реализации совместных образовательных
программ с вузами славянских государств, входящих в эти ассоциации. Большинство контактов осуществляется на основе двухсторонних соглашений между вузами. Брянский государственный технический университет активно участвует в этой работе совместно с вузами-партнерами в Украине, Беларуси и Приднестровье. Реализация вузами совместных
образовательных программ полностью отвечает принципам Болонского процесса и является эффективной формой совершенствования учебного процесса в вузе. Благодаря языковой близости и исторической общности реализовать совместные образовательные программы с вузами славянских государств легче, чем с другими европейскими странами. Такие программы, предлагаемые университетами разных стран, должны привести к получению студентами совместных степеней или совместных дипломов (выдаче двух дипломов).
Уже в Болонской декларации упоминается о совместных образовательных программах как
важном средстве достижения гармонизации общеевропейского образовательного пространства, как инструменте, позволяющем вузам использовать потенциал друг друга, решать задачи, иногда просто непосильные для отдельных вузов. Реализация совместных
программ предполагает обмен как преподавателями, занятыми в чтении тех или иных
курсов, семинаров, проведении практикумов и т.п., так и студентами, которые обучаются
по совместной программе. Академическая мобильность, развитая в той или иной степени,
– условие реализации совместной программы. Освоение студентом совместной образовательной программы может вести к присвоению ему совместной степени, т.е. степени,
обеспеченной и подтвержденной двумя или более участвующими в проекте вузами. В
2009 г. в БГТУ по договору с Приднестровским государственным университетом им.
Т.Г.Шевченко начата подготовку 25 студентов по двум специальностям для предприятий
и организаций Приднестровья по заочной форме обучения.
Другой формой интеграции систем высшего образования славянских государств, успешно реализуемой Брянским государственным техническим университетом, является
участие преподавателей различных вузов в совместном написании и издании учебников и
учебных пособий. Приведем только несколько примеров изданий, выпущенных за последние годы. Под руководством проф. А.В.Лагерева совместно с вузами Республики Беларусь реализуется международный проект по изданию учебной литературы по направле25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
нию «Проектирование, производство и эксплуатация подъемно-транспортной техники».
Сборник задач и упражнений по технологии машиностроения, авторами которого являются профессора В.И.Аверченков, О.А.Горленко, В.Б.Ильицкий, А.В.Тотай, доценты
Е.А.Польский и В.Ф.Чистов, издан не только в России, но и в Украине и Республике Беларусь. Под руководством проф. А.В.Тотая совместно с белорусскими коллегами подготовлено учебное пособие «Основы экологии». Проф. В.И.Аверченков является одним из авторов учебного пособия «Проектирование технологических процессов в машиностроении», изданного в Республике Беларусь совместно с преподавателями БелорусскоРоссийского университета.
Процесс получения образования в университете сочетается с формированием личности будущего специалиста как носителя нравственности, продолжателя гуманистических традиций российской инженерной школы. Университет должен воспитать специалиста-аналитика, способного системно мыслить, сформировать у него жизненную и гражданскую позицию, определить мировосприятие, жизненные ценности, от которых во многом зависит будущий характер постиндустриального способа жизнеобеспечения человеческого общества. Инженер должен сознавать социальную значимость инженерного труда, его возможные последствия, свою социальную ответственность.
В условиях перестройки всей социально-экономической жизни страны профессорско-преподавательский состав университета стремится воспитать у студентов веру в духовный потенциал России, ее способность преодолевать исторические катаклизмы, патриотизм, чувство личной ответственности за будущее России, за развитие ее науки и техники. Преподаватели университета готовы приложить все свои знания, умения и силы для
решения благородной задачи подготовки высококвалифицированных специалистов. Мы
надеемся, что выпускники нашего университета внесут достойный вклад в возрождение и
развитие экономики России в ХХI веке.
Материал поступил в редколлегию 10.09.09.
26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
УДК 378 (470)
О.А. Горленко
ИННОВАЦИОННЫЙ ПОДХОД К ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ, НАУЧНОЙ,
УПРАВЛЕНЧЕСКОЙ И ДРУГИМ ВИДАМ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В ВУЗЕ
Рассмотрена нетрадиционная организация образовательной, научной, управленческой и других видов деятельности в вузе с позиции процессного подхода в рамках типовой системы качества. Изложен опыт Брянского государственного технического университета в этой области.
Ключевые слова: процессный подход, образовательная деятельность, научная деятельность, управленческая
деятельность, система качества вуза.
Инновационный подход к образовательной, научной, управленческой, а также другим видам деятельности в вузе положен в основу разработки известной типовой системы
качества образовательного учреждения (СК ОУ) [1], базирующейся на требованиях следующих документов:
− «Стандарты и рекомендации для гарантии качества высшего образования в европейском регионе», разработанные Европейской ассоциацией гарантий качества в высшем
образовании (далее - «Стандарты и рекомендации ENQA») – European Network for Quality
Assurance in Higyer Education;
− стандарты по менеджменту качества ИСО 9000 версии 2008 г.
«Стандарты и рекомендации ENQA» направлены главным образом на улучшение
образовательной деятельности и включают следующие требования:
1. Политика и процедуры оценки качества: учебные заведения должны иметь политику и соответствующие процедуры гарантии качества и стандарты своих образовательных программ и сертификатов; в своей работе они также должны полностью посвящать
себя развитию культуры признания важности качества и его гарантий; для достижения
этого учебные заведения должны разрабатывать и применять стратегию постоянного
улучшения качества; стратегия, политика и процедуры должны обладать официальным
статусом и находиться в свободном доступе; они также должны отводить роль студентам
и другим заинтересованным сторонам.
2. Утверждение, мониторинг и периодические проверки программ и квалификаций:
учебные заведения должны иметь официальные механизмы утверждения, периодических
проверок и мониторинга своих программ и сертификатов.
3. Оценка студентов: студенты должны оцениваться с помощью опубликованных
критериев, положений и процедур, применяемых согласованно.
4. Гарантия качества преподавательского состава: учебные заведения должны разработать методы для определения достаточности компетентности и квалификации работников, вовлечённых в учебный процесс; данные методы должны быть доступны для внешней проверки и упомянуты в отчетах.
5. Ресурсы обучения и поддержка студентов: учебные заведения должны гарантировать, что ресурсы, доступные для обучения, являются адекватными и уместными для каждой предлагаемой программы.
6. Информационные системы: учебные заведения должны гарантировать сбор, анализ и использование информации, необходимой для эффективного управления обучением
и другой деятельностью.
7. Общественная информация: учебные заведения должны регулярно публиковать
свежую, беспристрастную и объективную информацию (количественную и качественную)
о предлагаемых ими программах и сертификатах.
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Одно из основных требований стандартов
ИСО 9000 версии 2008 г. - реализация процессноУправление
го подхода, являющегося по своей сущности инновационным подходом. В соответствии с этим
Процесс
подходом желаемый результат достигается эфВходы
Выходы
фективнее, если различными видами деятельности ОУ управляют как процессом. Процесс – соРесурсы
вокупность взаимосвязанных и взаимодействующих видов деятельности, преобразующих входы в
Рис. 1. Схема процесса
выходы (рис. 1). При этом ОУ рассматривается
как совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессов, а управление ОУ осуществляется посредством управления этими
процессами. В связи с этим образовательное учреждение должно:
− определить процессы, отражающие различные виды деятельности ОУ, их последовательность и взаимодействие, а также измеряемые характеристики и показатели качества процессов и их результатов, критерии и методы их анализа, необходимые как для
обеспечения результативности процессов, так и при управлении этими процессами;
− обеспечить наличие ресурсов и информации, необходимых для поддержки данных процессов и их мониторинга;
− осуществить мониторинг, измерение и анализ выделенных процессов;
− принять меры, необходимые для достижения запланированных результатов (целевых значений показателей) и постоянного улучшения этих процессов.
В известной типовой модели СК ОУ предлагается следующий реестр процессов и
видов деятельности ОУ (таблица) [1]. В структуре процессов системы качества выделен
ряд процессов, которые образуют инвариантное ядро типовой модели (в таблице эти процессы отмечены звездочками). К инвариантному ядру типовой модели системы качества
ОУ также относится:
− деятельность руководства в системе качества ОУ (раздел 1);
− деятельность по измерению, анализу и улучшению основных и обеспечивающих
процессов (раздел 4).
Деятельность и процессы, входящие в инвариантное ядро типовой модели, подлежат
обязательной проверке при оценке выполнения в ОУ показателя государственной аккредитации 1.2.3 «Эффективность внутривузовской системы обеспечения качества образования».
Отличительной особенностью типовой СК ОУ является наличие шкалы зрелости
процессов СК ОУ, которая имеет четыре уровня:
I. Определенность СК ОУ (наличие обратной связи с потребителями процесса, измерение каких-либо его показателей с последующим их фрагментарным анализом).
II. Воспроизводимость СК ОУ (управление процессом осуществляется на основе измерения его выходных показателей, последующего статистического анализа результатов
измерений с разработкой корректирующих действий, при этом выходные показатели процесса находятся в установленных границах).
III. Способность СК ОУ (входные и внутренние показатели процесса, влияющие на
его результативные показатели, формализованы, измеряются и анализируются; реализована практика предупреждающих несоответствия действий и постоянного роста удовлетворенности потребителей).
IV. Эффективность СК ОУ (деятельность, не прибавляющая ценности для потребителя, выявлена и минимизирована, при этом постоянно оценивается эффективность процесса).
28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Реестр процессов и видов деятельности в СК ОУ
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
2
2.1*
2.2*
2.3
2.4*
2.5*
2.6*
2.7
2.8
2.9
2.10*
2.11
2.12
3
3.1*
3.2*
3.3
3.4*
3.5
3.6*
3.7*
3.8
3.9
3.10
4
4.1
4.2
4.3
Таблица
Деятельность руководства в СК ОУ
Стратегия, политика и цели в области качества
Планирование и развитие СК ОУ
Распределение ответственности и полномочий
Подготовка к лицензированию, аттестации и аккредитации
Анализ СК ОУ со стороны руководства
Информирование общества
Финансирование СК ОУ
Основные процессы СК ОУ
Маркетинг
Проектирование и разработка образовательных программ
Довузовская подготовка
Прием студентов
Реализация основных образовательных программ
Воспитательная и внеучебная работа с обучаемыми
Проектирование программ дополнительного образования
Реализация программ дополнительного образования
Подготовка кадров высшей квалификации
Научные исследования и разработки
Инновационная деятельность
Международная деятельность
Обеспечивающие процессы СК ОУ
Управление персоналом
Управление образовательной средой
Редакционно-издательская деятельность
Библиотечное и информационное обслуживание
Управление информационной средой
Управление закупками
Управление инфраструктурой
Управление производственной средой
Обеспечение безопасности жизнедеятельности
Социальная поддержка студентов и сотрудников ОУ
Измерение, анализ и улучшение основных и обеспечивающих процессов
Мониторинг, измерение и анализ процессов
Управление несоответствиями
Улучшение процессов
При этом каждый последующий уровень зрелости включает признаки зрелости всех
предыдущих уровней.
Создание СК ОУ сопровождается разработкой документации [2-9], которая может
быть в любой форме и на любом носителе и включает 6 уровней (рис.2):
А. Документы, представляющие согласованную информацию о СК ОУ, предназначенную как для внутреннего, так и для внешнего пользования (миссия и видение ОУ, документально оформленное заявление о политике и целях в области качества и руководство по качеству).
29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Рис. 2. Иерархическая структура документации СК ОУ
Б. Документы для описания процессов:
- информационная карта процесса (ИК) - дает статическое описание процесса и содержит атрибуты его менеджмента: планирование, обеспечение, управление и улучшение
процесса;
- документированная процедура (ДП) - документированный установленный способ
деятельности или выполнения определенной работы (процесса);
- рабочие инструкции (РИ) - это письменные указания, определяющие конкретную
последовательность действий при выполнении отдельных работ или операций.
В. Документы по планированию различных видов деятельности (планы или программы качества).
Г. Организационно-правовые и методические документы (устав ОУ, организационная структура, матрица полномочий и ответственности, положения о структурных подразделениях, должностные инструкции, порядки и т. п.) и рекомендации, помогающие в работе.
Д. Записи по качеству - документы, содержащие достигнутые результаты или свидетельства осуществленной деятельности и необходимые для гарантии эффективной работы
и управления процессами (документальные записи, отражающие состояние некоторых характеристик СК ОУ или рабочих процессов на определенный момент или промежуток
времени).
Е. Правовые, нормативные и технические документы, устанавливающие требования
к продукции или услуге, - документы, содержащие нормативные требования и условия,
например ГОС по различным направлениям и специальностям, другие стандарты, технические условия, документы органов власти, контроля и надзора, инструктивные документы Министерства образования и науки РФ, Федерального агентства по образованию и т.п.
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Оценка СК ОУ проводится экспертами-аудиторами и позволяет:
− проверять СК ОУ на ее соответствие стандартам и рекомендациям ENQA (что означает при соответствии процессов инвариантного ядра уровню «Воспроизводимость»
выполнение ОУ показателя государственной аккредитации 1.2.3 «Эффективность внутривузовской системы обеспечения качества образования»);
− проводить аттестацию СК ОУ с последующим включением данного ОУ в «Реестр
образовательных учреждений с аттестованной СК» Рособрнадзора при оценке зрелости
СК ОУ уровнем «Воспроизводимость» и выше (соответствие проверяемому уровню всей
СК ОУ принимается в том случае, если 100% основных процессов и 50% вспомогательных, относящихся к инвариантному ядру типовой модели СК ОУ, соответствуют проверяемому уровню зрелости).
Повышению эффективности рассматриваемого инновационного подхода способствует организация и проведение научных исследований в данной области, которые в вузах
проводят главным образом сотрудники кафедр, осуществляющих подготовку инженерных
кадров и особенно кадров высшей квалификации в области менеджмента качества.
С учетом потребностей предприятий Брянского региона в Брянском государственном техническом университете в 1995 г. открыта подготовка инженеров по специальности
«Стандартизация и сертификация» со специализацией «Управление качеством продукции
на машиностроительном предприятии» (первый выпуск состоялся в 2000 г.). В 2003 г. в
университете открыта специальность «Управление качеством» со специализацией
«Управление качеством в производственно-технологических системах» (первый выпуск
состоялся в 2008 г.), а в 2004 г. – специальность «Метрология и метрологическое обеспечение» со специализацией «Метрологическое обеспечение технологических процессов и
производств» (первый выпуск состоялся в 2009 г.). Таким образом, БГТУ является одним
из немногих вузов России, готовящих инженерные кадры по всем направлениям, связанным с управлением качеством продукции и услуг.
Ввиду необходимости организации научных исследований в области управления качеством продукции и услуг, а также подготовки кадров высшей квалификации на кафедре
«Стандартизация и сертификация» (впоследствии получившей название «Управление качеством производственных и технических систем», а затем – «Управление качеством,
стандартизация и метрология») в 2000 г. была открыта аспирантура по научной специальности 05.02.23 - «Стандартизация и управление качеством продукции». В вузе функционирует диссертационный совет Д212.021.01, принимающий к защите кандидатские и докторские диссертации по данной научной специальности.
Начиная с 2002 г. по управлению качеством продукции и услуг были защищены
9 кандидатских и 1 докторская диссертации [10-19].
На предприятиях нашей страны начался переход на новые международные стандарты ИСО 9000 (сначала версии 2000 г., а затем 2008 г.). Для осуществления такой стратегии
в БГТУ разработана методология создания систем менеджмента качества (СМК), учитывающая неразрывную связь трех основных стандартов (ИСО 9000, ИСО 9001, ИСО 9004),
в соответствии с которой разработаны системы менеджмента качества организаций:
1) ФГУП «111-й военный завод Министерства обороны Российской Федерации»
(сертифицирована в системе «Военный регистр»);
2) ФГУП «Карачевский завод «Электродеталь» (сертифицирована в системе «Военэлектронсерт»);
3) ОАО «Завод «Снежеть» (сертифицирована в системе «Военэлектронсерт»);
4) ОАО «Клинцовский завод поршневых колец» (сертифицирована в системе «Русский регистр»);
5) ОАО «Сантехлит» (сертифицирована в системе «ЦНЭК-СЕРТ»);
6) ООО «Брянсклифт-Сервис» (сертифицирована в системе «Русский регистр»).
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
В БГТУ накоплен большой опыт научных исследований в области управления качеством продукции и услуг, о чем свидетельствуют научные публикации [20-33], в том числе 5 монографий [20-24], 7 учебных пособий [25-31] и 1 учебник [32].
В 1999, 2002, 2004 и 2007 гг. в г. Брянске были проведены международные научнотехнические конференции по проблемам управления качеством продукции и услуг, а в
2000, 2005 и 2009 гг. – международные научно-методические конференции по качеству
инженерного образования, позволившие проанализировать и обобщить опыт, накопленный учеными в области менеджмента качества [34-42].
В заключение следует отметить, что организация образовательной, научной, управленческой и других видов деятельности вуза возможна (с позиции философии всеобщего
менеджмента качества) лишь на основе корпоративной социальной ответственности, при
которой руководители и сотрудники ориентированы на достижение результатов, отвечающих требованиям всех заинтересованных сторон. Этому способствует лидерство руководителей всех уровней в вопросах менеджмента качества, непрерывное обучение всех
сотрудников, развитие их навыков и вовлечение в процесс совершенствования выполняемых ими видов деятельности с позиций рассматриваемого в настоящей статье инновационного подхода.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Горленко, О.А. Типовая система качества вуза: версия 2008 г. / О.А. Горленко. – Брянск: БГТУ, 2009. - 60 с.
2. Горленко, О.А. Типовая система качества вуза: общие рекомендации по внедрению и оценке эффективности / О.А. Горленко, В.В. Мирошников, Т.П. Можаева. – Брянск: БГТУ, 2008. - 36 с.
3. Горленко, О.А. Типовая система качества вуза: реализация процессного подхода / О.А. Горленко, В.В.
Мирошников, Т.П. Можаева. – Брянск: БГТУ, 2008. - 56 с.
4. Типовая система качества вуза: информационные карты процессов: сб. норматив.-метод. материалов /
сост. О.А. Горленко. – Брянск: БГТУ, 2009. - 164 с.
5. Типовая система качества вуза: ответственность руководства: сб. норматив.-метод. материалов / сост.
О.А. Горленко. – Брянск: БГТУ, 2009. - 72 с.
6. Типовая система качества вуза: система качества факультета / О.А. Горленко, Е.В. Левкина. – Брянск:
БГТУ, 2009. - 61 с.
7. Типовая система качества вуза: система качества кафедры / О.А. Горленко, Е.В. Левкина. – Брянск:
БГТУ, 2009. - 68 с.
8. Типовая система качества вуза: краткий терминологический словарь / сост. О.А. Горленко,
Е.В. Левкина. - Брянск: БГТУ, 2009. - 28 с.
9. Максимова, М.В. Англо-русский и русско-английский словарь по менеджменту качества: словарь /
М.В. Максимова; под ред. О.А. Горленко. – Брянск: БГТУ, 2009. – 156 с.
10. Клепинин, Б.Н. Научно-методическое обеспечение системы качества единичного и мелкосерийного производства наукоёмкой продукции: дис....канд. техн. наук / Б.Н. Клепинин. – Брянск, 2002. – 153 с.
11. Можаева, Т.П. Повышение качества образовательных услуг в техническом вузе на основе процессного
подхода и мониторинга усвоения материала лекционных курсов: дис....канд. техн. наук / Т.П. Можаева. –
Брянск, 2004. – 259 с.
12. Левин, Д.К. Обеспечение качества изделий машиностроения в условиях серийного производства на основе рационального выбора средств измерений: дис....канд. техн. наук / Д.К. Левин. – Брянск, 2004. – 172 с.
13. Симоненков, Ю.П. Научно-методическое обеспечение бизнес-процесс ориентированной системы менеджмента качества региональных органов стандартизации, метрологии и сертификации: дис....канд.
техн. наук / Ю.П. Симоненков. – Брянск, 2004. – 262 с.
14. Барабанова, И.А. Научно-методологическое обеспечение стандартизации размерных режущих инструментов (на примере метчиков): дис….канд. техн. наук / И.А. Барабанова. – Брянск, 2005. – 172 с.
15. Ефимова, Г.В. Повышение результативности системы менеджмента качества машиностроительного
предприятия: дис….канд. техн. наук / Г.В. Ефимова. – Брянск, 2005. – 306 с.
16. Голованов, В.В. Разработка моделей и алгоритмов многомерного анализа процессов в управлении качеством на предприятии: дис….канд. техн. наук / В.В. Голованов. – Брянск, 2006. – 219 с.
17. Борбаць, Н.М. Оценка удовлетворенности заинтересованных сторон в системе менеджмента качества
промышленного предприятия: дис….канд. техн. наук /Н.М. Борбаць. – Брянск, 2007. – 242 с.
18. Чистоклетов, Н.Ю. Управление качеством инновационной деятельности высшего учебного заведения в
научной сфере: дис….канд. техн. наук / Н.Ю. Чистоклетов. – Брянск, 2008. – 306 с.
32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
19. Мирошников, В.В. Методологические основы системного моделирования и оптимизации менеджмента
качества в машиностроении: дис….д-ра техн. наук / В.В.Мирошников. – Брянск, 2006. – 440 с.
20. Горленко, О.А. Создание систем менеджмента качества в организации: монография / О.А. Горленко, В.В.
Мирошников. – М.: Машиностроение-1, 2002. – 126 с.
21. Горленко, О.А. Управление инновационной деятельностью на основе информационных технологий /
О.А. Горленко, В.В. Мирошников, В.И. Галкин, И.В. Федоров, А.В. Шевелев. – М.: Машиностроение-1,
2004. – 160 с.
22. Проскурин, А.С. Повышение качества цилиндрических зубчатых передач / А.С. Проскурин; под ред.
О.А. Горленко. – Брянск: БГТУ, 2007. – 164 с.
23. Горленко, О.А. Процессный подход к менеджменту качества / О.А. Горленко, И.Г. Манкевич; под ред.
О.А. Горленко. – Брянск: БГТУ, 2008. – 168 с.
24. Горленко, О.А. Управление инновационной деятельностью высшего учебного заведения: монография /
О.А. Горленко, В.В. Мирошников, Н.Ю. Чистоклетов, И.В. Федоров. – М.: МАДИ (ГТУ); Брянск: БГТУ,
2008. - 176 с.
25. Титова, Т.А. Стандартизация в технике: учеб. пособие / Т.А. Титова, О.А. Горленко, И.А. Стешкова.–
Брянск: БГТУ, 2003.– 148с.
26. Горленко, О.А. Основы технического регулирования: учеб. пособие / О.А. Горленко, И.А. Барабанова,
А.С. Проскурин. – Брянск: БГТУ, 2006. - 84 с.
27. Титова, Т.А. Стандартизация в технике: учеб. пособие / Т.А. Титова, О.А. Горленко, А.С. Проскурин. –
М.; Брянск: БГТУ, 2007. – 200 с.
28. Горленко, О.А. Техническое регулирование в Российской Федерации: учеб. пособие / О.А. Горленко,
А.С. Проскурин. – Брянск: БГТУ, 2007. - 144 с.
29. Горленко, О.А. Технология и организация производства продукции и услуг: учеб. пособие / О.А. Горленко, Т.П. Можаева, А.С. Проскурин; под ред. О.А. Горленко. – Брянск: БГТУ, 2007. - 148 с.
30. Горленко, О.А. Управление инновациями / О.А. Горленко, Г.А. Бишутин; под ред. О.А. Горленко. –
Брянск: БГТУ, 2008. - 134 с.
31. Майстровский, Л.Б. Автоматизация измерений, контроля и испытаний: учеб. пособие / Л.Б. Майстровский; под ред. О.А. Горленко. – Брянск: БГТУ, 2008. – 168 с.
32. Горленко, О.А. Управление качеством в производственно-технических системах: учебник / О.А. Горленко, В.В. Мирошников, Н.М. Борбаць. – Брянск: БГТУ, 2009. – 312 с.
33. Стандартизация и менеджмент качества: сб. науч. тр. / под ред. О.А. Горленко, Ю.П. Симоненкова. –
Брянск: БГТУ, 2006. – 176 с.
34. Сертификация и управление качеством продукции: тез. докл. Междунар. науч.-техн. конф. (13-15 окт.
1999 г., г. Брянск) / под ред. О.А. Горленко, Ю.П. Симоненкова. – Брянск: БГТУ, 1999. – 168 с.
35. Качество инженерного образования: тез. докл. Междунар. науч.-метод. конф. (6-7 апр. 2000 г., г. Брянск)
/ под ред. В.И. Попкова. – Брянск: БГТУ, 2000. – 231 с.
36. Сертификация и управление качеством продукции: материалы 2-й Междунар. науч.-техн. конф. (21-23
мая 2002 г., г. Брянск) / под ред. О.А. Горленко, Ю.П. Симоненкова. – Брянск: БГТУ, 2002. – 232 с.
37. Менеджмент качества продукции и услуг: материалы Междунар. науч.-техн. конф. (26-28 окт. 2004 г., г.
Брянск) / под ред. О.А. Горленко, Ю.П. Симоненкова. – Брянск: БГТУ, 2004. - 216 с.
38. Качество инженерного образования: материалы Междунар. науч.-метод. конф. (17-18 марта 2005 г., г.
Брянск) / под ред. О.А. Горленко, В.И. Попкова. – Брянск: БГТУ, 2005. - 236 с.
39. Менеджмент качества продукции и услуг: материалы Междунар. науч.-техн. конф. (5-6 апр. 2007 г., г.
Брянск) / под ред. О.А. Горленко, Ю.П. Симоненкова. – Брянск: БГТУ, 2007. - 146 с.
40. Территории развития: образование, наука, инновации: материалы докл. Всерос. конф. (23-24 ноября 2006
г., г. Брянск) / под ред. О.А. Горленко, В.И. Попкова. – Брянск: БГТУ, 2008. – 142 с.
41. Качество инженерного образования: материалы 3-й Междунар. науч.-метод. конф. (17-18 февр. 2009 г.,
г. Брянск) / под ред. О.А. Горленко, В.И. Попкова. – Брянск: БГТУ, 2009. - 281 с.
42. Территории развития: образование, наука, инновации: тез. докл. Всерос. конф. (23-24 ноября 2007 г., г.
Брянск) / под ред. О.А. Горленко, В.И. Попкова. – Брянск: БГТУ, 2006. – 88 с.
Материал поступил в редколлегию 10.09.09.
33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
УДК 001.891
С.П. Сазонов
СОСТОЯНИЕ И ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ НАУЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
БРЯНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
Представлены направления научных исследований в университете и их основные результаты за последние годы. Приведены данные по публикациям в открытой печати, достижения студенческой науки.
Ключевые слова: научные направления, научные школы, объемы научных исследований, результативность НИР,
студенческая наука, издательская деятельность, конкурсы.
Научно-технический потенциал университета в 2009 г. составил 460 преподавателей, в том числе 52 доктора наук, 270 кандидатов наук, 82 аспиранта. Среди них 5 заслуженных деятелей науки и техники России, 15 заслуженных работников высшей школы, 70
почетных работников высшего профессионального образования, 7 почетных работников
различных отраслей промышленности.
Тематика научных исследований в вузе включает 14 направлений по 6 отраслям
наук.
Широко известны в стране и за рубежом научные школы, развиваемые в БГТУ, по
проблемам технологии машиностроения, энергетического машиностроения, динамики и
прочности машин, информационных технологий.
В соответствии с научными направлениями по заданиям Федерального агентства
по образованию выполняются исследования теплогидродинамических характеристик
пластинчатых поверхностей повышенной турбулентности, используемых в аппаратах
энергоустановок; разработка теоретических основ моделирования процесса параметризации сложных технических объектов на основе формализации инженерных знаний;
теоретические исследования инженерии поверхности на всех стадиях жизненного цикла
деталей машин и технологической оснастки; оптимизация динамических и прочностных
характеристик транспортных машин; разработка математических моделей обеспечения
качества изделий на стадии контроля и испытаний.
Университет активно участвует в выполнении проектов по федеральным целевым
и ведомственным научным, научно-техническим и инновационным программам. В последние годы ученые вуза участвуют в разработке и реализации практически всех областных целевых программ, а по ряду их вуз является головным. Это такие программы, как
«Создание и развитие региональной системы дистанционного образования в Брянской области», «Развитие образования Брянской области», «Информатизация Брянской области
на 2007-2010 гг.», «Развитие научной деятельности в Брянской области на 2008-2010 гг.»,
«Обеспечение информационной безопасности Брянской области», «Комплексная безопасность образовательных учреждений Брянской области на 2007-2010 гг.», «Развитие инновационной инфраструктуры Брянской области на 2007-2010 гг.».
Ежегодно в университете выполняются исследования по грантам Президента РФ
по поддержке молодых ученых – кандидатов и докторов наук. С каждым годом увеличиваются объемы работ, выполняемых по научно-техническим программам различных ведомств.
Не менее эффективно университет сотрудничает с Российским фондом фундаментальных исследований. Сотрудники вуза регулярно принимают участие в основных конкурсах фонда, конкурсах поддержки молодых ученых, развития материально-технической
базы для проведения исследований по областям знаний, поддержки участия российских
ученых в международных мероприятиях за рубежом.
Большая научная и организационно-методическая работа была проведена коллективами нескольких кафедр университета по проекту «Создание региональной системы
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
дистанционного обучения и информационной поддержки предпринимателей», финансируемому в рамках гранта фонда «Евразия» Агентством США по международному развитию.
В университете создана лаборатория вычислительной механики, основные направления работы которой связаны с математическим моделированием динамических процессов, происходящих в сложных системах твердых тел. Наряду с научными исследованиями, выполняемыми по грантам РФФИ, научным программам Министерства образования
РФ, хозяйственным договорам с организациями по проектированию и производству подвижного состава железных дорог, сотрудники лаборатории ведут активные работы по организации и проведению обучающих семинаров (в том числе и зарубежных специалистов)
по использованию разработанного ими и признанного инженерными и научными работниками (как в России, так и за рубежом) программного комплекса «Универсальный механизм».
Упоминая о выполняемых сотрудниками университета НИиОКР по хозяйственным
договорам, особо следует отметить многолетнее эффективное сотрудничество с предприятиями и организациями энергетики, машиностроения, топливно-энергетического комплекса, транспорта и др., такими, как: ООО «Мострансгаз», ФГУП ВНИКТИ МПС РФ,
ФГУП ВНИИЖТ МПС РФ, ОАО «Тверской вагоностроительный завод», ОАО «Коломенский завод», ОАО «Алтайвагон», ОАО «Крюковский вагоностроительный завод», ОАО
«Магистральные нефтепроводы «Дружба», концерн «Росэнергоатом», Брянский региональный фонд энергосбережения, ООО «РДС» (г. Брянск), ООО «Брянскзапчасть» и пр.
Данные об объемах НИР за последние 5 лет приведены в табл. 1.
Таблица 1
Объемы выполненных НИР, тыс. руб.
2005 г.
2006 г.
2007 г.
2008 г.
2009 г.
(6 мес.)
Тематический план
Минобразования РФ
718,6
1016,5
1894,6
2346,2
1479,6
Научно-технологические
программы
Гранты
Хозяйственные договоры
Всего
1838,3
1659,6
2886,3
7132,4
2125,7
1247,0
4981,0
9370,2
3431,5
1432,3
8881,3
15639,7
4283,5
1220,0
14061,8
21911,3
3163,3
950,0
4557,7
10150,6
Направления
В последние годы наметилась тенденция к эффективной коммерциализации результатов научных исследований. Основные проекты, внедренные на промышленных предприятиях
и в организациях:
- стенд для нанесения покрытия на полупроводниковые пластины;
- тестер для испытания операционных усилителей и компараторов;
- сотовые уплотнения проточной части паровой турбины К-800-240;
- проект автоматизации типовой водогрейной котельной;
- система автоматического управления тягодутьевыми механизмами паровых котлов
на базе частотно-регулируемого асинхронного электропривода;
- автоматизированная система контроля и управления технологическим процессом
электрошлакового переплава на установке УШ-101;
- проектно-конструкторская документация опытно-промышленного комплекса сотового уплотнения ЦНД турбины К-500-65/3000 (ст. № 6 Смоленской АЭС) и др.
Сотрудниками университета по программе Государственного фонда содействия развитию малого предпринимательства в научно-технической сфере успешно реализованы следующие проекты:
35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
- разработка и внедрение гидропоршневых поглощающих аппаратов автосцепки для
вагонов и цистерн, перевозящих особо ценные и опасные грузы;
- разработка и организация производства нового типа крутонаклонных конвейеров с
подвесной гладкой лентой для транспортировки насыпных грузов;
- разработка технологии и оборудования для электромеханической обработки деталей
машин на основе новых схемно-технических решений;
- разработка оборудования для механизированного ремонта резинотканевых конвейерных лент.
В рассматриваемый период сотрудниками университета регулярно выполнялись работы, связанные с разработкой, внедрением и подготовкой к сертификации систем менеджмента качества организаций, соответствующих международным стандартам серии ИСО
9001:2000. Среди заказчиков – 111-й военный завод Министерства обороны РФ, Брянский
центр сертификации и метрологии и др. По заданию Московского государственного института стали и сплавов (технологического университета) осуществлялась практическая апробация
типовой модели системы качества образовательного учреждения.
Ежегодно на базе университета проводится 8-10 международных, всероссийских и региональных научных конференций и семинаров. Сотрудники университета активно участвуют в выставках и научных мероприятиях, публикуют результаты исследований в научных
монографиях и статьях в российских и зарубежных изданиях. Только за предыдущие 4 года
издано 63 монографии, 206 учебников и учебных пособий, 1016 научных статей и 1334 тезиса
докладов на различных конференциях (табл. 2).
Таблица 2
Результативность НИ и ОКР
Виды изданий
Монографии
Сборники научных трудов
Учебники и учебные пособия
Статьи
Тезисы докладов на конференциях
2005 г.
11
10
43
224
201
2006 г.
16
12
48
257
221
2007 г.
16
8
54
245
294
2008 г.
20
11
61
290
618
Традиционно университет занимается патентно-лицензионной работой. Ежегодно для
оформления прав интеллектуальной собственности в патентную группу обращается свыше
100 преподавателей и сотрудников и более 400 студентов, подается 14-15 заявок на предполагаемые изобретения, получается до 15 патентов на изобретения. Второй год в рамках областной целевой программы «Развитие инновационной инфраструктуры Брянской области на
2007-2010 годы» проводится областной смотр-конкурс на лучшие: изобретение и рационализаторское предложение, направленные на создание новой продукции, улучшение экологии и
механизацию трудоемких ручных работ на предприятиях области; организацию изобретательской и рационализаторской (инновационной) работы; молодежный и студенческий инновационные проекты. Представители университета стали лауреатами в номинациях: «Лучшее
изобретение, рационализаторское предложение», «Лучший молодежный инновационный
проект», «Лучший инновационный проект студентов учебных заведений». Второй год подряд
вуз занимает I место в номинации «Лучшая инновационная организация».
Научно-исследовательская работа студентов (НИРС) – одно из важных направлений в
системе подготовки специалистов высшей квалификации. Научно-исследовательская работа
студентов в университете осуществляется по трем направлениям:
- в рамках учебного процесса –УИРС на кафедрах (рефераты, лабораторные работы,
расчетно-графические работы, курсовое и дипломное проектирование с элементами научных
исследований и др.);
36
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
- в дополнение к учебному процессу (участие в олимпиадах, студенческих конференциях, работа в научных кружках, студенческих конструкторских бюро, студенческих научноисследовательских лабораториях, студенческих научно-производственных объединениях,
участие в различных конкурсных студенческих научных работах и т.д.);
- параллельно с учебным процессом (участие в госбюджетной и хоздоговорной НИР).
Координацию студенческой НИР в рамках университета осуществляет молодежное
научно-техническое общество (МНТО), которое имеет своих координаторов на каждом факультете (институте), кафедре, активистов в учебных группах.
Сегодня на кафедрах БГТУ работает более 160 научных кружков, в которых под руководством преподавателей и аспирантов занимается каждый четвертый студент университета.
Ежегодным итогом НИРС является представление лучших докладов на студенческую
научно-техническую конференцию (СНТК). В нынешнем году такая конференция прошла в
64-й раз, более 1000 докладов было заслушано, 762 из них опубликовано в виде тезисов в
сборнике студенческих работ.
Лучшие работы студентов ежегодно отправляются на Всероссийский конкурс на лучшую научную работу студентов по естественным, техническим и гуманитарным наукам в вузы Российской Федерации по 15 разделам науки. Каждая вторая работа отмечается либо дипломами Министерства образования РФ, либо грамотами базовых вузов. Наши студенты являются лауреатами международных конкурсов, обладателями медалей, дипломов и грантов
Министерства образования и науки РФ.
Десятки наград различных конкурсов ежегодно – это результат планомерной и систематической работы.
Большую роль в подготовке специалистов играет участие команд БГТУ и отдельных
студентов в международных, всероссийских и межвузовских олимпиадах.
Студенты университета традиционно занимают первые места в командном и личном
зачетах на Всероссийской олимпиаде по начертательной геометрии, инженерной и компьютерной графике, Всероссийской олимпиаде по экономическим, финансовым дисциплинам и
вопросам управления, межвузовских олимпиадах по сопротивлению материалов; входят в
десятку лучших команд России по информатике и программированию; являются призерами
десятков различных конкурсов (табл. 3).
Таблица 3
Результативность НИРС
Показатели
Доклады на научных конференциях, семинарах и
т.п. всех уровней (в том числе студенческих)
Из них на международных, всероссийских, региональных
Научные публикации
Из них:
изданные за рубежом
без соавторов-работников вуза
Студенческие работы, поданные на конкурсы на
лучшую НИР
Из них на открытый конкурс, проводимый по
приказу Минобрнауки России, на лучшую научную работу студентов по естественным и гуманитарным наукам
Медали, дипломы, грамоты, премии и т.п., полученные на конкурсах на лучшую НИР
Из них на открытом конкурсе, проводимом по
приказу Минобрнауки РФ, на лучшую научную
работу студентов по естественным, техническим
и гуманитарным наукам
37
2005 г.
2006 г.
2007 г.
2008 г.
2009 г.
570
703
973
1077
1101
44
313
29
380
65
490
53
577
69
783
10
276
1
356
0
467
2
544
2
760
94
65
133
128
144
62
57
58
58
60
34
12
88
48
92
6
10
13
5
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
На протяжении последних лет студенты университета – постоянные участники молодежных конференций «Гагаринские чтения», проходящих на базе МГАТУ им. К.Э. Циолковского, «Туполевские чтения» в г. Казани, «Королевские чтения» в г. Самаре, откуда они традиционно привозят дипломы лауреатов.
Дипломные проекты студентов ежегодно завоевывают призовые места на различных
смотрах-конкурсах. Десятки дипломных проектов внедрены в производство, многие студенческие НИР стали темами кандидатских диссертаций.
Лучшие студенты, проявившие склонность к научной работе, в дальнейшем продолжают свое обучение в рядах аспирантов. Сохраняется преемственность поколений ученых
БИТМа – БГТУ, а вместе с ней и научные традиции, основа которых была заложена 80 лет
назад.
Материал поступил в редколлегию 24.09.09.
38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
УДК 621.01
В.И. Аверченков
НОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НАУКИ, ОБРАЗОВАНИЯ
И МАЛЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ В СФЕРЕ ПРИМЕНЕНИЯ
ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЙ В МАШИНОСТРОЕНИИ
Рассмотрены новые механизмы взаимодействия инновационных образовательных центров, создаваемых при
региональных технических университетах, и малых промышленных предприятий. Описана концепция применения высоких технологий в машиностроении. Рассмотрены проблемы малых промышленных предприятий и пути их решения во взаимодействии с инновационными центрами университетов.
Ключевые слова: инновационные центры, новые технологии, малые предприятия, автоматизация производства, САПР.
Высокие технологии (High Technology) – совокупность информации, знаний, опыта,
материальных средств при разработке, создании и производстве новой продукции и процессов в любой отрасли экономики, отличающихся мировым уровнем их развития.
До последнего времени этот термин в основном применялся в области информационных технологий. Однако с тотальным использованием достижений информационных
технологий в разработке наукоемких изделий (CAD/CAM/CAE-системы), подготовке и
управлении производством, при создании компьютеризированных обрабатывающих и
сборочных комплексов, обеспечивающих контроль и управление качеством отдельных
деталей, узлов и машин в целом, стало возможным данный термин применять к машиностроению.
В значительной степени этому способствовало развитие методов обработки, использующих различные физические эффекты: лазерной, ультразвуковой, плазменной и других
видов электрофизической и электрохимической обработки. Применение высоких технологий особенно актуально при создании уникальной космической, ракетной, авиационной,
радиоэлектронной техники, при производстве ядерных реакторов и ускорителей, разработке и изготовлении современных транспортных машин, медицинского оборудования и
др. В настоящее время до 70-90 % высоких технологий, которыми располагает отечественная промышленность, сосредоточены в оборонно-промышленных комплексах и для
многих регионов чрезвычайно актуальным является их продвижение в другие отрасли.
Новым толчком к переходу от традиционных к высоким технологиям в машиностроении стали достижения в области нанотехнологий и острейшая потребность в их
дальнейшем развитии.
Анализируя состояние российского машиностроения в целом, которое в последние
два десятилетия практически не развивалось (а в отдельных случаях было утрачено то,
что достигнуто ранее на мировом уровне), приходится констатировать необходимость поиска новых, нетрадиционных подходов, и в первую очередь необходимость разработки и
использования высоких технологий в машиностроении.
Однако сегодня на пути внедрения высоких технологий в реальное производство для
многих предприятий встают труднопреодолимые препятствия, связанные с отсутствием
необходимых средств на приобретение технологического оборудования, оснастки и программного обеспечения, недостатком квалифицированных специалистов (конструкторов,
технологов, программистов, операторов станков с ЧПУ) и, самое главное, с непониманием основ современной организации производства при использовании нового вида технологий.
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Также необходимо отметить, что в настоящее время в Российской Федерации крупные промышленные предприятия испытывают системный кризис. Проблемы этих предприятий связаны в первую очередь с высокими производственными издержками, которые
не позволяют быстро переходить на выпуск конкурентоспособной продукции. Это в значительной степени зависит от затрат на содержание инфраструктуры, содержание аппарата управления и подготовки производства, причем налоговые и кредитные нагрузки составляют существенную часть себестоимости продукции.
В условиях всеобщего экономического кризиса особую роль начинают играть малые
предприятия, способные достаточно быстро осваивать и применять высокие технологии в
машиностроении. Малым является такое предприятие, в котором административное и
оперативное руководство находится в руках одного или двух людей, принимающих важные решения. Действительно, предприятия обладающие парком современного технологического оборудования от 5 до 40-50 единиц, могут позволить себе иметь 1-2 руководителей, 1 бухгалтера, 1-3 инженеров, не содержать обременительную инфраструктуру, пользоваться налоговыми льготами. В этих условиях издержки и себестоимость минимальны.
Однако такие малые предприятия сталкиваются с рядом проблем.
В первую очередь это ограниченный производственный опыт, оказывающий отрицательное влияние на успешность применения высоких технологий. В отличие от крупных
предприятий, каждая новая деталь становится уникальной, требующей разработки технологических процессов с нуля, зачастую для сложных деталей собственные технологические разработки становятся непосильными. Также предприятие не может себе позволить
проводить полноценное обучение поступивших на работу сотрудников, так как имеет ограниченный штат работников и ограниченное количество оборудования.
Одним из способов решения описанных проблем для малых предприятий является
создание в региональных университетах инновационных центров высоких технологий в
машиностроении (рис. 1). В основу таких центров целесообразно заложить принцип частно-государственного партнерства. Для этого бизнес, заинтересованный в продвижении
высокотехнологичного современного оборудования в регионы, объединившись с региональными научными школами и образовательными центрами, создает принципиально новый подход к решению проблем промышленности региона. В состав указанных центров
могут входить:
1. Лаборатория современного технологического оборудования и инструмента.
2. Компьютеризированные рабочие места и учебные классы, оснащенные современными CAD/CAM/CAE-системами.
3. Лаборатория измерительной техники.
4. Автоматизированный инструментальный склад общего доступа.
5. Автоматизированный банк данных технологических решений в области высоких
технологий.
Общий механизм взаимодействия подобных центров с промышленными (в первую
очередь с малыми) предприятиями показан на рис. 1.
Как правило, малое промышленное предприятие в сфере машиностроения имеет в
составе технический отдел (1-2 инженера-конструктора и технолога), цех с металлообрабатывающим оборудованием, управление (руководитель, бухгалтер). Поиск заказов может
проводиться систематически или случайно, по мере освобождения ресурсов. Сроки на выполнение заказов обычно очень сжатые, в связи с чем время на подготовку производства
минимально.
Другой проблемой является подготовка производства сложных, наукоемких изделий.
Для ее решения необходимы не только опытные специалисты, но и соответствующие современные программные комплексы – CAD/CAM/CAE-системы, приобрести которые малые предприятия, как правило, не в состоянии.
40
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Эти проблемы могут быть решены путем создания устойчивых механизмов взаимодействия региональных научно-производственных центров высоких технологий при университетах (инновационных центров) с малыми промышленными предприятиями. Взаимодействие может осуществляться по следующим направлениям:
Региональный технический университет
Инновационный центр высоких технологий в машиностроении
Подготовка научных кадров
Подготовка и переподготовка инженерных кадров
стажировка
Лаборатория современного технологического оборудования и инструмента
Компьютеризированные рабочие места и
учебные классы, оснащенные современными CAD/CAM/CAE-системами.
Конструирование и технологическая подготовка производства
Обучение, переподготовка,
стажировка
Малое промышленное
предприятие
Стажировка,
переподготовка
Широкий спектр виртуальных моделей
станков для компьютерной отработки
технологии изготовления наукоемких деталей
Управляющие программы
Заказ на подготовку
производства наукоемких изделий
Инженерконструктор
Операторы станков с ЧПУ
Директор малого
предприятия
Бухгалтерия
Сборочный цех
Инженер-технолог
Технический отдел
Заказ в виде чертежа детали или
технического задания на изделие
Заготовительный цех
Поставка продукции
Заказчик изделий
Удаленный заказ
материалов
Производственный
цех
Оперативная поставка
Поставщик материалов для обработки
Рис. 1. Новый механизм взаимодействия малых промышленных предприятий и инновационных центров в
рамках региональных технических университетов
41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
1. Подготовка производства наукоемких изделий. Сюда входит конструирование
специалистами центра в интересах малых промышленных предприятий изделий и технологической оснастки, разработка управляющих программ для станков с ЧПУ, разработка
постпроцессоров для технологического оборудования, отработка управляющих программ
на виртуальных моделях станков. Эффективность передачи подобных задач в инновационные центры обусловлена концентрацией в центрах высококвалифицированных специалистов, опытом в проведении научных исследований, возможностью применения современных программных комплексов и отработки технологических процессов как на виртуальных моделях, так и на реальном оборудовании.
2. Подготовка и переподготовка инженерных кадров. Инновационные центры при
университетах имеют отработанные учебные программы, позволяющие не только подготовлять новые инженерно-технические кадры, но и проводить эффективную переподготовку специалистов предприятий по применению CAD/CAM/CAE-систем в подготовке
производства, использованию современного режущего инструмента и оборудования, разработке новых подходов к технологичности изделий с точки зрения новейших технологических комплексов.
3. Подготовка и переподготовка операторов станков с ЧПУ. Современные тенденции
развития технологического оборудования таковы, что наиболее оптимальным является
допуск к его обслуживанию специалистов с высшим образованием первой ступени (бакалавры по техническим наукам). Это особенно важно потому, что ошибка оператора может
приводить к затратам на ремонт в сотни тысяч рублей. Поэтому в вузах должна проводиться квалифицированная подготовка специалистов по обслуживанию станков с прохождением практической стажировки в инновационных центрах на реальном оборудовании.
Описанный подход был реализован в Брянском государственном техническом университете, на базе которого создан инновационный центр высоких технологий в машиностроении (ИЦ ВТМ). В его организации приняли участие Институт конструкторскотехнологической информатики РАН и фирма «ИМИД» (г.Москва) (рис. 2).
В состав ИЦ ВТМ входят следующие подразделения:
1. Лаборатория современного технологического оборудования с ЧПУ, оснащенная
высокопроизводительными токарно-фрезерным обрабатывающим центром Takisawa EX308 и вертикально-фрезерным обрабатывающим центром Quaser MV154EL, переданными
в соответствии с договором о научно-техническом сотрудничестве с фирмой «ИМИД».
Токарно-фрезерный центр Takisawa EX-308 оснащен мотор-шпинделем (ось С), задней бабкой с программируемым перемещением пиноли и 12-позиционной револьверной
головкой, имеющей возможность установки до 12 единиц приводного инструмента. Станок позволяет обрабатывать детали диаметром до 260 мм, длиной 530 мм и пруток максимального диаметра до 52 мм.
Вертикально-фрезерный обрабатывающий центр Quaser MV154EL имеет высокоточный шпиндельный узел WB40R мощностью 22 кВт с частотой вращения до 12000
об/мин, инструментальный магазин на 30 позиций, ось Z с роликовыми направляющими
качения, подвесной скребковый конвейер для отвода стружки. В станке применена уникальная технология прохождения СОЖ через шарико-винтовые пары для обеспечения повторяемости 10 мкм.
Эффективность производственных процессов при металлообработке во многом зависит от рационального и эффективного использования режущего инструмента, его универсальности и режущей способности. Применение современного технологического оборудования характеризуется большой концентрацией переходов на одной технологической
операции, использованием прогрессивного режущего инструмента, интенсификацией режимов резания, минимизацией временных затрат на установку и замену инструмента, быстрыми вспомогательными перемещениями инструмента. Поэтому в ИЦ ВТМ при обра42
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
ботке используется современная технологическая оснастка и высокопроизводительный
инструмент. В частности, применяется современный инструмент производства компаний
Sandvik, Mitsubishi и др.
Потребность
общества
в наукоемких
изделиях
Новые
научные
направления
ИКТИ РАН
Инновационный
центр
высоких технологий в машиностроении
Фирма «ИМИД»
БГТУ
Подготовка кадров
Разработка наукоемких изделий
ПРОИЗВОДСТВО
Рис. 2. Схема деятельности ИЦ ВТМ БГТУ
2. Лаборатория интегрированных программных комплексов и CALS-технологий,
обеспечивающая использование в университете 500 лицензий на CAD/CAM/CAE-систему
PRO/Engineer, систему информационной поддержки разработки изделия Winchill 9.0 и
другое современное ПО (T-FLEX CAD 10, T-FLEX Технология, КОМПАС-3D 8.0,
Autodesk Inventor Series 8.0, ГеММа-3D, АПМ WinMachine).
Ядром автоматизированных систем ИЦ ВТМ является полнофункциональная
CAD/CAM-система PRO/Engineer WildFire 4.0, переданная в соответствии с договором о
научно-техническом сотрудничестве с ИКТИ РАН. Наличие 500 лицензий позволяет полностью закрыть все потребности ИЦ ВТМ и в целом университета при решении учебных
и научных задач по автоматизации конструкторской и технологической подготовки производства.
3. Лаборатория компьютерного микроскопического анализа. Включает компьютеризированный комплекс с микроскопом и программным обеспечением, разработанным в
БГТУ, позволяющим проводить точный поверхностный анализ различных объектов и их
объемное построение. Комплекс функционирует на базе инвертированного металлографического микроскопа LEICA DMIRM и телекоммуникационного программно-технического
комплекса обработки и передачи изображений исследуемого объекта.
4. Лаборатория информационного поиска и анализа информации в сети Интернет. В
этой лаборатории был разработан и поддерживается информационно- поисковый портал
по современным технологиям в области CAD/CAM/CAE/CALS. В лаборатории разработана автоматизированная система нового типа, позволяющая проводить проблемноориентированный семантический поиск и анализ информации в Интернете и предостав43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
лять пользователю документы, релевантные не только к поисковому запросу, но и к выбранному тематическому направлению. Предложен новый подход к построению системы
доступа к информационным ресурсам научного и образовательного назначения на примере предметной области искусственного интеллекта и CAD/CAM/CAE-технологий с использованием многоагентной стратегии. При построении системы разработана совокупность программных функционально-ориентированных агентов и их взаимодействий.
5. Лаборатория Института конструкторско-технологической информатики Российской академии наук (ИКТИ РАН), открытая в рамках проекта по развитию сети региональных научных лабораторий ИКТИ РАН. Она ориентирована на разработку теории автоматизированного проектирования и подготовку научных кадров.
Следует отметить, что, учитывая значительные затраты на создание и развитие высоких технологий, необходимо изначально искать возможность кооперации при их использовании среди предприятий отдельных отраслей или в рамках региона. Это, как отмечалось ранее, особенно актуально для малых промышленных предприятий. В этом отношении перспективным является использование новых подходов к кластерному развитию
структуры экономических связей в регионе. Под кластером понимается группа соседствующих взаимосвязанных предприятий, действующих в определенной сфере, характеризующихся общностью отдельных интересов и взаимодополняющих друг друга.
В подобных кластерах особое место могут занимать рассмотренные инновационные
учебно-производственные центры высоких технологий в машиностроении. Так как высокие технологии строятся сегодня на основе использования самых современных научных и
технических достижений, их разработку, освоение и передачу в производство могут взять
на себя университеты и НИИ. К сожалению, отраслевые НИИ, ранее участвующие в подобных работах, в настоящее время закрыты или переориентированы на другие виды деятельности.
Поэтому поиск путей создания инновационных центров высоких технологий на базе
университетов, обеспечивающих решение трех главных задач: подготовки кадров, научной поддержки внедрения новых технологий и инновационно-производственной деятельности, является актуальным и востребованным современным производством.
Опыт создания научного центра на базе БГТУ при поддержке фирмы
«ИМИД»(г.Москва), Института конструкторско-технологической информатики РАН и
ряда промышленных предприятий региона показывает возможность его эффективного использования как для университета, так и для малых и крупных промышленных предприятий, высших и средних профессиональных учебных заведений региона.
Материал поступил в редколлегию 30.04.09.
44
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
МАШИНОСТРОЕНИЕ
ТЕХНОЛОГИЯ, ИНСТРУМЕНТЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ
УДК 621.923
С.Г. Бишутин
ФОРМИРОВАНИЕ ТОНКИХ ПОВЕРХНОСТНЫХ СТРУКТУР
ПРИ ФИНИШНОЙ АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКЕ 1
Описаны механизмы формирования микро- и наноструктур поверхностных слоев деталей при финишной
абразивной обработке. Определены основные параметры процесса обработки, влияющие на формирование
тонких поверхностных структур.
Ключевые слова: финишная абразивная обработка; термическое воздействие; силовое воздействие; микроструктурирование; наноструктурирование; поверхностный слой.
Большинство эксплуатационных показателей деталей машин и механизмов (интенсивность изнашивания, предел выносливости, скорость коррозии и др.), определяющих их
долговечность, в значительной степени зависят от организации тонких поверхностных
структур. Эти микро- и наноструктуры формируются преимущественно на финишных
этапах механической обработки заготовок деталей. Наиболее часто такими этапами являются различные виды абразивной обработки. В связи с этим исследования формирования
тонких поверхностных структур при финишной абразивной обработке являются актуальными.
Процесс абразивной обработки является уникальным по многим причинам, одна из
которых – это несбалансированные термическое и силовое воздействия на заготовку. Даже в пределах цикла обработки одной заготовки присутствует указанная несбалансированность: в начале шлифования (на этапе съема основной части припуска), как правило,
доминирует термическое воздействие, по завершении процесса обработки (на этапе выхаживания) поверхностный слой формируется преимущественно в результате силового воздействия. В отдельных случаях путем выбора соответствующих условий и режимов обработки добиваются доминирования одного из указанных воздействий [1; 2]. Нестационарность состояния рабочей поверхности инструмента вследствие изнашивания также приводит к нарушению паритета между термическим и силовым воздействиями. Одно можно
утверждать однозначно: при абразивной обработке поверхностные слои заготовки подвергаются горячей высокоскоростной деформации (время деформирования материала при
шлифовании обычно составляет 10-5…10-6 с).
Высокоскоростная пластическая деформация изменяет характер распределения и
увеличивает плотность р несовершенств кристаллической структуры обрабатываемого
материала: дислокаций, дефектов упаковки, вакансий, мало- и высокоугловых границ.
(Границы с углом разориентировки ϕ>10° имеют аморфную структуру, их принято называть высокоугловыми (большеугловыми) [3]. Границы с φ≤ 6…8° состоят из дислокационных сеток и называются малоугловыми (рис.1).) Дефекты кристаллической структуры
материала сильно влияют на формирование поверхностных слоев при структурнофазовых превращениях, что можно использовать как фактор создания требуемых приповерхностных структур.
1
Исследования выполнены в рамках гранта Президента РФ МД1383.2008.8 для поддержки молодых ученых.
45
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Рассмотрим наиболее характерные для процессов абразивной обработки механизмы
формирования структур поверхностных слоев.
Первый механизм реализуется при температуре нагрева обрабатываемой поверхности, не превышающей температуру начала структурно-фазовых превращений материала
заготовки, что наблюдается при шлифовании незакаленных сталей,
Рис. 1. Разориентация на угол ϕ двух зерен (а) и субзерен (б):
1 – зерно; 2 – субзерно; 3 – атом
хонинговании и суперфинишировании. В этом случае поверхностный слой условно можно разделить на три зоны (рис. 2). В зоне А наблюдается самая высокая интенсивность
деформаций ε i и скоростей деформирования ε обрабатываемого материала (как показывают расчеты, для отдельных сталей достигается ε i ≥1,0, а ε = 105…106 с-1). В этой зоне
материал находится в диспергированном состоянии – в виде мелких блоков (субзерен) с
высокоугловыми границами, имеющих характерную ориентацию вдоль вектора главного
движения резания D r . Очевидно, что структура материала в зоне А не способна к дальнейшей эволюции, а сам материал имеет максимальную степень упрочнения при плотности дислокаций 10-15…10-16 м-2. Однако нельзя исключать того, что уровень температур в
этой зоне при существующих скоростях деформирования будет способствовать восстановительным процессам, уменьшающим плотность несовершенств структуры материала.
В зоне Б интенсивность деформаций и скоростей деформаций много меньше
(ε i = 0,1…0,5; ε = 104…105 с-1). В ней наблюдается блочная или фрагментарная (ячеистая)
структура (в зависимости от типа кристаллической решетки обрабатываемого металла).
Наиболее характерный размер блока составляет L б = 0,3…1,5 мкм. Разориентация между
соседними блоками не является хаотической и почти не зависит от степени деформации
металла. При деформациях, характерных для данной зоны, блоки могут объединяться в
группы (фрагменты).
Рис. 2. Схема поверхностных структур, формирующихся при доминировании силового
воздействия абразивной обработки: 1 – граничный слой; 2 – деформированное зерно
с развитой дислокационной (блочной) структурой; 3 – исходное зерно материала заготовки
46
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Размер фрагмента L ф = (3…10) L б [3], т.е. фрагмент содержит от 30 до 1000 блоков.
Фрагментарная разориентация более выражена, чем блочная, и растет с деформацией материала.
Зона В непосредственно контактирует с исходной структурой материала. Размер
фрагментов в этой зоне наибольший (практически соизмерим с зернами основы). В зернах
наблюдаются локальные дислокационные сгущения, не приводящие к значительной разориентации отдельных объемов кристаллов. Плотность дислокаций меняется от
1012
…10-13 м-2 до исходных значений – 10-10…10-11 м-2.
Описанный механизм формирования поверхностных структур реализуется при доминировании силового воздействия абразивной обработки. В этом случае поверхностные
слои имеют наименьшую толщину h (до 20…25 мкм). Детали машин с такими поверхностными слоями отличаются повышенными эксплуатационными показателями.
Второй механизм формирования поверхностных структур наиболее характерен для
процессов шлифования закаленных сталей. В этом случае приповерхностные слои разогреваются до температур Т н , достаточных для начала структурно-фазовых превращений
обрабатываемого материала в ходе его отпуска, динамического возврата и рекристаллизации. Характер структурных изменений при отпуске сталей зависит от температуры, продолжительности отпуска (времени t Т нахождения поверхностных слоев при температурах
≥Т н ) и содержания углерода в стали [4]. В связи с этим первые две зоны поверхностного
слоя (рис.3) содержат продукты распада исходной структуры в ходе следующих процессов: сегрегации углерода (при Т н > 100°С), выделения промежуточных карбидов (при Т н >
150…200°С), образования цементита (при Т н > 250°С), превращения остаточного аустенита в нижний бейнит (при Т н > 250…300°С).
Динамический возврат и рекристаллизация происходят в широком интервале температур отпуска (активное начало этих процессов наблюдается при Т н > 350°С). Развитие
этих восстановительных процессов сдерживается частицами карбидных выделений, препятствующих движению дислокаций и закрепляющих высокоугловые границы.
Верхние приповерхностные слои, содержащие продукты распада, подвергаются пластической деформации и образуют зону А (рис. 3). Горячая деформация приводит к ориентированию (вдоль вектора D r ) и упрочнению продуктов распада, повышая плотность
дислокаций в этой зоне на один-два порядка.
В зоне Б плотность дислокаций несколько ниже, чем в зоне А, из-за активного протекания восстановительных процессов и меньшей деформации металла этого слоя.
Рис. 3. Схема поверхностных структур, формирующихся при доминировании термического
воздействия абразивной обработки: 1 – граничный слой; 2 – деформированное зерно
продуктов распада исходной структуры 3 материала заготовки
47
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
В зоне В расположены структуры исходного материала с повышенной плотностью
дислокаций. Повышению плотности дислокаций способствуют значительные напряжения,
образующиеся в поверхностном слое в результате указанных превращений и неравномерного нагрева обрабатываемого материала.
Толщина поверхностного слоя при описанном механизме его формирования может
достигать нескольких десятых миллиметра и более. Поверхностные слои, содержащие
продукты распада исходной структуры материала, как правило, приводят к снижению
эксплуатационных показателей деталей.
Третий механизм формирования поверхностных слоев наблюдается при шлифовании закаленных сталей на форсированных режимах. В данной ситуации температура нагрева Т н , скорости нагрева V н и охлаждения V о приповерхностных слоев способствуют
вторичной закалке материала заготовки. Обычно вторичная закалка происходит, если
Т н > 750°С, а величины V н и V о достигают более 1000°С/с. Поверхностный слой при этом
состоит из трех характерных зон: зоны вторичной закалки (продукты распада исходной
структуры повторно закаливаются), зоны отпуска (содержит продукты распада исходной
структуры), зоны исходной структуры материала с повышенной плотностью дислокаций.
Толщина первой зоны обычно составляет несколько сотых или десятых миллиметра, толщина второй зоны – до миллиметра. Формирование таких слоев сопровождается возникновением значительных остаточных напряжений I рода, нередко приводящих к образованию макротрещин на поверхности заготовки.
Такой механизм формирования поверхностных структур реализуется при выборе нерациональных режимов обработки, значительном износе и засаливании абразивного инструмента или при целенаправленном структурировании поверхностных слоев (например,
для формирования «белых» (при травлении представляют собой светлые участки), особо
износостойких слоев) [2].
На основании изложенного можно сделать следующие выводы:
- к управляемым факторам формирования тонких поверхностных структур следует
отнести температуру Т н нагрева поверхностного слоя, время t Т 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;
- величины Т н , t Т , V н , V о характеризуют температурное воздействие абразивной обработки, параметры ε i и ε – силовое воздействие;
- при шлифовании в качестве температуры нагрева приповерхностного слоя следует
рассматривать контактную температуру, поскольку время действия мгновенных температур крайне мало (<10-6 с), а уровень общих температур не превышает 100…120°С.
Проведенные исследования позволят целенаправленно формировать при абразивной
обработке поверхностные слои деталей с повышенными эксплуатационными показателями.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бишутин, С.Г. Обеспечение требуемой совокупности параметров качества поверхностных слоев деталей
при шлифовании / С.Г. Бишутин. – М.: Машиностроение-1, 2004. – 144 с.
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. Владимиров, В.И. Физическая природа разрушения металлов/ В.И. Владимиров. – М.: Металлургия,
1984. – 280с.
4. Новиков, И.И. Теория термической обработки металлов: учеб. для вузов/ И.И. Новиков. – М.: Металлургия, 1986. – 480с.
Материал поступил в редколлегию 2.03.09.
48
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
УДК 519.2
О.А. Горленко, А.С. Проскурин
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА ПРОБНЫХ ЗАГОТОВОК
ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ПАРАМЕТРОВ КАЧЕСТВА ИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Предложен сокращенный метод математико-статистической обработки планируемых экспериментов, позволяющий оперативно анализировать результаты многофакторных экспериментов типа 2n. Приведено сравнение традиционного и предлагаемого методов обработки данных эксперимента 23 с 2 повторениями.
Ключевые слова: планируемые эксперименты, дисперсионный анализ, регрессионный анализ, оперативный
статистический анализ, оценка влияния факторов, проверка значимости, проверка адекватности.
В практике часто возникает необходимость в решении задач по обеспечению параметров качества обрабатываемых поверхностей заготовок, в частности когда известны области варьирования технологических факторов (режимы обработки, параметры инструментов). Требуется определить такие значения технологических факторов, при которых
обеспечивается заданное значение параметра качества. Для решения подобной задачи
применяют метод пробных заготовок [1;2]. Применение данного метода сдерживается довольно трудоемкой математико-статистической обработкой результатов экспериментов по
механической обработке пробных заготовок, проводимых, как правило, по плану полных
факторных экспериментов 2n (табл. 1) с u повторениями, где n – число факторов x, каждый
из которых варьируется на 2 уровнях: верхнем (+1) и нижнем (–1) [3]. Основными задачами обработки результатов таких экспериментов являются: оценка значимости влияния
факторов и их взаимодействий на зависимую переменную (контролируемый показатель)
у; выявление зависимости для предсказываемого значения зависимой переменной
óˆ = f ( x1 , x2 ,..., xm ) , в которую включают и взаимодействия факторов (парные - x i x j , тройные
- x i x j x z и т.д.), в этом случае m – число статистически значимых (на принятом уровне значимости α) факторов и взаимодействий; оценка значимости и адекватности зависимости
для ó̂ .
Таблица 1
Матрица полных факторных экспериментов от 22 до 24
План
эксперимента
22
23
24
Номер
опыта j
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
х0
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
х1
–
+
–
+
–
+
–
+
–
+
–
+
–
+
–
+
Факторы
х2
–
–
+
+
–
–
+
+
–
–
+
+
–
–
+
+
х3
–
–
–
–
+
+
+
+
–
–
–
–
+
+
+
+
х4
–
–
–
–
–
–
–
–
+
+
+
+
+
+
+
+
Примечание. Фиктивная переменная x 0 =+1 введена в матрицу планирования для единообразия записи и используется в дальнейшем при расчете свободного члена b 0 регрессионной зависимости для зависимой переменной y j .
49
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Традиционные способы обработки рассматриваемых экспериментов базируются на
методах дисперсионного и регрессионного анализов [1, 2, 4, 5], которые являются несложными, но относительно трудоемкими.
Рассмотрим в качестве примера эксперимент 23 с u повторениями, методику обработки которого можно использовать и для других типов экспериментов. Расширенная
матрица планирования такого эксперимента представлена в табл. 2, а результаты его статистического анализа - в табл. 3.
Таблица 2
3
Расширенная матрица планирования эксперимента 2
Номер
опыта j
1
2
3
4
5
6
7
8
Факторы
х1
х2
х3
–1
+1
–1
+1
–1
+1
–1
+1
–1
–1
+1
+1
–1
–1
+1
+1
–1
–1
–1
–1
+1
+1
+1
+1
Взаимодействия
Значения
переменной y ju
х1х2 х1х3 х2х3 х1х2х3
+1
–1
–1
+1
+1
–1
–1
+1
+1
–1
+1
–1
–1
+1
–1
+1
+1
+1
–1
–1
–1
–1
+1
+1
–1
+1
+1
–1
+1
–1
–1
+1
y 11 , y 12 , ..., y1u
y 21 , y 22 , …, y2u
y 31 , y 32 , …, y3u
y 41 , y 42 , …, y4u
y 51 , y 52 , …, y5u
y 61 , y 62 , …, y6u
y 71 , y 72 , …, y7u
y 81 , y 82 , …, y8u
Суммарное
значение
переменной y jΣ
y 1Σ
y 2Σ
y 3Σ
y 4Σ
y 5Σ
y 6Σ
y 7Σ
y 8Σ
Суммы квадратов, соответствующие влиянию факторов и взаимодействий, рассчитываются по уравнению
Ý2
S= 3,
u2
где Э - эффекты влияния на исследуемую переменную факторов и взаимодействий, так
называемые контрасты, определяемые путем алгебраического сложения столбца суммарных значений отклика y jΣ = Σ1u y ju со знаками соответствующего столбца х фактора или
взаимодействия ( Ý ==
Σ jj =1N xy jΣ ), т.е. определяемые с помощью следующих уравнений:
Ý1 =
− y1Σ + y2 Σ − y3Σ + y4 Σ − y5Σ + y6 Σ − y7 Σ + y8Σ ;
Ý2 =
− y1Σ − y2 Σ + y3Σ + y4 Σ − y5Σ − y6 Σ + y7 Σ + y8Σ ;
Ý3 =
− y1Σ − y2 Σ − y3Σ − y4 Σ + y5Σ + y6 Σ + y7 Σ + y8Σ ;
Ý12 =
+ y1Σ − y2 Σ − y3Σ + y4 Σ + y5Σ − y6 Σ − y7 Σ + y8Σ ;
Ý13 =
+ y1Σ − y2 Σ + y3Σ − y4 Σ − y5Σ + y6 Σ − y7 Σ + y8Σ ;
Ý 23 =
+ y1Σ + y2 Σ − y3Σ − y4 Σ − y5Σ − y6 Σ + y7 Σ + y8Σ ;
Ý123 =
− y1Σ + y2 Σ + y3Σ − y4 Σ + y5Σ − y6 Σ − y7 Σ + y8Σ .
Общую сумму квадратов S0 и сумму квадратов ошибки Sош рассчитывают по уравнениям:
=
S0
j
u
∑∑ y
2
ju
(Σ Σ
−
j
1
u
1
y ju )
2
;
u 2n
Sî ø= S0 − SΣ ,
где S Σ – общая сумма квадратов факторов и взаимодействий. В качестве проверки результатов вычислений сумму квадратов S ош можно рассчитать по уравнению
2
j  u
Σ1u y ju ) 
(
2
.
=
Sî ø ∑  ∑ y ju −

u
1  1


1
1
50
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Таблица 3
Статистический анализ полного факторного эксперимента типа 23 с u повторениями
Источник
изменчивости
Число степеСумма
Средний
ней свободы
квадратов
квадрат
1. Дисперсионный анализ экспериментальных данных
Факторы:
х1
F-отношение
1
1
S1
M 1 = S1
F1 = M 1 / sî2ø
S2
M 2 = S2
F2 = M 2 / sî2ø
х3
Взаимодействия:
х1х2
х1х3
1
S3
M 3 = S3
F3 = M 3 / sî2ø
1
1
S 12
S 13
M 12 = S12
F12 = M 12 / sî2ø
M 13 = S13
F13 = M 13 / sî2ø
х2х3
1
S 23
M 23 = S 23
F23 = M 23 / sî2ø
х1х2х3
1
S 123
M 123 = S123
F123 = M 123 / sî2ø
Ошибка
=
f î ø 23 (u − 1)
S ош
х2
sî2ø =
Sî ø
2 (u − 1)
3
–
=
f 0 u 23 − 1
S0
–
–
2. Выявление регрессионной зависимости
ŷ =b0 + b1 x1 + b2 x2 + b3 x3 + b12 x1 x2 + b13 x1 x3 + b23 x2 x3 + b123 x1 x2 x3
3. Дисперсионный анализ уравнения регрессии
S ðåã
M
S ðåã
M ðåã =
Fðåã = 2 ðåã
Регрессия
f рег
f ðåã
sî ñò
S
sî2ñò = î ñò
Sî ñò
Остаток
f ост
–
f î ñò
S
M
M àä = àä
Fàä = 2àä
S àä
Неадекватность
f ад
f àä
sî ø
S
sî2ø = î ø
Sî ø
Ошибка
f ош
–
fî ø
Сумма
Примечания: 1. Влияние фактора или взаимодействия является статистически значимым, если
F > F(1−α ) f ; f . 2. Уравнение регрессии является статистически значимым, если Fðåã > F(1−α ) f ; f , и стаðåã
îø
ðåã
î ñò
тистически адекватным, если Fàä ≤ F(1−α ) f ; f .
àä î ø
Влияние фактора или взаимодействия на измеряемую переменную y ju (контролируемый показатель) является статистически значимым на принятом уровне значимости α
(обычно принимают α=0,05), если
M
=
F
> F(1−α ) f ; fî ø ,
sî2ø
S
где M =
− средний квадрат фактора или взаимодействия (здесь f - число его степеней
f
S
свободы); sî2ø = î ø − средний квадрат ошибки, оценивающий влияние случайных (неучfî ø
51
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
тенных) факторов, иногда называемый дисперсией воспроизводимости ( sâ2 = sî2ø ); f в =f ош –
число степеней свободы дисперсии воспроизводимости (среднего квадрата ошибки). Поскольку для экспериментов типа 2n или 2n-p число степеней свободы f=1, то M=S.
Математическая модель рассматриваемого эксперимента может быть представлена
в виде уравнения регрессии
ŷ= b0 + b1 x1 + b2 x2 + b3 x3 + b12 x1 x2 + b13 x1 x3 + b23 x2 x3 + +b123 x1 x2 x3 ,
где yˆ ju - предсказываемое значение зависимой переменной.
При этом в данное уравнение включают только те факторы и взаимодействия, значимость влияния которых установлена (например, с помощью F-критерия Фишера). Значение коэффициента b 0 определяется по уравнению
j
b0 =
∑x y
0
1
u 2n
jΣ
,
Ý
.
u 2n
Следующим шагом статистического анализа экспериментальных данных является
проверка значимости и адекватности уравнения регрессии, которую проводят методами
дисперсионного анализа.
а значения остальных коэффициентов b – по уравнению b =
m
Сумма квадратов, обусловленная регрессией, S ðåã = ∑ Si , где m – число статистиче1
ски значимых факторов и взаимодействий S i , f рег =m. Остаточная сумма квадратов
k
S ост =S 0 −S рег , f ост =f 0 −f рег . Сумма квадратов неадекватности S àä = ∑ Si , где k – число ста1
тистически незначимых факторов и взаимодействий S i , f ад =k. Сумма квадратов чистой
ошибки S ош =S ост − S ад , f ош =f ост −f ад .
Результаты дисперсионного
Таблица 4
анализа
числового
примера
3
Данные
эксперимента
2
с
u=2
повторениями
(табл. 4) представлены в табл. 5.
Очевидно, что применение такого
Номер
Факторы
Значения
метода анализа требует проведения
опыта
j
yju
х1
х2
х3
относительно сложных и трудоем1
9; 9,6
−
−
−
ких вычислений, что затрудняет
использование метода планируе2
+
10; 10,6
−
−
мых экспериментов в производст3
+
10,6; 11,2
−
−
венной практике (например, в слу4
+
+
10,8; 11,4
−
чаях, когда требуется провести опе5
+
12,5; 13,1
−
−
ративную оптимизацию технологи6
+
+
12,9; 13,5
−
ческих процессов).
7
+
+
14,3; 14,9
−
Используя предлагаемую ни8
+
+
+
16,7; 17,3
же методику, обработку результатов рассматриваемых экспериментов можно значительно упростить.
Вначале определяют значимость влияния факторов и взаимодействий с помощью Dкритерия Дункана. Для этого нужно определить средние значения зависимой переменной
y для факторов и взаимодействий, соответствующих только верхним (+1) и только нижним (-1) уровням, а также дисперсию воспроизводимости sâ2 . Так, средние значения для
факторов:
52
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
y( + ) =
j
u
1
1
∑∑ y
ju
0,5u 2n
j
для значений x = +1;
u
∑∑ y
ju
для значений x = –1,
0,5u 2n
здесь j – номер соответствующего опыта эксперимента. Значение дисперсии воспроизводимости:
2

 u
 

∑ y ju  
1 j  u 2  1
2
.
=
sâ
y −
n ∑  ∑ ju

2 1 1
u




Таблица 5
Результаты статистического анализа экспериментальных данных (табл. 3)
Источник
Число степеСумма
Средний
F-отношение
изменчивости
ней свободы
квадратов
квадрат
1. Результаты дисперсионного анализа экспериментальных данных
Факторы:
х1
1
4
4
22,22**
х2
1
16
16
88,88**
х3
1
64
64
355,55**
Взаимодействия:
х1х2
1
0,36
0,36
2
х1х3
1
0,64
0,64
3,55
х2х3
1
2,56
2,56
14,22**
х1х2х3
1
1,96
1,96
10,88*
Ошибка
8
1,44
0,18
Сумма
15
90,96
2. Выявление регрессионной зависимости
yˆ =12, 4 + 0,5 x1 + 1, 0 x2 + 2, 0 x3 + 0, 4 x2 x3 + 0,35 x1 x2 x3
3. Результаты дисперсионного анализа уравнения регрессии
Регрессия
5
88,52
17,704
72,56**
Остаток
10
2,44
0,244
Неадекватность
2
1,00
0,5
2,78
Ошибка
8
1,44
0,18
Примечания: 1. Значения F-критерия: F(1− 0,001)1;8 = 11,3 ; F(1− 0,05)1;8 = 5,32 ; F(1− 0,01)5;10 = 5, 64 ;
y( − ) =
1
1
F(1−0,05)5;10 = 3,33 ; F(1−0,05)2;8 = 4, 46 . 2. ** - влияние фактора, взаимодействия или регрессии значимо на
уровне значимости α=0,01; * - то же на уровне значимости α=0,05.
Влияние фактора или взаимодействия значимо с доверительной вероятностью
P=1−α, если
y( + ) − y( − )
=
D
> D(1−α )2; fî ø ,
sâ2 / 0,5u 2n
где D – критерий Дункана (табл. 6). Факторы и взаимодействия, влияние которых является
статистически значимым, могут быть включены в уравнение регрессии для ó̂ .
53
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Таблица 6
Квантили распределения Дункана D(1−α )2; fî ø [4]
f ош
4
5
6
7
8
α
0,05
0,01
0,05
0,01
0,05
0,01
0,05
0,01
0,05
0,01
D
3,93
6,51
3,64
5,70
3,46
5,24
3,35
4,95
3,26
4,74
f ош
9
10
11
12
13
α
0,05
0,01
0,05
0,01
0,05
0,01
0,05
0,01
0,05
0,01
D
3,20
4,60
3,15
4,48
3,11
4,39
3,08
4,32
3,06
3,20
f ош
14
15
16
17
18
α
0,05
0,01
0,05
0,01
0,05
0,01
0,05
0,01
0,05
0,01
D
3,03
4,21
3,01
4,17
3,00
4,13
2,98
4,10
2,97
4,07
f ош
19
20
22
24
26
α
0,05
0,01
0,05
0,01
0,05
0,01
0,05
0,01
0,05
0,01
D
2,96
4,05
2,95
4,02
2,93
3,99
2,92
3,96
2,91
3,93
Далее вычисляют частные коэффициенты детерминации d 2 = S / S0 , которые показывают долю вариации, обусловленной отдельным фактором или взаимодействием. Для
этого определяют соответствующие суммы квадратов S и общую сумму квадратов S 0 :
2
j
u
 j u

−
y
y ju ( − ) 
∑∑
∑∑
ju ( + )

n
2
1
1
 1 1
 ,
S =−
( y(+ ) y(−) ) u42 =
n
u2
2
 j u

 ∑∑ y ju 
j
u
1
1
 .
S0 ∑∑ y 2ju − 
=
n
u2
1
1
Сумма частных коэффициентов детерминации, соответствующих числу m значимых
факторов и взаимодействий, равна R2 – коэффициенту множественной детерминации
(квадрату множественного коэффициента корреляции). По сути дела, R 2 = S ðåã / S0 характеризует сумму квадратов S рег , обусловленную регрессией (факторами и взаимодействиями, включенными в уравнение связи), в долях S 0 . Величина 1 − R 2 =(1 − S ðåã ) / S0 характеризует влияние числа k статистически незначимых факторов и взаимодействий и случайных (неучтенных) факторов в долях S 0 . Тогда проверку значимости зависимости для ó̂
можно проводить с помощью уравнения
R2 / m
=
Fðåã
> F(1−α ) m;(u 2n − m −1) .
1 − R 2 /(u 2n − m − 1)
Сумма частных коэффициентов детерминации d àä2 = S àä / S0 , соответствующих числу
k незначимых факторов и взаимодействий, характеризует в долях S 0 величину неадекватности зависимости для ó̂ .
Уравнение для ó̂ адекватно, если
=
Fàä
d àä2 / k
.
≤F
(1 − R 2 − dàä2 ) / 2n (u − 1) (1−α )k ;2n (u −1)
Пример применения предлагаемого метода статистического анализа экспериментальных данных (табл. 4) приведен в табл. 7.
54
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Таблица 7
Бланк статистического анализа эксперимента 23 с u=2 повторениями
Факторы
Взаимодействия
x1
x2
x3
x1x2
x1x3
x2x3
x1x2x
Номер
Значения y ju
3
опыта j
Обозначения
z1
z2
z3
z4
z5
z6
z7
1
+
+
+
9; 9,6
2
+
+
+
10; 10,6
3
+
+
+
10,6; 11,2
4
+
+
+
10,8; 11,4
5
+
+
+
12,5; 13,1
6
+
+
+
12,9; 13,5
7
+
+
+
14,3; 14,9
8
+
+
+
+
+
+
+
16,7; 17,3
1. Оценка влияния факторов и взаимодействий
j
u
∑∑ y ju ( + )
1
1
j
u
16
32
64
4,8
6,4
12,8
11,2
j
u
1
1
∑∑ y
j
u
∑∑ y
= 198, 4
ju
2
ju
= 2551,12
∑∑ y ju ( −)
8
16
32
2,4
3,2
6,4
5,6
yz ( + )
2
4
8
0,6
0,8
1,6
1,4
-
yz ( − )
1
2
4
0,3
0,4
0,8
0,7
-
yz ( + ) − yz ( − )
1
2
4
0,3
0,4
0,8
0,7 =
S y2 = 0,15
6,66*
13,33*
26,66*
2
2,66
5,33*
4,66*
-
8
4
16
16
32
64
2,4
0,36
3,2
0,64
6,4
2,56
5,6
1,96
S 0 =90,96
4,40*
17,59*
70,36*
0,4
0,7
2,81*
2,15*
-
1
1
1
1
D–
отношение
ЭZ
SZ
2
d - отношение, %
0,18
8
2. Выявление регрессионной зависимости
yˆ =12, 4 + 0,5 z1 + 1, 0 z2 + 2, 0 z3 + 0, 4 z6 + 0,35 z7
3. Оценка значимости и адекватности уравнения регрессии
R2
1 − R2
Dàä2
1 − R 2 − Dàä2
F(1−α ) m;n
d z21 + d z22 + d z23 + d z26 + d z27 =
0,973175
=
Fðåã
m
5
f ост
2·23-5-1=10
k
2
0, 0269 − 0, 011 =
0, 0158
f ош =f ост -k
10-2=8
F(1−0,05)5;10 = 5, 64
F(1−α ) p ;( n − k )
1-0,9731=0,0268265
d z24 + d z25 =
0, 011
55
= 72,56 *
=
Fàä
F(1−0,05)2;8 = 4, 46
0,973175 / 5
=
0, 0268265 /10
0, 011/ 2
=
0, 0158 / 8
( )
= 2, 78 *
-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Примечания: * - влияние фактора (взаимодействия) или уравнения регрессии в целом значимо на уровне
значимости α=0,05 и выше; (*) - уравнение регрессии адекватно на уровне значимости α=0,05 и ниже.
При отсутствии повторений (u=1) удается проверить только значимость уравнения
регрессии. Если оно оказалось неадекватным, необходимо перенести центр плана эксперимента, или изменить интервалы варьирования факторов, или провести обработку пробных заготовок по планам более высоких порядков, позволяющих перейти к нелинейным
зависимостям. Если уравнение регрессии оказалось незначимым, но адекватным, то его
представляют в виде
yˆ= y=
1
u 2n
j
u
1
1
∑∑ y
ju
.
Дисперсионному анализу экспериментальных данных обычно предшествует проверка однородности дисперсий воспроизводимости в отдельных опытах плана с помощью
критерия Кохрана. В случае необходимости исходные данные преобразуют (например,
путем логарифмирования), чтобы эти дисперсии стали однородными. Однако, как показывают исследования [6], неоднородность дисперсий при равенстве числа опытов u мало
влияет на выводы о средних.
Когда опыты по обработке пробных заготовок повторяют только в центре плана (при
x j ), в качестве дисперсии воспроизводимости принимают
2
1  u
1 u
 
=
s
 ∑ y0u −  ∑ y0 y  
u − 1  1
u 1
 
2
â
с 2n (u − 1) степенями свободы.
Использование предлагаемой методики обработки экспериментов типа 2n будет способствовать более широкому их применению как в исследовательской, так и в производственной практике, в частности при обеспечении параметров качества обрабатываемых
поверхностей заготовок. Следует помнить, что в промежуточных расчетах, которые можно проводить с помощью простых калькуляторов, следует сохранять возможно большее
число знаков после запятой. Нетрудно заметить, что данную методику можно распространять и на дробные факторные эксперименты типа 2n-p, где p – число факторов, влияние которых смешано с влиянием взаимодействий.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Рыжов, Э.В. Математические методы в технологических исследованиях / Э.В. Рыжов, О.А. Горленко. –
Киев: Наукова думка, 1990. – 184 с.
2. Суслов, А.Г. Экспериментально-статистический метод обеспечения качества поверхности деталей машин / А.Г. Суслов, О.А. Горленко. – М.: Машиностроение-1, 2003. – 303 с.
3. Адлер, Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова,
Ю.В. Грановский. – М.: Наука, 1976. – 279 с.
4. Хикс, Ч. Основные принципы планирования эксперимента / Ч. Хикс. – М.: Мир, 1967. – 406 с.
5. Дрейпер, Н. Прикладной регрессионный анализ / Н. Дрейпер, Г. Смит. – М.: Статистика, 1973. – 392 с.
6. Шеффе, Г. Дисперсионный анализ / Г. Шеффе. – М.: Наука, 1980. – 512 с.
Материал поступил в редколлегию 3.03.09.
56
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
УДК 681.5
О.Н. Федонин, Д.И. Петрешин, В.А. Хандожко, А.В. Агеенко
МОДЕРНИЗАЦИЯ МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩИХ СТАНКОВ,
ПРИМЕНЯЕМЫХ В УСЛОВИЯХ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОИЗВОДСТВА
Представлен подход к модернизации металлообрабатывающих станков, применяемых в условиях автоматизированного производства. Рассмотрен общий порядок действий, которые необходимо выполнять при модернизации систем управления металлорежущих станков.
Ключевые слова: металлообрабатывающий станок с ЧПУ, автоматизированное производство, модернизация,
система управления, блок-схема.
Одним из основных направлений технического перевооружения предприятий России
является модернизация оборудования, так как возможности машиностроительных заводов
по приобретению новых станков весьма ограниченны. Важнейшей задачей настоящего
периода развития машиностроения России является модернизация станочного оборудования, определяющего качество продукции промышленных предприятий.
Модернизации подлежит перспективное оборудование, определяющее технологический потенциал предприятий различных отраслей промышленности России. К такому
оборудованию относятся:
• массовые станки с ЧПУ (токарные, фрезерные, сверлильно – расточные, электроэрозионные, обрабатывающие центры и др.);
• специальные станки агрегатного типа и автоматические линии из них;
• станки в автомобильной и других массовых отраслях промышленности;
• уникальные и тяжелые станки, определяющие технологические процессы предприятий (количественная база будет исчисляться единицами, но их модернизация существенно повысит технический уровень соответствующих отраслей).
Модернизация металлорежущего станка может включать в себя как замену механической части, так и замену системы управления этим станком.
Модернизация механической части станка проводится с целью повышения точности,
надежности и долговечности механических узлов станка и включает в себя замену ходовой части приводов подач, кинематики привода главного движения, восстановление направляющих и замену шпиндельного узла. Помимо этого, модернизация механической
части может включать комплексную замену пневмо- и гидропривода, внедрение новых
конструкций режущих инструментов.
На предприятиях значительный парк станков не используется из-за выхода из строя
систем управления (при том, что механическая часть станка находится в рабочем состоянии). Эта проблема не позволяет повышать эффективность производства, выполнять все
заказы, поступающие на предприятия. Решением данной проблемы может стать модернизация устаревших или вышедших из строя систем числового программного управления
(СЧПУ).
Модернизация системы управления станка может включать замену устройства числового программного управления (УЧПУ) новым, построенным на базе ПЭВМ, замену
измерительной системы, комплексную замену узлов электропривода и электроавтоматики
станка.
Существуют различные подходы к модернизации металлорежущего станка. Не
смотря на это, есть общий порядок действий, которые нужно выполнять при модернизации станков на базе УЧПУ:
• Анализ документации на металлорежущий станок. Необходимо проанализировать электрические схемы на соответствие тому, что реально собрано на станке. Так как
57
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
документация составляется только на базовый вариант электрооборудования, то на станке
могут отсутствовать отдельные механизмы.
• Анализ кинематической схемы станка с целью выявления принципа работы станка, система управления которого модернизируется. Помимо работы привода главного
движения и приводов поперечных и продольных подач необходимо проанализировать работу вспомогательных механизмов станка, таких, как приводы револьверной головки,
гидравлической системы и системы смазки. Кроме перечисленных механизмов на станке
могут применяться отрезной суппорт, механизмы зажима и подачи материалов, механизмы разгрузки и т.д.
• После анализа документации на станок и кинематических схем механизмов станка необходимо определить общее число входных и выходных сигналов. К входным сигналам относятся сигналы от датчиков (конечного положения или любого другого, с дискретным выходом). Выходные сигналы - это сигналы, идущие от оборудования к УЧПУ.
Выходные сигналы обеспечивают управление механизмами и агрегатами станка путем
включения или выключения электромагнитных муфт, электромагнитных пускателей и
другой электроавтоматики.
• Для правильной, согласованной работы УЧПУ и приводов подач необходимо
обеспечить требуемые сигналы от датчиков положения. Наиболее часто используются оптические линейки и фотоимпульсные датчики. В случае необходимости старые датчики
заменяются на новые. Замена датчиков может потребоваться, например, в связи с тем, что
в модернизируемой СЧПУ питание датчиков осуществляется другим напряжением, а также с целью повышения точности перемещения суппортов за счет увеличения числа импульсов на один оборот датчика.
• При неработоспособности системы управления приводами главного движения и
приводами подач заменяются на новые. Для обеспечения минимальных затрат на модернизацию и в случае, если механика приводов подач находится в удовлетворительном состоянии (обеспечивает требуемую точность), можно заменить только систему управления.
На производстве, когда станки постоянно находятся в эксплуатации, часто заменой только
одной системы управления обойтись не удается. Если привод подач не обеспечивает требуемой точности, то меняется, помимо системы управления, еще и механическая часть
(шарикоподшипниковый узел, двигатель). В настоящее время в качестве двигателя часто
используется асинхронный двигатель с соответствующими системами управления, который обладает большей надежностью по сравнению с двигателями постоянного тока.
• СЧПУ модернизируется в зависимости от типа станка и задач, которые необходимо выполнять на этом станке. Выбор СЧПУ зависит от типа станка, количества управляемых координат и т. д. Например, УЧПУ NC201М позволяет управлять четырьмя координатами (количество ЦАП - 4). УЧПУ NC202 позволяет управлять токарными станками,
укомплектованными цифровыми и шаговыми приводами (ЦАП – 1, ЦИП - 3). Устройство
ЧПУ NC-210 позволяет управлять пятью координатами станка (ЦАП - 5). Устройство
ЧПУ NC-220 может управлять станками, укомплектованными цифровыми и шаговыми
приводами (ЦАП – 1, АЦП – 4, ЦИП - 4) [1]. Устройство ЧПУ NC-230 предназначено для
управления шестью координатами (ЦАП - 6) двухсуппортных станков, обрабатывающими
фрезерными и токарными центрами.
• На следующем этапе необходимо обеспечить согласованную работу станка и
устройства ЧПУ. Устройство ЧПУ привязывается к конкретному оборудованию с помощью файлов характеризации и программы логики станка. В файлах характеризации указываются параметры управления осями, характеристики управления технологическим
процессом обработки деталей для объекта управления, параметры программы логики
станка, позволяющие персонализировать УЧПУ для конкретного применения. Под
58
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
программой логики станка понимается часть программного обеспечения, используемая
для конкретизации управляемого от УЧПУ оборудования.
Описанный порядок действий при модернизации металлорежущих станков можно
упрощенно показать в виде блок-схемы (рис.1).
С использованием рассмотренного порядка
действий на кафедре «АвтоматизироАнализ документации
ванные технологические системы» Брянского
государственного технического университета
Анализ кинематических схем
были модернизированы токарный станок
16Б16Ф3, токарно-револьверный станок с
ЧПУ 1В340Ф30, а также обрабатывающий
Разработка новых схем
центр МС032. На рис. 2-4 показан внешний
электроавтоматики
вид станков после их модернизации.
Определение необходимости модернизации главного привода и привода
подач
Замена устройства ЧПУ
Согласование работы УЧПУ с работой
оборудования станка
Рис.1. Блок-схема модернизации металлорежущих станков
Рис. 2. Токарный станок 16Б16Ф3
Рис.3. Токарно-револьверный станок с ЧПУ
1В340Ф30
Рис.4. Обрабатывающий центр
МС032
Данный алгоритм можно использовать для модернизации всех групп металлообрабатывающих станков с ЧПУ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Лексиков, В. П. Модернизация токарного станка 16Б16ФЗ/ В. П. Лексиков, Д. И. Петрешин,
Т. И. Портянкина , В. Ю.Саяпин // Обработка металлов.-2003. - № 3.-С. 17-19.
Материал поступил в редколлегию 9.06.09.
59
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
ТРАНСПОРТНОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
УДК 629.4.028.086
А.П. Болдырев, Э.А. Фатьков
ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ ПЕРСПЕКТИВНЫХ
ПОГЛОЩАЮЩИХ АППАРАТОВ АВТОСЦЕПКИ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ
ЦИСТЕРНАХ
Исследована работа перспективных поглощающих аппаратов на цистернах путем имитационного моделирования условий эксплуатации. Рассмотрены задачи пуска в ход и торможения наливных поездов, а также маневровые операции. Определены критерии эффективности работы поглощающих аппаратов.
Ключевые слова: поглощающий аппарат, критерий эффективности, автосцепка, железнодорожная цистерна.
Для оценки влияния новых конструкций поглощающих аппаратов на продольную
динамику возможно проведение экспериментальных исследований. Однако такие исследования являются дорогостоящими, а в ряде случаев невозможны, например на стадии
проектирования. Поэтому для определения продольных сил, действующих на вагон в условиях эксплуатации, целесообразно прибегать к имитационному моделированию.
Рассмотрение динамических процессов в наливных поездах требует построения модели цистерны с жидкостью, которая должна отражать реальные явления, связанные с
гидродинамикой, в частности возникновение нескольких частот колебаний жидкости.
Использование линейной теории движения жидкости вполне допустимо при определении усилий, действующих на цистерну, поскольку нелинейные эффекты, которые могут
возникать в процессе колебаний груза в котле от действия ударных нагрузок, не успевают
проявиться на достаточно коротком интервале времени, когда возникают максимумы нагрузок [1].
Для определения продольной нагруженности цистерны необходимо решать гидродинамическую задачу колебаний жидкости в котле. Но, учитывая только продольные колебания котла цистерны и используя допущения, позволяющие оставаться в рамках линейной теории движения идеальной жидкости, уравнения в частных производных, описывающие колебания жидкости, можно свести к обыкновенным дифференциальным уравнениям движения механического аналога (рис.1) −
расчетной модели цистерны [1; 2]. Вязкость
kn
жидкости в расчетах не учитывается, так как не
mn
хn
оказывает существенного влияния на максимальные продольные усилия в автосцепках [2].
Уравнения движения механической систеk1
x1
мы имеют следующий вид:
m1
N
m 0 x 0 − ∑ k n ⋅ ( x n − x 0 ) = Ð;
n = 1, 3, 5...
x0
m n 
x n − k n ( x n − x 0 )= 0, n= 1, 3, 5,...
М0
Р
Здесь
2
N
Λ
mn = n , m0 = M − ∑ mn ,
Mn
n =1
…
kn = mnλng ,
Рис.1. Механическая модель-аналог
цистерны с жидкостью
60
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
где М - масса цистерны с жидкостью; g - ускорение свободного падения; N - число учитываемых форм колебаний жидкости.
Присоединенные массы жидкости m n при n - й форме колебаний и собственные числа λ n вычисляются с учетом единичной нормировки по следующим формулам:
H −R
Λ n = 4ρ(−1)0,5(n −1) ∫ ch
−R
πn
(R + z) R 2 − z 2 dz;
L
πn
2π n
ρ
Mn =
(R + z) R 2 − z 2 dz;
∫ ch
L −R
L
2 2
−
H
R
πn
1
2π n
λn
ch
(R + z) R 2 − z 2 dz;
n = 1, 3, 5... N ,
∫
2
2
L
L 2RH − H ch 2 π n H − R
L
где ρ - плотность жидкости; Н - уровень ее налива; R – радиус; L - длина цистерны.
Моделирование условий эксплуатации включало в себя построение математических
моделей, описывающих маневровые операции и поездные режимы. Эксплуатационные
ситуации моделировались в программном комплексе Train, разработанном на кафедре
«Динамика и прочность машин» Брянского государственного технического университета.
В нем поезд представлялся как набор масс (вагонов-цистерн), последовательно соединенных между собой упругими связями (поглощающими аппаратами). На каждую единицу
состава в поезде действовали усилие на автосцепке, силы тяги (для локомотива), торможения и трения [3; 4].
Для оценки продольных сил, возникающих в составах, и проведения сравнительного
анализа работы поглощающих аппаратов рассматривалась одномерная расчетная схема.
Для сравнения эффективности применения поглощающих аппаратов на вагонахцистернах были рассмотрены следующие ситуации: маневровые операции, трогание и
торможение составов различной массы.
Опыт эксплуатации и математическое моделирование показывают, что основную
долю повреждений вагон получает при соударениях в ходе маневровых операций. Даже
при экстремальных поездных режимах практически не возникают продольные нагрузки,
способные вызвать неусталостные повреждения вагона [1]. Поэтому при определении
критериев эффективности работы поглощающих аппаратов для вагонов-цистерн было
принято решение ограничиться расчетом маневровых операций.
При исследовании маневровых работ в первом приближении был рассмотрен случай
накатывания вагона на одиночно стоящую цистерну.
Согласно современным требованиям [5], цистерны новой постройки должны оборудоваться аппаратами не ниже класса Т2. Однако большая доля парка цистерн находится на
грани окончания срока службы, поэтому вероятна ситуация, что цистерна может быть
оборудована серийным поглощающим аппаратом. В связи с этим в расчетах рассматривались различные типы аппаратов.
Набегающий вагон имел массу 90 т и был оборудован аппаратом Ш-2-В. Исследуемая цистерна оборудовалась разными типами поглощающих аппаратов.
Для описания многообразия расчетных ситуаций и вычисления критериев эффективности работы поглощающих аппаратов, необходимо использовать статистические распределения скоростей соударения и масс цистерн.
Статистическое распределение скоростей при маневровых операциях имеет следующий вид:
2
2 H −R
Скорость соударения, м/с
1,67
2,22
2,77
3,33
Вероятность
0,427
0,407
0,132
0,034
61
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Уровни налива цистерны в долях радиуса котла представлены ниже:
Уровень налива жидкости (в до0
1,25R
1,5R
>1,75R
лях от радиуса цистерны R)
Вероятность
0,4
0,07
0,18
0,35
В сравнительных расчетах предполагалось, что плотность жидкости ρ = 1000 кг/м3.
Массы варьировались за счет уровня заполнения цистерны.
При каждом соударении регистрировалась максимальная продольная сила на автосцепном устройстве.
Для оценки эффективности применения различных поглощающих аппаратов были
рассчитаны критерии эффективности [4], определенные следующим образом: для каждого
поглощающего аппарата фиксировалась максимальная сила на автосцепке, возникающая
при ударе с каждой скорости вагона в покоящуюся цистерну с различным уровнем налива
жидкости. Для определения критерия усталостной повреждаемости применялась схематизация динамического процесса по методу «дождя» [6]. В ходе вычислений учитывались
вероятности появления скоростей соударений и уровней налива цистерны.
Результаты расчета представлены в таблице.
Таблица
Критерии эффективности для различных поглощающих аппаратов (усл. ед.)
Критерий поврежКритерий усталодаемости от едиОбобщенный криПоглощающий аппарат
стной повреждаеничных перегрузок
терий J ОБ
мости J УСТ
J П.В
ПМК-110
148,57
0,567
273,31
ПМКП-110
2,776
0,037
10,916
ПМКЭ-110
0,377
0
0,377
ЭПА-120
0,262
0
0,262
ГП-120
0,218
0
0,218
Из расчетов критериев видно, что с точки зрения снижения продольных усилий наиболее эффективны поглощающие аппараты классов Т2 и Т3. Лучшие результаты показали
эластомерный поглощающий аппарат ЭПА-120 и гидрополимерный поглощающий аппарат ГП-120.
При использовании аппаратов ПМК-110 и ПМКП-110 критерий J П.В не равен нулю,
что показывает возможность появления единичных сверхнормативных сил, которые при
неблагоприятном сочетании скоростей соударений и масс могут привести к повреждениям
цистерны.
Были исследованы динамические процессы, возникающие при пуске в ход наливных
поездов различной массы. Тяга осуществлялась при помощи локомотива, находящегося в
голове состава. Все вагоны оборудовались одним типом поглощающих аппаратов. В расчетах принималось, что состав находится в сжатом (осаженном) состоянии. Считалось,
что цистерны заполнены водой на уровень эксплуатационного недолива и имеют массу
90 т.
Наибольший интерес с точки зрения возникновения опасных продольных усилий
представляют ситуации трогания составов массой 6400 и 8000 т (рис. 2 а, б).
При пуске состава массой 6400 т в случае оборудования вагонов аппаратами ПМК110 максимальные силы составляли 800…830 кН. Снижение уровня продольных сил при
использовании аппаратов ЭПА-120 достигало 30…35%, а при применении аппаратов ГП120 – 20…23%.
62
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Р, кН
Р,кН
1050
750
700
500
350
250
0
14
28
42
56 № вагона
18
36
54
72
№ вагона
-350
-250
-500
______
0
-700
а)
б)
Рис. 2. Распределение максимальных продольных сил при пуске в ход состава:
а - массой 6400 т; б - массой 8000 т;
- ПМК -110;
____
- ПМКП-110;
_._._.
ПМКЭ-110;
__ .. ___ ..__
- ЭПА-120; …… ГП-120
Наибольшие по величине продольные силы возникали при трогании состава массой
8000 т. При оборудовании вагонов состава амортизаторами ПМК-110 и ПМКП-110 максимальные продольные усилия составляли 1400 и 1300 кН соответственно. Применение
перспективных поглощающих аппаратов позволило понизить уровень сил на 15…25%.
Так, при использовании аппарата ПМКЭ-110 максимальные продольные силы составляли
1200 кН, а при применении аппаратов ГП-120 и ЭПА-120 – порядка 1100 кН.
Результаты расчета режима полного служебного торможения растянутых однородных составов (наиболее неблагоприятный режим) различной массы приведены на рис. 3 а,
б. Параметры воздухораспределителей и силы нажатия на тормозные колодки выбирались
в соответствии с рекомендациями [4]. Торможение осуществлялось с головы состава.
На поездах массой 6400…8000 т преимущества использования аппаратов ЭПА-120 и
ГП-120 выявились отчетливо. Максимальные силы в 1000 кН возникли при торможении
состава массой 6400 т, вагоны которого были оборудованы аппаратами ПМК-110. Использование аппаратов ЭПА-120 и ГП-120 дало снижение сжимающих сил до 30%, аппарат
ПМКЭ-110 обеспечил снижение продольных сил до 20%.
В составе массой 8000 т, как и в предыдущем случае, максимальные продольные силы возникли в вагонах, оборудованных фрикционными аппаратами ПМК-110 и ПМКП110, и составили 1200 и 1100 кН соответственно.
На основании проведенных расчетов можно сделать следующие выводы.
Перспективные поглощающие аппараты являются более эффективными с точки зрения снижения продольных усилий, возникающих в автосцепных устройствах при переходных режимах движения поезда. Расчеты показали, что применение амортизаторов
ЭПА-120 и ГП-120 позволяет снизить усилия на 20…30% по сравнению с серийными аппаратами ПМКП-110 и ПМК-110.
63
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
0
14
28
42
56
№ вагона
0
-200
-300
-400
-600
-600
-900
Р,кН
Р, кН
18
36
54
72
№ вагона
а)
б)
Рис.3. Распределение максимальных продольных сил при торможении со скорости 22,5 км/ч
состава: а - массой 6400 т; б - массой 8000 т;
______
ПМК -110;
____
ПМКП-110;
_._._.
ПМКЭ-110;
__ .. ___ ..__
ЭПА-120;
……
ГП-120
Расчет критериев эффективности для маневровых операций также показал явное
преимущество использования поглощающих аппаратов ПМКЭ-110, ЭПА-120 и ГП-120.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Прасолов, А. Н. К оценке напряжений в котле 8-осной цистерны при продольных воздействиях / А.Н.
Прасолов // Динамика, прочность и надежность транспортных машин. – Брянск, 1986. – С.41-48.
2. Богомаз, Г.И. Динамика железнодорожных вагонов-цистерн / Г.И. Богомаз. – Киев: Наукова думка, 2004.
– 224 с.
3. Блохин, Е. П. Динамика поезда (нестационарные продольные колебания)/ Е.П. Блохин, Л.А. Манашкин. М.: Транспорт, 1982. - 222 с.
4. Болдырев, А.П. Расчет и проектирование амортизаторов удара подвижного состава/ А.П. Болдырев, Б.Г.
Кеглин. - М.: Машиностроение -1, 2004. - 199 с.
5. Перспективное автосцепное устройство для грузовых вагонов нового поколения: техн. требования.
6. Когаев, В.П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность: справочник /В.П.
Когаев, Н.А. Махутов, А.П. Гусенков. – М.: Машиностроение, 1985. – 224 с.
Материал поступил в редколлегию 17.06.09.
64
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
УДК 620.178.16: 620.178.3: 620.191.33: 621.822: 621.891
Е.В. Мефёд 1
РЕАЛИЗАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ МЕТОДИКИ РАСЧЕТНОЙ ОЦЕНКИ
ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ ПО СИСТЕМЕ
КРИТЕРИЕВ ПОВРЕЖДЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ
Описана реализация некоторых частей общего алгоритма моделирования повреждения опор скольжения в
виде библиотек алгоритмов дискретизации опоры скольжения на участки, задания уровня начального повреждения и расчёта коэффициентов интенсивности напряжений (КИН).
Ключевые слова: долговечность, подшипник скольжения, критерии повреждения, поверхность трения, библиотека алгоритмов, коэффициент интенсивности напряжений.
Составными частями общего алгоритма моделирования процесса повреждения опор
скольжения являются базы данных (или библиотеки) [1; 2], содержащие информацию об
алгоритмах расчёта или выбора из таких библиотек разных параметров, которые могут
быть использованы в процессе расчетного моделирования. Первые варианты некоторых
библиотек были разработаны автором.
Библиотека алгоритмов дискретизации на участки используется на начальном
этапе общего алгоритма для формирования набора участков, для которых будет моделироваться процесс накопления усталостных повреждений, зарождения и роста коротких
трещин. Исходными данными для всех алгоритмов дискретизации являются информация
о геометрии опоры скольжения, данные о напряжениях (например, полученные методом
конечных элементов (МКЭ)), свойства материала. Полученная разбивка на участки может
быть выведена на экран в виде проволочной модели (рис. 1).
Для общего алгоритма необходимо
выполнить дискретизацию таким образом,
чтобы удовлетворялись следующие требования: напряжения на участке можно
считать постоянными с заданной точностью; размер участка таков, что в пределах участка может разместиться число
структурных элементов материала, которое не превосходит заданное; в пределах
одного участка может появиться не более
одного зародыша макротрещины. Эти
требования могут противоречить друг
другу, что приводит к необходимости
иметь набор алгоритмов дискретизации, в
которых перечисленные требования имеют разный приоритет, и для расчёта конкретного объекта выбирать наиболее подходящий алгоритм. В настоящий момент
Рис. 1. Пример модели антифрикционного слоя
для выбора правильного варианта дискреподшипника, дискретизированного на участки
тизации необходимо участие человека.
Пример диалогового окна для задания параметров дискретизации приведен на рис. 2.
Каждый алгоритм привязан, кроме того, к формату исходных данных о геометрии и
напряжениях в опоре скольжения. Первый вариант используемых исходных данных —
1
Работа выполнена под руководством доц., к.т.н. М.В. Зернина.
65
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
результаты расчёта МКЭ, который уже содержит разбивку объекта на участки (конечные
элементы). Разбивка может быть использована алгоритмом дискретизации в качестве первого приближения. Второй вариант применяется, если параметры воздействия определялись без применения МКЭ или же первый вариант дискретизации нерационален.
Библиотека алгоритмов задания начального уровня повреждения участка используется на втором этапе общего алгоритма. Основными исходными данными для алгоритмов библиотеки являются свойства материала и информация о геометрии участка. Так,
один из используемых алгоритмов предполагает, что величина начального повреждения
участка зависит от глубины расположения центра участка относительно поверхности антифрикционного слоя опоры скольжения. Результат работы алгоритма может быть выведен на экран в виде объёмной модели с возможностью масштабирования и панорамирования. Величина повреждений может быть показана либо в спектре фотоупругости, либо в
нормальном спектре.
Самым простым является алгоритм, задающий равномерное распределение повреждений по всему объёму опоры скольжения: каждому участку приписывается одно и то же
значение уровня начального повреждения.
В большинстве случаев значения начальной повреждённости приповерхностного
слоя и глубинных слоёв материала значительно различаются. Подобная неравномерность
апроксимируется простейшими функциями: кусочно-линейной, экспонентой и т.п. На
рис. 3 показано диалоговое окно с заданными уровнями начальных повреждений на поверхности и двух удаленных от поверхности уровнях.
Рис. 2. Параметры алгоритма дискретизации
Рис. 3. Параметры алгоритма, задающего уровень начального повреждения в зависимости от глубины участка с помощью кусочно-линейной функции
Кроме этого, имеются алгоритмы, позволяющие задать неравномерность распределения уровня начального повреждения по площади поверхности контакта. Подобные алгоритмы позволяют учесть особенности технологического процесса изготовления подшипника. Предусмотрена возможность задания поля начальных повреждений (индивидуального для каждого конкретного подшипника) с применением методов статистических
испытаний. Для каждого расчёта формируется индивидуальный набор параметров алгоритма задания начального повреждения. В результате работы алгоритма получается индивидуальное распределение начального повреждения по участкам модели. На рис. 4 приведен пример сформированного поля начальных повреждений.
Библиотека моделей накопления усталостных повреждений. В общей модели [13] учитывается, что скорость накопления усталостных повреждений зависит как от
свойств материала, так и от глубины расположения участка относительно поверхности
антифрикционного слоя опоры скольжения. В общем случае зависимость скорости накопления повреждений от глубины расположения слоя материала можно описать плавной линией (рис. 5).
66
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Скорость на поверхности обозначается
П' s . На глубине h sv скорость накопления повреждений стабилизируется и во всём объёме
материала равна П' v . Величина h sv составляет
обычно 5…10 размеров зёрен материала.
Для баббитов можно применять модель,
использующую кусочно-линейную функцию,
параметры K sv =П' s /П' v и h sv которой определены экспериментально по результатам усталостных испытаний. Для баббита Б83 были получены следующие значения параметров [3]:
K sv =1,78 и h sv =0,5 мм. В настоящий момент для
вычислений используется именно эта модель
(рис. 6).
Библиотека алгоритмов расчёта КИН.
Данная библиотека используется при моделиРис. 4. Уровни усталостного повреждения
ровании процесса зарождения и развития трещин. Исходными данными для алгоритма расчёта КИН служит информация о геометрии
участка, уровне напряжений на участке и свойствах материала. Большое внимание при разработке библиотеки было уделено возможности
использования моделей расчёта КИН существенно отличающихся как параметрами моделей, так и алгоритмами их применения в общей
процедуре моделирования процесса повреждения опоры скольжения.
Для алгоритмов расчёта КИН применяютРис. 5. Зависимость скорости накопления усся следующие классификаторы:
талостных повреждений от расстояния от
1. Свойства материала: изотропный,
поверхности материала
анизотропный, из нескольких слоёв, композитный волоконный, композитный дисперсный,
композитный сплошной. При
необходимости данный классификатор может быть дополнен пользователем.
2. Размерность объекта. Описание формы тела с
трещиной, положения трещины (например,
краевая
трещина в ограниченном теле). Данный классификатор
может быть дополнен пользователем при добавлении в
Рис. 6. Пример задания параметров модели
библиотеку новых алгоритнакопления повреждений
мов расчёта КИН.
3. Вид напряжённо-деформированного состояния: одномерное или объёмное.
4. Форма трещины: эллиптическая, произвольная. Пополняемый пользователем
классификатор.
5. Распределение номинальных напряжений.
67
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Все эти классификаторы могут быть использованы для поиска требуемых алгоритмов расчёта КИН. Пример диалогового окна с заданными параметрами приведен на рис.7.
Рис. 7. Окно поиска алгоритмов расчёта КИН по заданным значениям классификатора
Кроме значений классификаторов каждая запись библиотеки содержит графическую
информацию: вид тела с трещиной, форма и расположение трещины; графический вид
формулы для расчёта КИН (рис.8). Процедура расчёта также хранится в базе данных в виде большого бинарного объекта.
Рис. 8. Пример окна программы ведения библиотеки алгоритмов расчёта КИН
Библиотека может использоваться автономно. В этом случае параметры для расчёта
КИН могут быть заданы пользователем вручную. Можно задать диапазон и шаг изменения параметров, в этом случае будет рассчитано множество значений КИН по выбранному
алгоритму с указанным множеством значений параметров. Результаты вычислений могут
быть получены в табличном виде (например, в стандартном текстовом файле с разделителями для дальнейшего использования).
Для использования библиотеки в рамках общего алгоритма необходимо выполнить
привязку параметров алгоритма расчёта КИН к параметрам модели расчёта повреждения
(текущий уровень повреждения участка, уровень напряжений на участке, свойства материала на участке и т.д.). Привязка выполняется в вызывающей процедуре для каждого
применяемого алгоритма расчёта КИН отдельно. При этом одним параметрам алгоритма
расчёта КИН может быть найдено однозначное соответствие среди параметров текущих
68
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
участков, другие могут вычисляться на основе нескольких параметров участка, а некоторые могут иметь постоянное значение.
Некоторые другие требуемые для общего алгоритма [1-3] библиотеки разрабатываются. Параллельно уже выполняются расчеты долговечности конкретных вариантов подшипников с баббитовым слоем.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
Зернин, М.В. Дискретное моделирование повреждений подшипников скольжения с учетом комплекса
воздействий и критериев отказа. Сообщение 1. Общая схема расчета долговечности/ М.В. Зернин// Трение и износ. - 1996. - Т. 17. - № 6. - С. 747-755.
Морозов, Е.М. Контактные задачи механики разрушения/Е.М. Морозов, М.В. Зернин. − М.: Машиностроение, 1999. – 540 с.
Зернин, М.В. Конечноэлементное описание процессов усталости с учетом особых свойств поверхности
материала/М.В. Зернин //Заводская лаборатория. - 1995. - № 2. - С. 43-51.
Материал поступил в редколлегию 4.04.08.
69
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
УДК 621.855
П.Н. Учаев, С.А. Сергеев
КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ЦЕПНЫХ МУФТ 1
На основе данных кинематического и силового исследований привода с цепными муфтами существующих и
новых конструкций оценены потери энергии в кинематических парах и получены зависимости КПД от конструктивных и эксплуатационных параметров муфт.
Ключевые слова: цепная муфта, коэффициент полезного действия, мощность.
Коэффициент полезного действия (КПД) цепных муфт – важный показатель совершенства их конструкции. Он, как известно, обусловлен потерей механической энергии, определяемой мощностью потерь на трение в кинематических парах. Поэтому по КПД можно
прогнозировать ресурс муфт, зависящий от износа их элементов: цепи и звездочек. Заметим, что наряду с износостойкостью к основным показателям работоспособности рассматриваемых муфт относится сопротивление усталости применяемых цепей, причем усталостные
поломки наблюдаются в муфтах, используемых, как правило, в быстроходном приводе. В
свою очередь, КПД зависит от многих факторов: конструктивного исполнения муфты, типа цепи, условий работы (прежде всего смещение осей соединяемых валов и способ смазки) и т. п. Очевидно, существуют значения конструктивных и эксплуатационных
параметров, соответствующие максимуму КПД (или минимуму потерь энергии).
Следовательно, КПД является интегральным критерием качества, определяющим область применения муфты того или иного типа. Типы муфт, КПД которых оценивается в настоящей статье, рассмотрены в литературе [1-3]. Основой для данной работы являются
результаты кинематического [4] и силового [5] исследований.
На базе нижеизложенной методики на кафедре «Машиностроительные технологии и
оборудование» был разработан и реализован на ЭВМ автоматизированный расчет КПД
цепных муфт [6], позволяющий получать необходимые для конструктора данные, которые
дадут возможность на стадии проектирования привода машин правильно выбрать тип
муфты и нормировать точность монтажа соединяемых ею узлов.
КПД муфты, как и любого устройства, можно оценить, зная мощность потерь на трение
[5]:
WfΣ
,
η =1−
W1
где W1 = M T 1 ω1 – мощность движущих сил, M T 1 – момент движущих сил (вращающий момент), приложенный к ведущей полумуфте, угловая скорость которой - ω1 ; W f Σ – суммарная
мощность потерь на трение в муфте.
z
W f Σ = ∑ W fi ,
i =1
здесь W f 1 , W f 2 , W f 3 , W f 2,3 и т. д. – мощности потерь на трение в шарнирах, между роликом
и втулкой, между роликом и зубьями полумуфт, в опорах валов (имеется в виду дополнительное сопротивление, связанное с воздействием муфты) и т. д.
1
Работа выполнена при финансировании гранта Президента РФ для государственной поддержки молодых
российских ученых МК-1109.2009.8.
70
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Потери энергии в муфтах обусловлены главным образом относительными перемещениями деталей, определяемыми смещениями осей валов и крутильными колебаниями в
приводе [7]. При радиальном смещении осей соединяемых валов мощность потерь на трение в шарнирах цепи
z
W f 1 = ∑ M fmj (1)
j =1
mj
,
где M fmj – среднее значение момента сил трения в j шарнире; ωmj – среднее значение угловой скорости смежных звеньев цепи; z – число шарниров цепи в муфте, равное числ у
зубьев звездочки.
Момент сил трения в j-м шарнире
F f d
M fmj = ст 2 в ,
2000
где f2 – коэффициент трения скольжения внутри шарнира; dв – диаметр валика; F c m – среднее значение силы прижатия валика к втулке.
Согласно результатам силового расчета, для цепной муфты с однорядной цепью
(МЦО) [1]
2M T 1 (tgγ − f 1 )
,
Fст =
Pz
где γ = 0,5τ + α (τ – угловой шаг звездочки, α – угол профиля зуба в точке контакта с ним
шарнира); f1 – приведенный коэффициент трения между роликом и зубом; Р – шаг цепи.
С учетом действия центробежных сил, развиваемых звеньями цепи,
FстΣ = Fст + Fси ,
где Fси – натяжение цепи, обусловленное силами инерции, Fси = 0,25qP 2ω12 / sin 2 0,5τ (q –
масса 1 м цепи).
Средняя угловая скорость смежных звеньев цепи
βΣ
,
2π
здесь β Σ – суммарный угол поворота соседних звеньев в течение одного цикла, рад (за
время одного оборота муфты). Величина β Σ зависит от радиального смещения Δ осей
соединяемых валов. В результате кинематического исследования МЦО установлено, что
при Δ ≤ 0,5 мм и z = 12,16 β Σ ≤ 10°40'.
С учетом приведенных выражений окончательно получим
0,25 ⋅ 10 −3 Fст f 2 d в β Σ z
Wf1 =
.
π
Мощность потерь на трение между роликами и втулками
W f 2 = M fm p z ,
ω mj =
(1 )
где M fm – среднее значение момента сил трения между роликом и втулкой; ω p – угловая
скорость вращения ролика.
Проведя преобразования, аналогичные рассмотренным, будем иметь
4 ⋅ 10 −3 M T 1 f ' d втω1 ∆(tgγ − f1 ) sin 0,5π
,
Wf 2 =
Pd1 cos 2 γ
где f' – коэффициент трения между роликом и втулкой; d вт , d 1 – диаметры втулки и ролика.
71
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Мощность потерь на трение между роликами и зубьями полумуфт
W f 3 = 2 Fnm f 1 v s z ,
где F nm – среднее значение давления зуба звездочки на ролик; vs – скорость скольжения
ролика по зубу.
Принимая во внимание результаты силового и кинематического исследований
МЦО, окончательно получим
8M T 1 kω1 ∆ sin 0,5π
,
Wf 3 =
Pd p cos 2 γ
где k – коэффициент трения качения ролика по зубу.
При угловом смещении δ осей валов мощность потерь на трение между зубьями полумуфт и шарнирами цепи
M f ' ω1δ
,
W ' f 2,3 = T 1
π
где f´ – коэффициент трения между роликом и втулкой или роликом и зубом (берется
меньшее значение коэффициента).
В МЦО возможны одновременные радиальное и угловое смещения звездочек. Поэтому суммарная мощность потерь на трение
W fΣ = W f 1 + W f 2 + W f 3 + W f′ 2,3 .
Видно, что потери мощности в муфте зависят как от нагрузки, так и от угловой
скорости (влияние центробежных сил на натяжение цепи). Причем это влияние рекомендуется учитывать в тех случаях, когда ω1 > 0,9ω lim , где ω lim – предельная угловая скорость муфты, нормируемая, например, ГОСТ 20742.
В цепной муфте с промежуточным валом (МЦПВ) возможно лишь угловое смещение
полумуфт и промежуточного вала, причем
W fΣ = 2W ' f 2,3 .
Муфты типов МЦД и МЦПКС по величине потерь мощности занимают промежуточное положение между МЦПВ и МЦО (таблица).
Таблица
Потери мощности и КПД цепных муфт
Тип
муфты
Потери энергии, Вт
η, %
W f1
W f2
W f3
W' f 2 ,3
МЦО
МЦД
МЦПКС
МЦПВ
0,07
0,05
0,05
-
6,2
6,2
5,1
-
600
540
398
-
19,2
18,0
16,8
40,3
96,75
97,90
98,43
99,87
Результаты расчета показывают, что наиболее значительная мощность потерь на
трение - между роликами и зубьями полумуфт. Другими потерями можно пренебречь.
Наименьший КПД имеет МЦО, наибольший – МЦПВ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Тарабасов, Н.Д. Цепные муфты. Проектирование, изготовление и эксплуатация: справочник /
Н.Д.Тарабасов, П.Н. Учаев. М.: Машиностроение, 1987. - 256 с.
2. Современное машиностроение. Ч. 5.Основы машиноведения. Конструкция, параметры и основы конструирования. Кн. 3. Муфты и тормоза приводов машин: учеб. пособие / П.Н. Учаев, С.Г. Емельянов, И.С.
Захаров [и др.]; под общ. ред. П.Н. Учаева. - 4-е изд., испр. - М.: Высш. шк., 2006. - 296 с.
72
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
3. Сергеев, С.А. Повышение эффективности автоматизированного проектирования цепных муфт на основе
создания их математической модели: дис…. канд. техн. наук / Сергеев Сергей Александрович. - М.:
Станкин, 2007. - 215 с.
4. Учаев, П.Н. Кинематика привода с цепными муфтами / П.Н.Учаев, Н.Г.Лопоногов // Теория механизмов и
машин: респ. междувед. науч.-техн. сб. - Харьков: Вища школа, 1987. - № 42. - С. 75-77.
5. Учаев, П.Н. Силовой расчет цепных муфт / П.Н.Учаев, К.П.Учаева // Детали машин: респ. междувед.
науч.-техн. сб. - Киев: Техника, 1987. - №4. - С. 64-68.
6. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ 2006613694 Российская Федерация.
Система автоматизированных инженерных расчетов цепных муфт / Учаев П.Н., Емельянов С.Г., Сергеев
С.А.; заявитель и патентообладатель Кур. гос. техн. ун-т. - Зарег. в реестре прогр. для ЭВМ 24.10.06.
7. Учаев, П.Н. Сравнение КПД цепных муфт / П.Н.Учаев, С.Г.Емельянов, С.А.Сергеев // Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации: сб. материалов 4-й Междунар. науч.-техн. конф. - Курск: КурскГТУ, 2006. - С. 128-132.
Материал поступил в редколлегию 28.04.09.
73
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
УДК 621.798.43
С. Л. Эманов
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛАСТИЧНОЙ ОБВЯЗКИ С ПИРАМИДОЙ КИРПИЧА
Рассмотрена математическая модель взаимодействия эластичной обвязки с пирамидой кирпича, в которой
учтены смещение кирпича к центру пакета и проскальзывание обвязки по поверхности пакета. Приведены
некоторые результаты расчётов.
Ключевые слова: пакет кирпича, проскальзывание обвязки, изменение натяжения обвязки
Силикатный кирпич на строительные объекты доставляется в пакетированном виде.
Такой способ доставки является наиболее эффективным при условии сохранности пакетов
в пути следования. Анализ эксплуатации существующих средств пакетирования показал,
что ни одно из них не обеспечивает полной целостности пакета силикатного кирпича при
транспортировании. Динамические нагрузки, возникающие при движении автомобиля,
приводят к нарушению целостности пакета, что делает невозможным применение грузозахватных устройств при разгрузке кирпича.
Для пакетной перевозки силикатного кирпича автомобильным транспортом широко
применяется стандартное пакетирующее
устройство, изображённое на рис. 1 [1].
Данное устройство состоит из поддона 1,
имеющего деревянный настил с металлической окантовкой и строповочными
петлями, эластичной обвязки 2 и натяжного механизма с храповиком 3. Эластичная обвязка 2 во время погрузки и
транспортирования прижимает пирамиду
кирпича 4 к поддону 1 и удерживает пакет от разрушения.
Рассмотрим взаимодействие эластичной обвязки с пирамидой в месте её
изгиба на ребре кирпича в i-м ряду пакета (рис. 2). Для нахождения сил натяжения эластичной обвязки будем условно
считать пакет недеформируемым. Поскольку в месте контакта эластичной обвязки с пирамидой кирпича происходит
скольжение, соотношение сил натяжения
Рис. 1. Устройство для пакетной перевозки
силикатного кирпича
обвязки
определяется уравнением Эйлера для гибкой нити:
f р ⋅ϕ
Si = Si + 1e
,
где f p - коэффициент трения эластичной обвязки о кирпич; ϕ = α i − α i +1 (рад), α i и α i +1 - углы наклона участков эластичной обвязки.
Определим горизонтальную ( N iy ) и вертикальную
( N iz ) проекции сил S i и S i+1 на координатные оси Z,
Рис. 2. Схема силового взаимодействия
Y (рис. 2):
эластичной обвязки с пирамидой кирпича
74
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
N iy = Si +1 (cos α i +1 ) − Si (cos α i ),
N iz = Si +1 (sin α i +1 ) − Si (sin α i ).
Под действием горизонтальной силы N iy крайний кирпич пирамиды смещается к
центру пакета (при условии, что эта сила больше сил трения). Если смещение кирпича
произошло, то необходимо определить новые углы α i и α i+1 , а также натяжения обвязки на
участках. Таким образом можно определить углы наклона и натяжение участков эластичной обвязки при её натяжении.
Для каждого участка, между соседними изгибами, величина натяжения обвязки S i
постоянна. Удлинение на участке определяется по формуле
∆li = li
Si
,
EF
(1)
где l i - длина нерастянутого участка гибкого элемента; E F - жесткость гибкого элемента
при растяжении.
Согласно формуле (1), при увеличении силы натяжения на i-м участке на ΔS i эластичная обвязка удлинится на величину δ i .
δ i = (l i ΔS i ) / E F .
(2)
Из формулы (2) следует, что при уменьшении длины участка между изгибами эластичной обвязки на величину δ i натяжение уменьшится на величину
ΔS i = (E F δ i ) / l i (при условии δ i <Δl i ) .
(3)
Во время движения автомобиля на кирпич, находящийся в пакете, помимо статических сил действуют также инерционные силы, направленные вдоль трёх координатных
осей. Под действием силы N iу , передаваемой пирамиде кирпича эластичной обвязкой, и
инерционной силы F y происходит смещение отдельных кирпичей к центру пакета и устранение технологических зазоров между кирпичами горизонтального ряда. Это приводит
к изменению натяжения обвязки.
Рассмотрим, как изменится величина натяжения обвязки при смещении кирпичей к
центру пакета в одном из рядов пирамиды.
а)
б)
Рис. 3. Схемы расчёта длин участков пирамиды кирпича и удлинения эластичной обвязки на участках до смещения (а) и после смещения (б) ребра А на величину Δd i
Будем считать, что гибкий элемент закреплен в точках F и C (рис. 3а), а непрерывный процесс смещения кирпича и проскальзывания эластичной обвязки разобьём на две
составляющие. Пусть под действием горизонтальных сил только в i-м ряду кирпич сместился на величину Δd i , в результате чего ребро А крайнего кирпича переместилось из
точки А в точку А′ (рис. 3б). Расстояние от ребра А до точки В уменьшится на величину
75
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
|АА´|=Δd i , что приведет к уменьшению длины i+1-го участка (расстояние АF) пирамиды
кирпича на величину
δ i+1 = AB 2 + BF 2 − ( AB − ∆d i ) 2 + BF 2 .
При этом i-й участок увеличится на величину
δ i = CD 2 + DA 2 − (CD + ∆d i ) 2 + AD 2 .
Изменение длин участков эластичной обвязки приведет к изменению натяжений этих
участков. Согласно формуле (3), величины натяжений на этих участках до проскальзывания станут равны
(∆li + δ i ) EF
(∆li +1 + δ i +1 ) EF
, Si(+01) =
,
Si( 0 ) =
li +1
li
где Si( 0 ) и Si(+01) - натяжения на участках эластичной обвязки после смещения ребра А на
Δd i . Поскольку натяжение i-го участка увеличилось, а i+1-го - уменьшилось, то возможно
проскальзывание эластичной обвязки по ребру А при условии
Si( 0 ) > Si(+01)e
f pϕ ( 0 )
,
(4)
где ϕ = α − α .
Если проскальзывание произойдет, то изменится величина натяжения на участках:
(0 )
(0 )
i
(0 )
i +1
Si( I ) = Si(+I1)e
− f pϕ ( 0 )
.
Составим систему уравнений, позволяющую определить натяжения Si( I ) и Si(+I1) на
участках i и i+1 после перемещения ребра из точки А в точку А′ и проскальзывания эластичной обвязки по ребру (при условии δ i < Δl i ):
S i( I ) = S i(0 ) − ξE F / CA' ,
 ( I )
(0 )
S i +1 = S i +1 − ξE F / A' F ,
(5)
 (I )
(I ) − f ϕ
S i = S i +1 e
где ξ - величина проскальзывания эластичной обвязки.
Проведенные теоретические исследования позволили определить, как изменяются
натяжения участков эластичной обвязки при
различном количестве и величине уплотнённых зазоров в горизонтальном ряду пакета
кирпича. На рис. 4 приведена зависимость натяжений S i и S i+1 участков эластичной обвязки
от величины смещения Δd кирпича в i-м ряду и
жесткости при растяжении E F . Как видно из
графиков, смещение кирпича к центру пакета
приводит к изменению натяжений на участках
эластичной обвязки. Перелом на графиках указывает момент начала проскальзывания и падения натяжения на обоих участках эластичной обвязки. Дальнейшее смещение кирпича
приведёт к равенству натяжений на участках,
Рис. 4. Графики зависимости натяжений
эластичной обвязки от величины смещения
когда α i = α i+1 .
Δdi кирпича в i-м ряду:
Изменение величины натяжения на i-м и
- Si; - - - - - Si+1
i+1-м участках эластичной обвязки может нарушить условие (4) для i-1-го и i+2-го участков. Поэтому необходимо последовательно
пересчитать натяжения всех участков эластичной обвязки с использованием уравнений
(5), а затем вновь проверить отношение (4) для i-го и i+1-го участков пирамиды кирпича.
(0 )
p
76
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Если условие (4) выполняется, расчет прекращают. Таким образом, итерационное решение уравнений (5) позволяет определить натяжение на участках эластичной обвязки в зависимости от E F и количества уплотненных зазоров в горизонтальных рядах.
Для проведения численных расчётов разработана программа с применением системы
компьютерной математики Maple 9.
Расчёты выполнялись для одной ветви гибкой обвязки, состоящей из 5 участков
длиной l i (рис. 5), а точки крепления обвязки к поддону (С) и механизму натяжения (F)
cчитались неподвижными. При выполнении расчётов смещение кирпичей на величину Δd
осуществлялось последовательно в точках А, В и вновь А пирамиды кирпича. В этом случае величина смещения точки А в два раза больше, чем точки В. Результаты расчётов приведены на рис. 6.
В результате смещения точки А на 4мм (это соответствует двум технологическим зазорам) и смещения точки В на 2мм сила натяжения
эластичной обвязки на механизме натяжения (S 5 )
уменьшается на 27 % , а на четвёртом участке (S 4 ) - на
17 %.
Рис. 5. Схема участков ветви
эластичной обвязки
Рис. 6. Графики зависимости сил натяжения S i
участков эластичной обвязки от величины Δd
Ослабление натяжения обвязки приводит к образованию блоков кирпичей, уменьшению сил, удерживающих кирпич в пакете [2], и дальнейшему разрушению пакета кирпича.
Для устранения зазоров и повышения сохранности пакетов необходимо использовать при
погрузке грузозахватное устройство с механизмом уплотнения пакета силикатного кирпича [3].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ГОСТ 23421-79. Устройство для пакетной перевозки силикатного кирпича автомобильным транспортом.
Основные параметры и размеры. Технические требования.
2. Реутов, А.А. Влияние образования блока на сохранность транспортного пакета силикатного кирпича / А.
А. Реутов, С. Л. Эманов // Изв. ОрелГТУ. Серия «Строительство. Транспорт». - 2007. -№ 1. - С. 70-73.
3. Реутов, А. А. Расчёт параметров грузозахватного устройства с механизмом уплотнения пакетов силикатного кирпича / А. А. Реутов, С. Л. Эманов // Вестн. БГТУ.- 2008. - №1. - С.39-43.
Материал поступил в редколлегию18.02.09.
77
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
УДК 539.3
А.В. Сакало
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОФИЛЕЙ
ИЗНОШЕННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТЕЛ КАЧЕНИЯ
Предложен способ аппроксимации профилей поверхностей тел качения с использованием на их участках
полиномов 4-й степени со стыковкой по координатам граничных точек и первых производных от аппроксимирующих функций.
Ключевые слова: профиль поверхности, аппроксимирующая функция, полином.
При моделировании движения сложных механических систем и процессов изнашивания возникает необходимость решения контактных задач. В процессе эксплуатации тела
изнашиваются, и их поверхности приобретают сложные геометрические формы. Особо
актуальной проблемой является описание их профилей. Для замера координат точек профилей изношенных поверхностей используются приборы, не обеспечивающие достаточной точности измерений. Численные эксперименты показывают, что погрешность в задании координат точек контактирующих поверхностей порядка 2-3 мкм приводит к значительным погрешностям при решении контактной задачи в определении законов распределения давлений. На рис.1а представлены эпюры давлений в двухточечном контакте колеса
и рельса с изношенными поверхностями при задании координат точек поверхностей детерминированно по результатам измерения профилей. А на рис.1б представлено решение
этой задачи для профилей, полученных аппроксимацией экспериментальных данных полиномами. В первом случае давление представлено эпюрами, не характерными для контакта изношенных поверхностей, выглаженных в результате приработки.
Для сглаживания профилей используют аппроксимирующие функции, позволяющие
правильно представить закон изменения кривизны их участков в пределах потенциального контакта. В [1] для аппроксимации профиля изношенного локомотивного колеса использованы две функции: вида f ( x) = a + b /(c + dx) – на участке от круга катания до гребня и f ( x) = a0 + a1 x + a2 x 2 – на внешнем участке контура. В [2] контур разбивается на несколько участков и на каждом из них аппроксимируется кубическим сплайном.
В статье исследуется возможность применения в качестве аппроксимирующих
функций полиномов 2-5-й степени с различными условиями стыковки участков.
а)
б)
Рис. 1. Эпюры давлений в двухточечном контакте колеса и рельса с изношенными поверхностями:
а – координаты точек поверхностей заданы детерминированно по результатам измерения профилей;
б – координаты точек поверхностей получены аппроксимацией экспериментальных данных полиномами
78
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Получение информации о топологии изношенных поверхностей. Для получения
формы профилей изношенных колес и рельсов с них снимались гипсовые слепки с помощью приспособлений, показанных на рис.2 и 3. Приспособление, показанное на рис.2,
предназначено для снятия слепка поверхности вагонного колеса. Оно состоит из двух щек
(1, 2) и прокладок (3, 4) между ними, определяющих толщину снимаемого слепка. Контур
щеки воспроизводит профиль поверхности неизношенного колеса. Приспособление устанавливается на колесо, базируясь плоскостью А на его внутреннюю торцевую плоскость,
и фиксируется на нем с помощью винта 5. Раствор гипса или алебастра заливается в свободное пространство между щеками. Аналогично устроено приспособление для снятия
слепка поверхности рельса. На рельсе оно базируется по наклонным граням головки рельса. Приспособление, установленное на рельсе, показано на рис.3.
3
1
2
4
5
А
Рис. 2. Приспособление для снятия слепка поверхности колеса
Рис. 3. Установка приспособления на рельсе
Оцифровка координат точек профиля проводилась путём сканирования слепка с
высоким разрешением. На контуре слепка выбиралось начало координат: в точке, расположенной на круге катания колеса, и в точке, лежащей на оси симметрии неизношенного
рельса. Координата x отсчитывалась в поперечном относительно рельса направлении. С
использованием программы CorelDraw определялись координаты x i , y i точек (с точностью до трех знаков после запятой), расположенных с шагом 1 мм на контуре профиля.
С использованием шаблона измерен прокат более 200 колес полувагонов и вагоновцистерн. По значению проката они разделены на 5 групп: с прокатом 1, 2, 3, 4 и 5 мм. С
помощью слепков исследованы характерные для выделенных групп профили.
Исследованы также профили рельсов, уложенных в кривых радиусов 600 и 1000 м.
Сняты слепки наружного рельса на различных участках переходной кривой и кривой постоянного радиуса, где боковой износ составил 1,8; 5; 8,8; 12 и 14 мм.
Аппроксимация профиля полиномом 4-й степени. В качестве аппроксимирующей
функции в работе использован полином f ( x) = c0 + c1 x + c2 x 2 + c3 x 3 + c4 x 4 .
Для определения его коэффициентов воспользуемся методом наименьших квадратов
[3]. Он предполагает условие: коэффициенты должны быть определены так, чтобы сумма
квадратов разности детерминированно заданных значений ординат точек профиля yi и
значений функции f ( xi ) , где xi - абсцисса точки i, была минимальной:
n
Φ = ∑ [ yi − f ( xi , c0 , c1, c2, c3, c4 )]2 = min .
i =1
79
(1)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Это условие выполняется при равенстве нулю производных ∂Ф ∂ci = 0 . Получим
систему из пяти алгебраических уравнений с коэффициентами:
n
n
n
a 00 = n; a 01 = a10 = ∑ xi ; a 02 = a 20 = a11 = ∑ xi2 ; a 03 = a30 = a12 = a 21 = ∑ xi3 ;
i =0
i =0
n
i =0
n
n
a 04 = a 40 = a13 = a31 = a 22 = ∑ xi4 ; a14 = a 41 = a 23 = a32 = ∑ xi5 ; a 24 = a 42 = a33 = ∑ xi6 ; (2)
i =0
n
n
n
n
i =0
i =0
i =0
i =0
i =0
n
n
i =0
n
i =0
i =0
a34 = a43 = ∑ xi7 ; a44 = ∑ xi8 ; b0 = ∑ yi ; b1 = ∑ xi yi ; b2 = ∑ xi2 yi ; b3 = ∑ xi3 yi ; b4 = ∑ xi4 yi .
i =0
Из нее определяются коэффициенты аппроксимирующего полинома.
Аппроксимируемый профиль разбивается на участки. Присвоим номер 0 участку,
для которого определены коэффициенты полинома, и номер 1 – участку, для которого они
определяются. Обозначим x01 абсциссу точки, расположенной на стыке двух участков, и
f 0′ ( x01 ) – значение производной в ней. Пусть аппроксимирующие функции стыкуются на
границе по координатам граничной точки x01 , f 0 ( x01 ) и первой производной f 0′ ( x01 ) .
Уравнение полинома на участке представим в виде f1 ( x) = c10 + c11 x + c12 x 2 + c13 x 3 + c14 x 4 .
Первая производная от него равна f1′( x) = c11 + 2c12 x + 3c13 x 2 + 4c14 x 3 .
Из условий стыковки на границе участков
2
3
4
2
3
+ 4c14 x01
= f 0′ ( x01 )
c10 + c11 x01 + c12 x01
+ c13 x01
+ c14 x01
= f 0 ( x01 ) ; c11 + 2c12 x01 + 3c13 x01
получаем
2
3
4
2
3
c10 = f 0 ( x01 ) − x01 f 0′ ( x01 ) + x01
c12 + 2 x01
c13 − 3 x01
c14 ; c11 = f 0′ ( x01 ) − 2 x01c12 − 3 x01
c13 − 4 x01
c14 .
Построив минимизируемую функцию по аналогии с условием (1) и взяв производные по коэффициентам с 12 , с 13 и с 14 , получим систему из трех алгебраических уравнений
с коэффициентами:
n
n
3
2
a 00 = ∑ ( xi − x 01 ) 4 ; a 01 = a10 = ∑ (2 x 01
− 3 x 01
xi + xi3 )( xi − x 01 ) 2 ;
i =1
i =1
n
n
i =1
i =1
4
3
3
2
a02 = a20 = ∑ (3x01
xi + xi4 )( xi − x01 ) 2 ; a11 = ∑ (2 x01
xi + xi3 ) 2 ;
− 4 x01
− 3 x01
n
n
4
3
3
2
4
3
a12 = a21 = ∑ (3 x01
xi + xi4 )(2 x01
xi + xi3 ); a22 = ∑ (3 x01
− 4 x01
− 3 x01
xi + xi4 ) 2 ;
− 4 x01
i =1
i =1
n
b0 = ∑ [ f 0 ( x01 ) + ( xi − x01 ) f 0′ ( x01 ) − yi ]( xi − x01 ) 2 ;
(3)
i =1
n
2
3
− 3 x01
xi + xi3 );
b1 = ∑ [ f 0 ( x01 ) + ( xi − x01 ) f 0′ ( x01 ) − yi ](2 x01
i =1
n
4
3
b2 = ∑ [ f 0 ( x01 ) + ( xi − x01 ) f 0′ ( x01 ) − yi ](3 x01
xi + xi4 ).
− 4 x01
i =1
Алгоритм предполагает разбивку профиля на несколько участков и построение аппроксимирующего полинома для каждого из них. Коэффициенты полинома для начального участка определяются из решения системы из пяти уравнений с коэффициентами (2).
Для последовательно пристыковываемых к нему участков коэффициенты определяются из
решения системы из трех уравнений с коэффициентами (3).
Алгоритм использован для сглаживания профилей поверхностей изношенных колес
полувагонов и рельсов. Аппроксимированы профили колеса с прокатом 1 мм и рельса Р65
с боковым износом 1,8 мм.
80
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Структурная схема алгоритма сглаживания профиля поверхности контакта представлена на рис. 4. На первом этапе проводится разделение профиля на участки. Характер разделения существенно влияет на качество сглаживания. Лучшие результаты получаются,
если участки выбираются так, чтобы кривизна профиля не сильно менялась в пределах
участка. Число точек участка должно быть больше числа определяемых коэффициентов
функции: больше 5 для начального участка и больше 3 для стыкуемого. В противном случае аппроксимирующая функция превращается в интерполирующую, её график проходит
через заданные точки и сглаживания профиля не происходит.
Определяются коэффициенты аппроксимирующей функции для первого участка,
значение функции f 0 ( x01 ) и её первой производной f 0′ ( x01 ) в точке стыковки со следующим участком. Далее строится аппроксимирующая функция для следующего участка. Если угол его наклона больше 45º, уравнение аппроксимирующей функции представляется в
виде f(y). В связи с этим, если тангенс угла наклона в начале участка f 0′ ( x01 ) > 1 , в алгоритме предусмотрен переход к построению аппроксимирующей функции f(y). Эта операция выполняется для каждого последующего участка. С использованием аппроксимирующей функции для участка вычисляются ординаты точек профиля и заносятся в базу
данных.
Рис. 4. Структурная схема алгоритма сглаживания профиля поверхности
81
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Исследована возможность применения в качестве аппроксимирующих функций полиномов 2, 3 и 5-й степени с различными условиями стыковки участков. Если условия
стыковки таковы, что методом наименьших квадратов определяется лишь один коэффициент полинома, то аппроксимация получается неприемлемой. Такая ситуация возникает
при стыковке полиномов 2-й степени по координатам граничной точки и первой производной и полиномов 3-й степени, стыкуемых, кроме того, и по второй производной. Если
методом наименьших квадратов определяются два коэффициента, то получаемая при этом
система из двух уравнений не имеет решения.
Выбор в качестве аппроксимирующей функции полинома 4-й степени обусловлен
тем, что им могут быть представлены условия тесного контакта с несимметричным распределением давлений и двугорбостью эпюры давлений, характерными для контакта тел с
изношенными поверхностями. Задача хорошо решается, если методом наименьших квадратов определяются три коэффициента полинома. Это условие выполняется при стыковке
участков по координатам граничной точки и первой производной.
Полином 5-й степени позволяет провести стыковку и по второй производной, вследствие чего на границе участков нет ступенчатого изменения кривизны. Однако такая
функция более склонна к осцилляции, чем полином 4-й степени (рис.5).
y, мм
-20
-10
а)
5
0
y, мм
x, мм
10
20
30
-20
-10
5
0
-5
-5
-10
-10
-15
-15
б)
-20
-25
x, мм
10
20
30
-20
-25
Рис. 5. Аппроксимация детерминированно заданного профиля изношенного рельса полиномами:
а – 5-й степени; б – 4-й степени
Использование в качестве аппроксимирующей функции полинома 4-й степени позволяет решать контактные задачи для случаев несимметричного тесного контакта, характерного для тел с изношенными поверхностями. При надлежащем разделении профиля
поверхности на участки достигается достаточная для решения контактных задач точность
аппроксимации. С помощью предложенных аппроксимирующих функций составлены
таблицы координат точек профилей изношенных колёс и рельсов, которые могут быть использованы при решении контактных задач.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Царев, И.В. Исследование влияния геометрии профиля бандажа и характеристик упругодиссипативных
связей на горизонтальную динамику тепловоза: дис.... канд. техн. наук / И.В. Царёв.– Ворошиловград,
1982. –233с.
2. Шевченко, К.В. Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния железнодорожных колес для оценки их работоспособности: дис.... канд. техн. наук / К.В. Шевченко.– Брянск, 2001.
–145с.
3. Гутер, Р.С. Элементы численного анализа и математической обработки результатов опыта / Р.С. Гутер,
Б.В. Овчинский.– М.: Наука, 1970.– 432с.
Материал поступил в редколлегию 21.07.09.
82
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
УДК 629.4.027+620.178.16
Е.А. Федяева, А.А. Ольшевский
МОДЕЛИРОВАНИЕ ИЗНОСА ПЯТНИКОВОГО УЗЛА ГРУЗОВОГО ВАГОНА
Представлены методика и результаты компьютерного моделирования динамических нагрузок и износа пятникового узла грузового вагона на основе сочетания программных комплексов UM и DSMFem.
Ключевые слова: моделирование износа, пятниковый узел вагона, динамические нагрузки, контактные давления.
Одной из основных причин выхода в ремонт железнодорожных экипажей является
износ узлов трения. Замена или восстановление изношенных деталей связаны с большими
материальными затратами, поэтому исследования, направленные на оценку и определение
путей снижения износа, актуальны. Одним из ответственных и быстро изнашивающихся
узлов трения является пятниковый узел грузового вагона. Через него передаются значительные вертикальные нагрузки, а при движении вагона подпятник поворачивается относительно пятника, как при входе в кривые, так и при движении в прямых участках пути, за
счет виляния тележки; дополнительный эффект вносит также так называемая перевалка
кузова при его колебаниях относительно продольной оси пути. Наибольшая доля повреждений надрессорных балок тележек связана с износом поверхности подпятника и скользунов. Значительный износ наблюдается уже через 1-2 года эксплуатации [1;2]. Для разработки более долговечных конструкций необходима методика прогнозирования износа такого узла на стадии проектирования с использованием компьютерного моделирования.
Данная статья посвящена моделированию износа зеркала - горизонтальных поверхностей
пятника и подпятника.
При моделировании износа необходимо знать распределение контактных давлений.
Давления рассчитываются обычно на основе специальных алгоритмов, называемых быстрыми, которые могут быть встроены в программы моделирования движения, как, например, при решении задачи износа профилей колес [3]. Недостатком такого подхода является то, что быстрые алгоритмы, хорошо работающие для определения параметров эллиптического контакта, неприменимы при решении многих других контактных задач для тел
произвольной формы. В нашем случае близкий к эллиптическому контакт может наблюдаться только при перевалке кузова, при кромочном опирании пятника на подпятник. Однако, как показывают наблюдения, пятник изнашивается по всей окружности практически
равномерно, что свидетельствует о необходимости учета контактных давлений и при нормальном опирании. Поэтому здесь необходим другой подход.
Процесс изнашивания поверхностей пятника и подпятника зависит от многих факторов. Основными являются конструкция вагона, в том числе форма и износостойкость
контактирующих поверхностей, масса перевозимого груза, скорость движения, состояние
пути, количество и радиусы кривых. Совокупность этих факторов определяет зависящие
от времени динамические нагрузки в зоне контакта и взаимные перемещения точек контактирующих поверхностей. На величину износа влияют не сами нагрузки, а контактные
давления, которые определяются нагрузками, формой и положением тел.
Принципиальной сложностью решения задачи является необходимость сочетания
моделирования движения вагона, которое связано с численным решением нелинейных
дифференциальных уравнений для системы с большим числом степеней свободы, с точным (по возможности) решением контактной задачи. Быстрые алгоритмы решения контактной задачи для пятникового узла непригодны, а более точные методы трудоемки, и
внедрить их в процесс моделирования движения невозможно. Поэтому для моделирования износа были предложены следующая методика и алгоритм (рис. 1), разработанный на
83
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
основе сочетания отечественных программных комплексов (ПК) UM (www.umlab.ru) и
DSMFem (www.dsmsoft.ru). При этом приняты следующие основные допущения:
• износ поверхности пятника до определенного уровня не влияет на динамические
показатели вагона;
• при динамическом моделировании режимов движения учитываются статистические распределения только для массы вагона, скоростей движения и кривизны пути;
• движение вагона на достаточно коротком участке пути (порядка 40 км) включает в
себя все режимы движения, которые встречаются в эксплуатации;
• в качестве модели износа используется модель абразивного износа: U = KpS , где
U – линейный износ; К- коэффициент пропорциональности износа; p – удельное давление;
S - относительное смещение [3].
Статистическое распределение масс, скоростей, кривых
Моделирование движения в ПК UM
Цикл изнашивания
Расчет контактных давлений для набора сочетаний
нагрузок пятникового узла в ПК DSMFem
Цикл динамики
Интерполяция давлений по нагрузкам
Расчет относительных смещений
Накопление работы сил трения
Удаление материала
Рис. 1. Алгоритм расчета износа
Моделирование движения вагона и определение действующих динамических сил и
относительных смещений выполняется в ПК UM, при этом учитывается жесткость кузова
вагона (в том числе и крутильная) и движение вагона в составе. С учетом распределений
масс, скоростей и профиля пути сформировано 105 расчетных режимов движения вагона
на отрезках пути до 400 м каждый. В результате моделирования получены значения усилий взаимодействия и относительные смещения пятника и подпятника с шагом 0,005 с
для каждого расчетного режима движения.
Контактные давления рассчитываются на основе метода конечных элементов в ПК
DSMFem. Используется метод сил, который требует относительно небольших затрат времени на решение. Влияние сил трения на распределение контактных давлений не учиты84
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
вается, поскольку, как показали более точные расчеты с учетом трения, это влияние несущественно. При разработке конечноэлементной модели особое внимание было уделено
регулярности сетки на контактных поверхностях при обязательном совпадении узлов на
активной и пассивной поверхностях
контакта
(рис.2). Удаляемый слой
материала должен быть таким, чтобы изнашиваемые
точки не выходили из контакта на следующем шаге
(максимальный износ на шаге был принят равным 0,5
мкм).
Несмотря на существенное повышение скорости решения контактной
задачи благодаря применению метода сил, ее реРис. 2. Сетка на активной и пассивной поверхностях узла
шение на каждом шаге в
ходе моделирования процесса движения вызывает значительное увеличение времени расчета. Поэтому предварительно для очередного цикла изнашивания рассчитываются контактные давления на поверхности (более 1000 точек возможного контакта) от различных сочетаний нагрузок:
вертикальной (от 10 до 75 т) и моментов относительно продольной и поперечной осей (от
0 до предельного в условиях перевалки кузова) - всего более 100 сочетаний. В результате
формируется таблица, содержащая для каждого контактного узла его координаты на поверхности подпятника и давления от каждой из нагрузок.
Далее путем динамического моделирования движения для каждого интервала времени (шага интегрирования уравнений движения) определяются средняя вертикальная сила, средний момент, относительные смещения за шаг (вдоль пути, поперек пути и поворот). По этим данным на основе предварительно сформированной таблицы давлений интерполируется значение давлений для каждой точки контакта в текущий момент времени,
вычисляется полное относительное смещение точек контакта и приращение работы сил
трения в точке, связанной с контактным узлом (рис. 1). В результате получаем приращение работ сил трения за модельный отрезок пути по каждой контактной точке.
Затем на основе приращений работ удаляем слой металла с поверхностей пятника и
подпятника (изменяем координаты контактных узлов), в результате чего получаем новые
формы контактирующих поверхностей (коэффициент пропорциональности износа К определяется на основе статистических данных о среднем линейном износе зеркала за год).
С помощью разработанной методики рассчитаны контактные давления, износ и интенсивность износа пятникового узла грузового вагона для различных сочетаний динамических нагрузок и длины пробега вагона. В качестве примера на рис. 3, 4 приведены результаты расчета контактных давлений и износа пятникового узла грузового вагона на тележках модели 18-100. Расчет износа узла заканчивается, когда форма изнашиваемых поверхностей стабилизируется, что определяется по скорости изнашивания. В рассматриваемом случае это было достигнуто при общем износе 2,5 мм, разница в скоростях изнашивания в отдельных точках в этот момент оказалась менее 10 %.
Адекватность модели подтверждается тем, что результаты моделирования износа
хорошо согласуются с данными эксплуатации: форма пятника, полученная в процессе моделирования, близка к реальной. Максимальный износ наблюдается на внешней стороне
зеркала пятника, причем величина этого износа не противоречит результатам обработки
85
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
статистических данных по износу пятникового узла, полученных авторами в железнодорожном депо, согласно которым 100 тыс. км пробега соответствует 1 мм изношенного
материала.
I,
P,
Рис. 4. Результаты расчета износа пятника
(пройденный путь – 236000 км)
Рис. 3. Результаты расчета перераспределения контактных давлений (вертикальная сила - 60 т, опрокидывающий момент - 2 т⋅м, пройденный путь – 33106
В итоге можно сделать следующие выводы:
1. Разработана методика моделирования износа пятникового узла.
2. Разработана трибодинамическая модель износа зеркала пятника и подпятника на
основе сочетания программных комплексов UM и DSMFem.
3. Определены перераспределение контактных давлений и износ в узле «пятникподпятник» для различной длины пробега при варьировании загрузки и перевалки вагона.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
Блохин, Е.П. Расчет грузовых вагонов на прочность при ударах: учеб.пособие для вузов ж.-д. трансп./
Е.П. Блохин, И.Г. Барабас, Л.А. Манашкин [и др.].- М.: Транспорт, 1989. - 230с.
Азовский, А.П. Вагоны. Основы конструирования и экспертизы технических решений/ А.П. Азовский,
Е.В. Александров, В.В. Кобищанов, В.Н. Котуранов, В.П. Лозбинев, М.Н. Овечников, Б.Н. Покровский,
В.И. Светлов, А.А. Юхневский; под ред. В.Н. Котуранова. – М.: Маршрут, 2005. – 490с.
Захаров, С.М. Оценка эволюции профилей колес железнодорожного экипажа на основе применения
трибодинамической модели/ С.М. Захаров, И.Г. Горячева, Д.Ю. Погорелов, В.Н. Языков, И.А. Жаров,
Е.В. Торская, С.Н. Сошенков, Я.С. Прозоров// Тяжелое машиностроение. – 2007. - № 3. – С. 19-24.
Материал поступил в редколлегию 3.09.09.
86
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3 (23)
УДК 629.113
С.П.Шец
МОДЕЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ПАР ТРЕНИЯ КАЧЕНИЯ
С ПРОСКАЛЬЗЫВАНИЕМ ПРИ ГРАНИЧНОЙ СМАЗКЕ
Приведены описание экспериментальной установки, методика и результаты исследований проскальзывания
в парах трения качения при использовании различных смазочных материалов. Проанализированы результаты экспериментальных исследований, а также дана оценка эффективности их практического использования.
Ключевые слова: коэффициент проскальзывания; линейный контакт; смазочный материал; термическое
расширение; пара трения; коэффициент трения качения.
D
b
Износостойкость подшипников качения определяется целым рядом факторов, один
из которых – проскальзывание тел качения (шариков, роликов) относительно внутреннего,
наружного или обоих колец подшипника. Проскальзывание вызывает переход от трения
качения к трению скольжения со значительным повышением интенсивности изнашивания,
так как коэффициент трения скольжения намного выше коэффициента трения качения.
В реальном подшипнике качения проскальзывание возникает в случае заклинивания
контр тел, когда сцепление их с кольцами недостаточно для обеспечения трения качения.
К примеру, в шарикоподшипниках даже в процессе работы происходит постоянное дифференцированное проскальзывание вследствие нелинейного контакта контртела по желобу [1;2].
Для исследования механизма проскальзывания предложена модель в виде линейного
контакта двух дисков, прижатых друг к другу по
F M
A
c
касательным дугам.
1,6
Исследования объекта типа «подшипник каd
чения» реализованы по схеме испытаний предω2
ставленной на рис.1 [3;4].
A
ω1
Проскальзывание оценивалось отношением
B
частоты вращения n2 ведомого диска диаметром
A
D 2 к частоте вращения n1 ведущего диска диаMп 0,02
метром D 1 (при условии D1 ≈ D2 , а именно коэфРис.1. Схема испытаний
фициентом проскальзывания η = n2 n1 [4].
Для обеспечения рационального цикла триботехнических модельных испытаний узла трения качения с проскальзыванием предложена методика исследований и разработана
экспериментальная установка (рис.2), которая способна имитировать проскальзывание тел
качения относительно колец с применением смазочного материала при определенных значениях температурных, нагрузочных и частотных характеристик [4].
Принцип действия экспериментальной установки заключается в следующем. Вращение от приводного электродвигателя 1 передается на исследуемый редуктор 3 через промежуточный опорный узел 2. Частота вращения вала приводного электродвигателя определялась с помощью цифрового тахогенератора 6 (ТЦ-5). С этой целью к приводному
электродвигателю прикреплены индукционный датчик 7 и диск 8.
Частота вращения выходного вала редуктора определялась электронным тахометром
«Темп-4» с помощью индукционного датчика 10.
Тормозное устройство состоит из крыльчатки, посаженной на выходной вал в корпусе тормозного устройства, и втулки с пазами на внутренней поверхности.
При подаче масла в зазор между подвижной крыльчаткой и неподвижной втулкой
87
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3 (23)
возникает гидравлическое сопротивление на
выходном валу. Момент сопротивления от
крыльчатки передается на корпус тормозного
устройства, повороту которого противодействует тензобалка 11. Сигнал с тензобалки усиливается тензоусилителем 12 (ТА-5) и записывается на самопишущий милливольтметр
20 (КЦС2). Подача масла в тормозное устройство осуществляется при подъеме колбы 13,
масло из которой по закону сообщающихся
сосудов поступает в зазор между крыльчаткой
и втулкой.
В зависимости от степени заполнения
тормозного устройства изменяется момент
сопротивления на валу. Усилие прижатия
дисков в редукторе 3 обеспечивается нагружающим устройством, состоящим из штанги Рис.2. Схема экспериментальной установки: 1,
14 и груза 15, регулируется перемещением 17-электродвигатели; 2-подшипниковый узел;
3-трехпоточный двухступенчатый редуктор; 4груза по штанге.
тормозное гидравлическое устройство; 5- наНасосная станция 5 предназначена для сосная станция; 6-тахогенератор; 7, 10подачи испытуемой среды в зону контакта индукционные датчики; 8-диск; 9, 12, 20катков редуктора и состоит из балки 16, элек- измерительные приборы; 11-тензобалка; 13тродвигателя 17, шестеренчатого насоса 18 и колба; 14, 15-нагрузочные устройства; 16-бак;
18-шестеренчатый насос; 19-кнопка включения
кнопки включения 19.
Методика модельных испытаний заключалась в следующем:
1) экспериментальный смазочный материал наливался в бак 16 насосной станции 5;
2) нагрузочное устройство устанавливалось на контактные поверхности дисков с
усилием 200 Н;
3) включался приводной двигатель 17 насосной станции;
4) частота вращения вала приводного электродвигателя 1 устанавливалась равной
1000 мин-1;
5) тормозной момент на выходном валу плавно увеличивался (поднятием колбы 13)
до тех пор, пока не появлялось проскальзывание между ведущим и ведомым дисками редуктора.
Если не удавалось добиться проскальзывания дисков при максимальном моменте
тормозного устройства, то нагрузку на диски уменьшали на 1/3. После этого испытания
повторялись.
Экспериментальная установка позволяет манипулировать двумя переменными параметрами: тормозным моментом на выходном валу и нагрузкой на контактные поверхности
дисков. За критерий количественной оценки принимается величина тормозного момента,
при которой происходит проскальзывание между ведущим и ведомым дисками редуктора.
Описанная методика модельных испытаний дает возможность исследовать проскальзывание при использовании различных смазочных материалов, применяемых в подшипниковых узлах трения.
Модельные испытания пар трения качения с проскальзыванием при граничной смазке проводились со следующими исходными характеристиками:
– ведущий диск диаметром D 1 = 44,95мм из стали 45 (ГОСТ 1050-88) термически
обработан и отшлифован до уровня шероховатости 1,6;
– ведомый диск диаметром D 2 = 44,97мм из стали 45 (ГОСТ 1050-88) термически
88
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3 (23)
обработан и отшлифован до уровня шероховатости 1,6;
– частота вращения ведущего диска n 1 = 1000…1500 ± 3% мин-1;
– нагрузка на диски N=200…600 Н;
– момент сопротивления на валу M c = 0…15 Н∙м;
– испытуемые смазочные материалы: масло универсальное минеральное ТАД-17И
(ТМ-5-18) (ГОСТ 23652-79); масло индустриальное И-30А (И-Г-А-46) (ГОСТ 20799-88);
масло трансмиссионное ТАП-15В (ГОСТ 23652-79).
Испытания проводились при радиальных нагрузках 200 и 300Н при частоте вращения ведомого диска 1000 ± 3% мин-1. Длительность испытаний составляла 180 мин, путь
трения качения приблизительно составлял 25400 м, частоты вращения ведомого и ведущего дисков фиксировались через каждые 15 мин.
Результаты экспериментальных испытаний смазочных материалов в парах трения
качения представлены в таблице. По соотношению частот вращения ведомого и ведущего
дисков при нагрузках 200 и 300Н, моменте сопротивления на валу 5,7 Н∙м были рассчитаны средние значения коэффициентов проскальзывания, которые представлены графически
на рис.3.а,б в зависимости от времени испытаний.
Таблица
Результаты экспериментальных испытаний смазочных материалов в парах трения качения
с проскальзыванием
Показатель
Частота ведущего
диска n 1 , мин-1
Частота ведомого
диска n 2 , мин-1
Коэффициент проскальзывания, η
Частота ведущего
диска n 1 , мин-1
Частота ведомого
диска n 2 , мин-1
Коэффициент проскальзывания, η
Частота ведущего
диска n 1 , мин-1
Частота ведомого
диска n 2 , мин-1
Коэффициент проскальзывания, η
Частота ведущего
диска n 1 , мин-1
Частота ведомого
диска n 2 , мин-1
Коэффициент проскальзывания, η
Частота ведущего
диска n 1 , мин-1
Частота ведомого
диска n 2 , мин-1
Коэффициент проскальзывания, η
Время испытаний, мин
15
30
45
60
75
90
105
ТАД-17И (ТМ-5-18) при N = 200 Н
120
135
150
165
180
1002
998
1006
1001
1007
999
1003
1006
1001
998
1003
1004
841
825
811
804
806
797
795
793
791
787
788
784
0,839
0,826
0,806
0,803
0,800
0,797
0,792
0,788
0,790
0,788
0,785
0,780
И-30А (И-Г-А-46) при N = 200 Н
1010
1007
1004
989
1001
1009
996
1012
1003
1008
991
1003
891
855
841
831
836
839
819
832
823
819
804
803
0,882
0,849
0,837
0,840
0,835
0,831
0,822
0,822
0,820
0,812
0,811
0,800
ТАП-15В при N = 200 Н
1007
1014
1005
989
1002
1004
1001
1009
995
1000
1011
1008
906
880
856
839
846
844
834
841
828
826
827
823
0,899
0,867
0,851
0,848
0,844
0,840
0,833
0,833
0,832
0,826
0,818
0,816
ТАД-17И (ТМ-5-18) при N = 300 Н
1001
1008
1002
1004
998
1004
1009
1003
999
1002
1001
995
892
871
859
854
851
847
855
846
841
844
846
842
0,891
0,864
0,857
0,850
0,852
0,843
0,847
0,843
0,841
0,842
0,845
0,846
И-30А (И-Г-А-46) при N = 300 Н
1001
1004
997
994
1001
1005
1006
1001
993
1002
997
1007
918
887
882
875
878
879
881
877
863
869
864
872
0,917
0,883
0,884
0,880
0,877
0,874
0,875
0,876
0,869
0,867
0,866
0,865
89
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3 (23)
Показатель
Частота ведущего
диска n 1 , мин-1
Частота ведомого
диска n 2 , мин-1
Коэффициент проскальзывания, η
Время испытаний, мин
15
30
45
60
75
90
105
ТАП-15В при N = 300 Н
1004
1010
989
993
1003
1001
936
914
890
891
898
0,932
0,904
0,899
0,897
0,895
Окончание таблицы
120
135
150
165
180
1001
1009
997
1002
1002
1005
898
894
897
885
886
887
889
0,897
0,893
0,888
0,887
0,884
0,885
0,884
Испытания смазочных материалов (ТАД-17И, И-30А, ТАП1
15В), работающих как третье тело в
0,86
паре трения качения типа «диск –
0,84
диск», при нагрузках 200 и 300Н
0,82
показали лёгкий рост коэффициента
2
0,80
проскальзывания
в течение первых
3
0,78
35 – 40 мин (рис.3.а,б).
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
t, ч
а)
Такое явление может быть
η
объяснено тем, что на этом этапе
0,92
происходит процесс приработки,
1
0,90
сопровождающийся повышением
температуры, термическим расши0,88
рением и, как следствие, увеличе0,86
2
3
нием доли металлического контак0,84
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
t, ч та, приводящего к адгезии. При таб)
ких условиях работы коэффициент
Рис.3. Зависимости среднего значения коэффициента пропроскальзывания стремится в стоскальзывания η от времени испытаний t: а - N=200Н, Mc=5,7
Н∙м; б - N=300Н, Mc=5,7 Н∙м: 1 - ТАП-15В; 2 - И-30А (И-Г-А- рону чистого качения.
По окончании приработки
46); 2 - ТАД-17И (ТМ-5-18)
формируется равновесное состояние поверхностного слоя и стабилизируется режим работы.
Однако даже при стабильном режиме работы наблюдаются незначительные колебания коэффициента проскальзывания и снижение его в тренде. Это может быть объяснено
тем, что процесс трения становится менее интенсивным, температура стабилизируется, а
доля металлического контакта уменьшается. Кроме того, качество пары трения (диски из
стали 45, термически обработанные и отшлифованные) не позволяет поддерживать постоянно соответствующие плёнки смазки в контакте, что ведет к случайным разрывам плёнок
смазки. Поверхностный слой становится менее активным, и реакции адсорбции молекул
на поверхности металла замедляются.
При увеличении нагрузки с 200 до 300Н при неизменных условиях эксперимента
диапазон распределения коэффициента проскальзывания повышается с 0,78…0,90 до
0,84…0,93.
При таких условиях работы пары трения ужесточается процесс трения и изнашивания при скольжении. Однако это приводит к стабилизации сцепных свойств, которые нейтрализуют упомянутые негативные явления и переводят процесс в сторону чистого качения с уменьшением коэффициента трения. Дальнейшее значительное увеличение нагрузки
приводит к возникновению упругопластических деформаций, что снижает роль смазочного материала и вызывает явление заклинивания.
η
0,88
90
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3 (23)
С целью исследования возможности применения нетрадиционных смазочных материалов, таких, как магнитожидкостные смазки, при аналогичных условиях испытаний проведен эксперимент с использованием следующих смазочных материалов:
– магнитожидкостной смазки на основе кремнийорганической (силиконовой) жидкости ПЭС-5;
η
– ТАП-15В (ГОСТ 23652-79).
1
0,94
Результаты испытаний представлены на рис.4.
0,92
Очевидно, что при использо- 0,90
вании магнитной жидкости коэф- 0,88 2
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
фициент проскальзывания значиt, ч
тельно выше, чем при использова- Рис.4. Зависимости среднего значения коэффициента пронии ТАП-15В. Это явление объяс- скальзывания η от времени испытаний t: при N=300Н,
няется реологическим эффектом – Mc=5,7Н∙м: 1 - магнитный смазочный материал; 2 - ТАП-15В
способностью магнитной смазки концентрироваться в зоне контакта за счет входящих в ее
структуру ферромагнитных частиц наноуровня.
Кроме того, средняя температура, определенная с помощью термопары, дополнительно установленной в корпус вблизи пары трения, при использовании магнитной смазки достигла 57 0С, а при использовании исходной смазки ТАП-15В – 71 0С. Это свидетельствует о том, что в заданных условиях эксперимента магнитожидкостная смазка обладает лучшим теплоотводом, чем традиционный смазочный материал ТАП-15В.
Влияние скоростного режиη
ма на коэффициент проскальзыва- 0,87
ния в паре трения при аналогич- 0,86
ных условиях эксперимента было 0,85
определено изменением (повыше- 0,84
1
нием) частоты вращения ведущего 0,83
диска до 1500 мин-1. Результаты 0,82
2
испытаний для двух смазочных 0,81
материалов
представлены
на 0,80
t, ч
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
рис.5.
Рис.5.
Зависимости
среднего
значения
коэффициента
проОчевидно, что при увелическальзывания η от времени испытаний t при n=1500 мин-1,
нии частоты вращения ведущего N=300Н и M =5,7 Н∙м: 1 - ТАП-15В; 2 - И-30А (И-Г-А-46)
c
диска с 1000 до 1500 мин-1 период
роста коэффициента проскальзывания (приработки) сократился на 10…15% .
Такое явление объясняется тем, что при увеличении частоты вращения путь трения
остался в прежних пределах, и был пройден быстрее.
При работе в установившемся режиме (при равновесном состоянии поверхностного
слоя) наблюдается снижение величины и колебаний коэффициента проскальзывания в
сравнении с аналогичным испытанием (рис.3.б).
На основании проведенных испытаний установлено, что исследуемые смазочные материалы ТАД-17И, И-30А (И-Г-А-46), ТАП-15В в модельной паре трения качения типа
«диск – диск» при повышении нагрузки (нормально сжимающей силы) с 200 до 300Н
снижают коэффициент проскальзывания на 2…3%, однако температура при этом повышается. Следовательно, можно предположить, что в реальном подшипнике качения при рабочей температуре и нормальной нагрузке износ будет иметь оптимальную величину
(этап эксплуатации), так как процесс трения будет стремиться перейти в сторону чистого
качения с понижением потерь энергии на трение. Это объясняется тем, что коэффициент
граничного трения скольжения обычно выше коэффициента трения качения.
91
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3 (23)
Проведенные испытания нетрадиционного магнитного смазочного материала на основе ПЭС–5 в сравнении с маслом ТАП-15В при одинаковых условиях эксперимента показали, что магнитная смазка обладает более высоким значением коэффициента проскальзывания при пониженной температуре. Поэтому следует предположить, что магнитные смазочные материалы могут быть эффективно использованы в подшипниках качения при оптимальных условиях эксплуатации, характерных для магнитных смазок.
Исследования влияния повышения скоростного режима (частоты вращения ведущего диска) с 1000 до 1500 мин-1 показали снижение коэффициента проскальзывания на
4…5% как при использовании смазочного материала И-30А (И-Г-А-46), так и при использовании ТАП-15В. Такое явление объясняется тем, что при повышении частоты вращения
смазочная пленка более интенсивно захватывается в зону трения, что свойственно гидродинамическому трению (клиновой эффект), и возникает проскальзывание. Поэтому совершенно очевидно, что при высоких частотах вращения в реальных подшипниках качения контртела будут проскальзывать относительно колец, что приведет к повышению
температуры, объемному расширению, заклиниванию и разрушению подшипника. Для
исключения этого явления при высоких частотах вращения рекомендуется применение
гидродинамических подшипников скольжения, способных работать с разделением поверхностей трения смазочным материалом и обеспечивать хороший теплоотвод.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Орлов, А.В. Влияние на долговечность шарикоподшипника сил трения, вызванных дифференциальным
проскальзыванием/ А.В. Орлов // Вестник машиностроения. – 2006. – 1. – С. 41 – 45.
2. Горячева, И.Г. Влияние относительного проскальзывания и свойств поверхностного слоя на напряженное состояние упругих тел при трении качения/ И.Г. Горячева, С.М.Захаров, Е.В. Торская // Трение и износ. – 2003. – 1. – С. 5 – 15.
3. Шец, С.П. Испытание трибосопряжений в модельных узлах трения/ С.П. Шец, А.О. Горленко
//Менеджмент качества продукции и услуг: материалы Междунар. науч. –техн. конф. (5 – 6 апр. 2007 г.,
г.Брянск) / под ред. О.А. Горленко, Ю.П. Симоненкова. – Брянск: БГТУ, 2007. – С. 125 – 127.
4. Шец, С.П. Сцепляющие свойства жидкости-носителя – фактор повышения долговечности подшипников
качения/ С.П. Шец, А.М. Баусов // Надёжность и ремонт машин: сб. науч. тр. МГАУ. – М., 1994. – С. 30 –
33.
92
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
УДК 629.45/46.001.5
Ф.Ю.Лозбинев
ОЦЕНКА ЖИВУЧЕСТИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
В НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЯХ КУЗОВОВ ВАГОНОВ
Изложен вариант методики оценки живучести сварных соединений в несущих конструкциях кузовов вагонов. Приведены характеристики трещиностойкости некоторых конструкционных сталей. Показаны особенности оценки живучести при наличии начальных технологических трещин. Предложен способ повышения
живучести на стадии проектирования.
Ключевые слова: усталостные трещины, живучесть, повреждающие циклы напряжений, коэффициент интенсивности напряжений, начальные технологические трещины, механика разрушения.
В процессе оптимизационных расчетов несущих конструкций кузовов вагонов выполнение ограничений по сопротивлению усталости исключает возможность появления
усталостных трещин. В момент, когда суммарное количество повреждающих циклов нагружения превысит определенный уровень (предельное число циклов по усталости), в
элементах конструкции возникают усталостные трещины. Cтадию развития трещины до
критического размера, при достижении которого происходит разрушение, называют живучестью.
В элементах конструкции могут существовать начальные микротрещины, обусловленные дефектами материала, процессом изготовления конструкции, а также термической
обработкой или сваркой несущих элементов. Объясняется это явление тем, что поликристаллическая решетка металла практически всегда имеет дефекты (вакансии, дислокации,
различные включения и т.п.), возникающие во время заливки и затвердевания металла.
Некоторые из дефектов уже в этот момент могут иметь форму трещины микроскопических размеров. При деформировании кристаллической решетки вершина микротрещины
(или зона вакансии) является концентратором. В зоне концентратора имеются начальные
остаточные напряжения.
В момент приложения нагрузок напряжения от них в зоне концентратора суммируются с остаточными и в результате могут превысить предел текучести материала. В этом
случае в такой зоне происходит пластическое течение. Вершина микротрещины (концентратор) может переместиться по сечению в другую зону.
В новом месте сечения, куда переместился концентратор, геометрические характеристики (моменты сопротивления изгибу) являются иными (в сравнении со старым местом расположения концентратора). При повторном действии нагрузки напряжения в зоне
концентратора могут превышать предел текучести. В этом случае процесс пластического
течения продолжается. Если напряжения превысят предел прочности, произойдет разрушение кристаллической решетки металла в зоне дефекта. Размер такого разрушения может оказаться весьма малым, однако размер зоны дефекта (длина микротрещины) увеличится. В вершине удлинившейся микротрещины появится новый концентратор.
При переменных нагрузках описанный процесс пластического течения будет происходить и дальше, в результате чего микротрещина, увеличив свои размеры, может оказаться на поверхности металла. С этого момента начинается стадия развития трещины
(стадия живучести), которая продолжается до момента разрушения несущего элемента.
Наличие трещины в несущем элементе еще не означает потерю работоспособности
конструкции. Конструкция с дефектом может эксплуатироваться определенное время. В
некоторых случаях [1] это время соизмеримо с периодом образования трещины или даже
превышает данный период.
93
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Стадия развития трещины (стадия живучести) является многоэтапной. При решении
инженерных задач ограничиваются, как правило, двумя этапами.
Классическая диаграмма зарождения и роста усталостной трещины [1; 2] представлена на рис. 1.
На диаграмме представлены следующие величины, соответствующие
стадиям и этапам зарождения и роста
усталостной трещины:
Nпр - безопасное число циклов до
появления усталостной трещины (с заданным коэффициентом запаса);
Nпр* - реальное число циклов до
появления усталостной трещины; характеризуется кривой усталости, которую для сварных несущих конструкций
Рис. 1. Диаграмма зарождения и роста усталостной
определяют по результатам испытаний
трещины: N - количество циклов нагружения
конструкции; l - длина трещины
(стадия накопления усталостных повреждений до появления трещины);
N кт - число циклов на этапе начального сдвигового разрушения (этап «коротких
трещин»), выделенном впервые П.Форсайтом; к концу этапа размеры трещин составляют
0,2...1 мм [2];
N дт - число циклов на этапе развития трещины от начального размера l 0 до критического размера l кр (этап «длинных трещин»), после которого происходит ее лавинообразный рост, приводящий к разрушению несущего элемента.
Два последних этапа - это и есть стадия живучести, циклическая долговечность N ж
на которой зависит от скорости роста трещины.
Параметры диаграммы роста усталостной трещины зависят от физико-механических
характеристик конструкционного материала, параметров цикла нагружения, частоты воздействия эксплуатационных нагрузок, влияния окружающей температуры и агрессивности среды. Чем шире спектр эксплуатационных нагрузок, тем выше скорость роста трещины.
В основе определения циклической трещиностойкости лежит экспериментально устанавливаемая корреляционная зависимость между скоростью роста усталостной трещины и коэффициентом интенсивности напряжений. Понятие коэффициента интенсивности
напряжений в исследование вопросов оценки живучести конструкций впервые ввел
Дж.Ирвин. Диаграмма циклической трещиностойкости [1; 2], представленная на рис. 2,
имеет три характерных параметра: пороговое значение коэффициента интенсивности напряжений К th , ниже которого трещина не развивается или растет очень медленно (со скоростью ≤ 10-10 м/цикл); критическое значение K fc , при достижении которого трещина распространяется лавинообразно; логарифмически-линейный участок, играющий основную
роль при расчете долговечности на стадии живучести. Критическое значение коэффициента интенсивности напряжений K fc в ряде работ называют циклической вязкостью.
Начальные остаточные напряжения сжатия в зоне трещины при изготовлении или
ремонте несущего элемента позволяют в несколько раз увеличить живучесть конструкции
[1]. И наоборот, остаточные напряжения растяжения в зоне вершины трещины способствуют увеличению скорости ее роста. На скорость роста трещин влияют также характеристики окружающей среды (в первую очередь - температурные колебания) и коррозионный
износ несущих элементов. Следует отметить, что закономерности развития коротких трещин существенно отличаются от закономерностей развития длинных трещин [3]. В тече94
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
ние длительного времени этот этап считали переходным и относили к стадии зарождения
трещины, и только в последнее время он стал объектом самостоятельного изучения.
Как показали результаты исследований [3], использование коэффициента интенсивности напряжений в качестве
параметра разрушения для этапа «коротких трещин» является некорректным, поскольку существует различие между
скоростями роста короткой и длинной трещин.
Авторами справочного пособия [3] выявлено, что
оценка коэффициента интенсивности напряжений с целью
определения границ его корректного применения для анализа скорости роста короткой трещины представляет весьма трудную задачу.
Рис.2. Диаграмма
В данной статье для исследования этого процесса расциклической
сматриваются три случая диаграммы зарождения и роста
трещиностойкости
усталостных трещин (рис. 3).
Для каждой рассматриваемой зоны сварных соединений эти случаи определяются в
зависимости от того, какие циклы изменения напряжений являются повреждающими:
- циклы изменения напряжений, вызванные всеми рассматриваемыми нагрузками
(рис. 3 а);
- циклы изменения напряжений от продольных нагрузок, абсолютная величина которых больше 1,0 МН (рис. 3 б);
- циклы изменения напряжений от продольных нагрузок, абсолютная величина которых больше 2,5 МН (рис. 3 в).
При решении данной задачи
принято следующее ограничение:
этап начального сдвигового разрушения (этап «коротких трещин») в
сварных соединениях элементов
кузова вагона вследствие большой
трудоемкости его оценки отнесен,
как и при традиционном подходе, к
стадии зарождения трещин.
а)
Для учета стадии живучести в
процессе оптимального проектирования несущей конструкции кузова
вагона разработан следующий алгоритм на основе силового критерия
квазихрупкого разрушения.
1. Вводится допущение, что в
обшивке (или в отдельных, наибоб)
лее нагруженных стержневых несущих элементах) появилась начальная трещина такой длины, при которой возможен ее рост от циклических нагрузок, действующих на вагон в эксплуатации.
2. Выполняется расчет кузова
в)
по МКЭ на такие же нагрузки, как
при ограничениях по сопротивлеРис. 3. Диаграммы зарождения и роста усталостных трещин
нию усталости.
в сварных соединениях несущих элементов кузова вагона
95
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
3. Для каждой контрольной точки вычисляются следующие величины номинальных напряжений:
3.1. Напряжения, вызванные вертикальными колебаниями кузова в процессе движения вагона в заданных интервалах скоростей:
σ р1i = 1,3 σ ст бр i ,
где σ ст бр i - напряжения от статической нагрузки брутто.
3.2. Напряжения, возникающие в рассматриваемой точке в момент движения вагона с максимальной скоростью при действии продольных сил, равных по величине ±1,0
МН :
σ р2i = σ ст бр i + σ ±1,0МН .
3.3. Напряжения, возникающие в рассматриваемой точке в момент трогания вагона
с места при действии продольных сил, равных по величине ±2,5 МН :
σ р3i = σ ст бр i + σ ±2,5МН .
(1)
4. Рассчитываются значения длины трещины l 0 , l 250 , l 100 и l кр , определяющие границы этапов стадии живучести (рис. 3):
- для обшивки [2]:
K th 2
li
=

,
0
(2)
f 2 σ -1 2 π
K th 2
l i 250 =  ,
f 2 σ р3i 2 π
K th 2
l i 100 =  ,
f 2 σ р2i 2 π
li
(3)
кр
K fc 2
=

f 2 [σ] 2 π
- для стержневых элементов [2]:
K th 2
l i 0 =  ,
πσ -1 2 (f 2 + 1,24ε3/2) 2
K th 2
96
+
r pc
;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
l i 250 =  ,
πσ p3i 2 (f 2 + 1,24ε3/2) 2
K th 2
l i 100 =  ,
πσ p2i 2 (f 2 + 1,24ε3/2) 2
K fc 2
li
(4)
кр

=
+
r pc
.
π[σ]2 (f 2 + 1,24ε3/2) 2
Здесь K fc - предельное значение коэффициента интенсивности напряжений (задается для
каждого материала из справочных данных); σ -1 - предел выносливости материала несущего элемента; f - поправочная функция (для краевой трещины в обшивке f =1,12; для
внутренней трещины f = 1,0 [2]); [σ] - допускаемые напряжения третьего расчетного режима «Норм для расчета на прочность и проектирования механической части новых и модернизированных вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных)» (далее
по тексту «Нормы …»); r pc - поправка Ирвина на пластическую деформацию в окрестности вершины трещины, которая при использовании силового критерия квазихрупкого разрушения зависит от предельного коэффициента интенсивности напряжений K fc , предела
текучести материала несущего элемента σ т и определяется следующим образом [2]:
- для плоской деформации:
K fc 2
r pc =  ;
(5)
2
6π σ т
- для плоского напряженного состояния:
K fc 2
r pc =  .
(6)
2π σ т 2
5. Определяется величина порогового значения напряжений растяжения, ниже которого циклы эксплуатационных нагрузок не являются повреждающими:
- для обшивки [2]:
K th
σ рп =  ;
f √ π l0
- для стержневых элементов [2]:
K th
σ рп =  ,
f + 1,24 ε3/2 √ π l 0
97
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
где K th - пороговое значение коэффициента интенсивности напряжений (задается для каждого материала из справочных данных); f - поправочная функция; l 0 - длина начальной
трещины; ε зависит от длины контура поперечного сечения балки S конт и вычисляется по
формуле ε = l 0 / S конт .
6. Значения номинальных напряжений σ р1i , σ р2i и σ р3i сравниваются с величиной
порогового значения напряжений σ рп . Возможны следующие случаи:
6.1. Если σ р1i ≥ σ рп , то все циклы являются повреждающими и их общее число рассчитывается в соответствии с диаграммой, представленной на рис. 3 а.
6.2. Если σ р2i ≥ σ рп , то повреждающими вначале являются циклы всех продольных
сил, равных ±1,0 МН и выше, затем - все циклы. В этом случае их общее число рассчитывается в соответствии с диаграммой, представленной на рис. 3 б.
6.3. Если σ р3i ≥ σ рп , то повреждающими вначале являются циклы всех продольных
сил, равных ±2,5 МН и выше, после этого - циклы всех продольных сил, равных ±1,0 МН
и выше, а затем - все циклы. В этом случае общее число циклов рассчитывается в соответствии с диаграммой, представленной на рис. 3 в.
6.4. Если ни одно из неравенств не выполняется, то в рассматриваемой точке длина
трещины увеличиваться не будет.
7. Для несущих элементов, у которых трещина может увеличивать свою длину, определяется число циклов N i ж , вызывающих рост трещины от начальной длины l i1 до
предельно допустимой длины l i2 :
- для обшивки [2; 4]:
l i2
l i2
⌠ 7 K* (1 - R) n
107 [K* (1 - R)] n ⌠ dl
 =
N i ж = 10  dl = 
⌡
2σ э i √ πl f
(2σ э i )2 πn/2 f n ⌡ ln/2
l i1
l i1
2.107 [K* (1 - R)] n
1
= 
f n πn/2 (2-n) (2σ э i )n
1
 - 
l i2 (n-2)/2
l i1 (n-2)/2
;
- для стержневых несущих элементов [3; 4]:
l i2
⌠ 7
K*(1 - R
N i ж =10 
⌡
2σ э i √ πl (f +ε3/2)
l i1
2.107 [K* (1 - R)] n
= 
(f +ε3/2)n πn/2 (2-n)(2σ э i )n
n
dl =
1
1

- 
(n-2)/2
(n-2)/2
l i2
.
(7)
l i1
Здесь n - степенной показатель в уравнении Пэриса (тангенс угла наклона логарифмически-линейного участка к оси абсцисс на рис. 2), который зависит от материала и определяется по справочным данным; K* - размах коэффициента интенсивности напряжений
(соответствует скорости развития трещины V = 10-7 м/цикл, зависит от материала и опре98
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
деляется по справочным данным); R - коэффициент асимметрии цикла напряжений; f - поправочная функция для определения коэффициента интенсивности напряжений; σ эi - амплитуда напряжения симметричного цикла, эквивалентного совокупности повреждающих
эксплуатационных нагрузок (определяется для каждого этапа стадии живучести, представленного на рис. 3).
В табл. 1 приведены значения К th , К fc , n и K* для ряда конструкционных сталей,
применяемых для изготовления несущих элементов кузовов вагонов [3].
Таблица 1
Характеристики трещиностойкости некоторых конструкционных сталей
Марка стали
К th , МПа м1/2
К fc , МПа м1/2
n
K*, МПа∙м1/2
Ст 3, сталь 20
8,68
39,68
2,41
15,50
09Г2Д, 09Г2С
9,30
58,90
2,84
24,80
15ХСНД, 10ХНДП,
10ХСНД
12,40
68,20
2,884
27,90
16Д,16Г2АФ
10,85
60,49
2,84
24,80
5Гпс
12,00
71,00
2,88
24,80
При расчете количества циклов на этапах стадии живучести (N 1 , N 100 и N 250 ), приведенных на диаграммах (рис. 3), в расчетные формулы (1) и (2) подставляются значения l i1 ,
l i2 и σ эi , соответствующие каждому из этапов (табл. 2).
Таблица 2
Принцип определения изменяющихся параметров при расчете количества циклов
на этапах стадии живучести
Количество циклов
Параметр
N1
N 100
N 250
а
б
в
а
б
в
а
б
в
l i1
l0
l 100
l 100
l0
l 250
l0
l i2
l кр
l кр
l кр
l 100
l 100
l 250
σ эi
0,3σ ст бр i
0,75σ ±1,0МН
1,35σ ±2,5МН
Следует отметить, что область применения приведенных формул линейной механики разрушения для оценки живучести конструкций ограничена двумя основными условиями:
- критические номинальные напряжения σ ном в рассматриваемой зоне не должны
превышать величины, составляющей восемьдесят процентов от предела текучести материала σ т несущего элемента:
σ ном
≤
0,8
σт
;
(8)
- размер пластической зоны r pc (поправка Ирвина), определяемый по формулам (5) и
(6), не должен превышать двадцати процентов от длины трещины l fc (первые слагаемые в
формулах (3) и (4) :
r pc
≤
0,2
l fc
.
(9)
99
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
При невыполнении условий (8) и (9) для оценки живучести конструкции линейная
механика разрушения становится неприемлемой, требуется применение методов нелинейной механики разрушения.
В качестве основных критериев разрушения в нелинейной механике рассматриваются следующие:
- энергетический критерий на основе инвариантного J-интеграла;
- деформационный критерий раскрытия трещины в вершине;
- деформационный критерий на основе коэффициента интенсивности упругопластических деформаций.
Однако, как указывается в ряде работ, при полномасштабной текучести (когда критические номинальные напряжения равны пределу текучести материала или превышают
его) теоретические соотношения между параметрами нелинейной механики разрушения
пока еще не установлены.
8. Для рассматриваемых точек определяется время развития трещин от начальной до
предельно допустимой длины - время стадии живучести (в годах).
Для случаев, представленных на рис. 3:
N1 i
а) Т ж i =  ;
N 250 г + N 100 г + N 1 г
N 100 i
N1 i
б) Т ж i =  +  ;
N 100 г +N 1 г
N 250 г +N 100 г +N 1 г
N 250 i
N 100 i
N1 i
в) Т ж i =  +  +  .
N 250 г
N 100 г +N 1 г
N 250 г +N 100 г +N 1 г
Здесь N 250 г - количество циклов напряжений в несущих элементах, вызванных продольными усилиями, равными ±2,5 МН и выше, за один год эксплуатации вагона; N 100 г - количество циклов напряжений в несущих элементах, вызванных продольными усилиями,
равными ±1,0 МН и выше, за один год эксплуатации; N 1 г - количество циклов напряжений в несущих элементах, вызванных вертикальными колебаниями кузова в процессе
движения вагона, за один год эксплуатации.
9. Для каждой контрольной точки вычисляется суммарное время эксплуатации Т Σ i с
момента начала накопления усталостных повреждений до разрушения несущего элемента:
N пр *
Т Σ i =  + Т ж i ,
Nпг
где N пр * - предельное количество циклов нагружения на стадии накопления усталостных
повреждений при условии Z p =1; N п г - количество повреждающих циклов в несущих
элементах на стадии накопления усталостных повреждений за один год эксплуатации вагона.
10. Проверяется выполнение ограничений по усталостной долговечности с учетом
стадии живучести:
100
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
(min Т Σ i ) - f з ≥ T мр ,
где f з - штрафная поправка, которая определяет запас времени, гарантирующий, что трещина не достигнет предельной длины (ее величина, например, может быть задана равной
удвоенному времени между следующими один за другим плановыми техническими осмотрами вагона); T мр - заданная величина межремонтного срока (время до первого деповского ремонта).
Отдельного исследования требует оценка живучести элементов несущей конструкции кузова при наличии в зонах их соединения начальных технологических трещин.
Изложенную методику можно с некоторыми отличиями использовать для решения
и этой задачи.
Существует два основных отличия:
- в процессе зарождения и развития технологической трещины стадия накопления
усталостных повреждений отсутствует, т.е. Т Σ i = Т ж i (этот факт, однако, следует считать
справедливым лишь до первого ремонта рассматриваемой зоны, после которого в ней
начнется накопление усталостных повреждений, а затем развитие новой трещины);
- начальная длина технологической трещины l 0 может быть задана исходя из практического опыта (например, 1,5 мм) или определена другим способом.
Автором настоящей статьи рассчитана на живучесть конструкция кузова крытого
грузового вагона в предположении о наличии в сварных соединениях несущих элементов
начальных технологических трещин. Анализ результатов расчетов показал, что для ряда
сварных швов в зонах соединения поперечных балок с нижней обвязкой рамы и с хребтовой балкой время развития трещин до предельно допустимых размеров составляет 0,3 ...
0,7 года. Эти результаты в достаточной степени соответствуют приведенным в ряде работ
данным обследований вагонов, поступающих в отцепочный ремонт. Большинству выявленных недолговечных зон соответствует расчетный случай, представленный на рис. 3 а.
Для этих зон начальными повреждающими циклами являются все циклы эксплуатационных нагрузок, в первую очередь циклы изменения напряжений, вызванные вертикальными колебаниями кузова в процессе движения в заданных интервалах скоростей. Долговечность соединений элементов, для которых расчет выполняется в соответствии с другими
расчетными случаями (рис. 3), значительно больше и существенно превышает величину
заданного межремонтного срока, а для некоторых соединений - даже величину нормативного срока службы вагона. Для таких зон начальными повреждающими циклами являются циклы изменения напряжений от продольных нагрузок, абсолютная величина которых больше 1,0 МН (рис. 3 б), или, что значительно реже, циклы изменения напряжений
от продольных нагрузок, абсолютная величина которых больше 2,5 МН (рис. 3 в).
Профессором В.П.Лозбиневым совместно с автором настоящей статьи предложен
новый подход к процессу оптимального проектирования сечений несущих элементов с
учетом живучести сварных соединений [5]. Главной целью при использовании этого подхода является вывод напряжений в сечениях несущих элементов на такой уровень, чтобы
циклы вертикальных колебаний в критических зонах не являлись повреждающими. При
таком искусственном отсечении циклов вертикальных колебаний живучесть соединений
несущих элементов кузова будет рассчитываться в соответствии с расчетными случаями,
представленными на рис. 3 б,в. В результате количество ремонтов несущих элементов,
вызванных наличием в них трещин, существенно сократится, что приведет к уменьшению
количества отцепочных ремонтов вагона по указанной причине и, следовательно, к снижению ремонтных затрат. Однако при этом металлоемкость несущих элементов кузова
может несколько увеличиться. Что является более предпочтительным с точки зрения минимума суммы затрат на создание, эксплуатацию и ремонты кузова - определяется в каждом конкретном случае оптимизационными расчетами конкретных объектов.
101
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Для определения требуемого уровня напряжений в сечении, который обеспечит отсечение циклов вертикальных колебаний (не позволит указанным циклам стать повреждающими), разработан следующий алгоритм (алгоритм повышения живучести несущих
элементов).
1. В процессе анализа живучести соединений несущих элементов для каждой рассматриваемой зоны из формулы (7) определяется максимальная длина, до которой можно
допустить развитие трещины к концу заданного межремонтного срока T мр (за время до
первого деповского ремонта):
T мр N р год (f +ε3/2)n πn/2 (2-n) (2σ э i )n
l max =  + l 0 2/(n-2)
2.107 [K* (1 - R)] n
(n-2)/2
,
где N р год ≈ 14700 - годовое количество циклов продольных сил, величины которых равны
1,0 МН и выше; σ эi = 0,75σ ±1,0МН - амплитуда напряжений стационарного цикла, соответствующего циклам продольных сил, величины которых составляют 1,0 МН и выше; l 0 начальная длина технологической трещины. Значения остальных параметров - те же, что и
в формуле (7). Значение параметра ε для несущей обшивки равно нулю.
2. Для каждой рассматриваемой зоны определяются значения повреждающих напряжений [3]:
- для обшивки:
K th
σ повр =  ;
f √ π l max
- для стержневых элементов:
K th
σ повр =  ,
f + 1,24 ε3/2 √ π l max
где K th - пороговое значение коэффициента интенсивности напряжений; f - поправочная
функция; ε зависит от длины контура поперечного сечения балки S конт и вычисляется по
формуле ε = l 0 / S конт .
3. Для рассматриваемого сечения определяется коэффициент запаса прочности по
третьему режиму «Норм ...» n п III и коэффициент запаса трещиностойкости n тс :
[σ] III
nп
III
σ повр
n тс =  ,
σ III р
=  ;
σ III р
где [σ] III - допускаемые напряжения по третьему режиму «Норм ...»; σ III р - максимальные напряжения растяжения в рассматриваемой зоне по третьему режиму «Норм ...» без
учета действия продольных сил.
4. Сравниваются значения коэффициентов запаса прочности и трещиностойкости:
102
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
- если n п < n тс , то напряжения в рассматриваемом сечении выводятся на уровень
допускаемых напряжений расчетного режима «Норм ...», для которого коэффициент запаса прочности является минимальным;
III
- если n п ≥ n тс , то напряжения в рассматриваемом сечении выводятся на уровень
допускаемых повреждающих напряжений, которые определяются следующим образом:
III
[σ повр] = σ ст бр (1+ k дв III + k бок ) ,
где
III
σ ст бр - напряжения в рассматриваемом сечении от статической нагрузки брутто;
k дв - коэффициент вертикальной динамики для элементов кузова по третьему расчетному режиму «Норм ...»; k бок - коэффициент, учитывающий влияние боковых усилий на ку-
зов в процессе движения вагона.
Во втором случае максимальные напряжения в сечении корректируются с использованием интегральных характеристик внутренних силовых факторов, полученных из
расчета несущей конструкции кузова на статическую нагрузку брутто.
После определения новых параметров сечений начальными повреждающими циклами для рассмотренных зон сварных соединений не должны являться циклы изменения
напряжений, вызванные вертикальными колебаниями кузова в процессе движения в заданных интервалах скоростей. Однако для некоторых зон, как показали проверочные расчеты, эти циклы иногда не удается отсечь, что вызвано следующими причинами.
1. В процесс формирования новых параметров проектирования вмешиваются конструктивные ограничения на максимальные габаритные размеры сечения и не позволяют
вывести напряжения в нем на требуемый уровень. В этом случае следует рассмотреть
возможность корректировки конструктивных ограничений.
2. Наличие в расчетной схеме неоптимизируемых элементов. В такой ситуации необходимо включить данные элементы в состав оптимизируемых.
3. На следующей итерации могут измениться интегральные характеристики внутренних силовых факторов как в рассматриваемом сечении, так и в других элементах,
вследствие чего либо будут нарушены ограничения по прочности, либо напряжения в
критическом элементе возрастут и станут выше допускаемых повреждающих. В этом случае на допускаемые повреждающие напряжения при определении новых параметров проектирования следует вводить штрафную поправку.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ряхин, В.А. Прогнозирование ресурса металлических конструкций строительных и дорожных машин/В.А.Ряхин //Строительные и дорожные машины. - М.: Машиностроение, 1994. - № 4. - С.24-27.
2. Шлюшенков, А.П. Механика разрушения и расчеты на прочность и долговечность элементов машин и
конструкций с трещинами: учеб. пособие/А.П.Шлюшенков. – Брянск: БГТУ, 1996. -232с.
3. Механика разрушения и прочность материалов. В 4 т. Т.4. Усталость и циклическая трещиностойкость
конструкционных материалов: справ. пособие/ О.Н.Романив, С.Я. Ярема, Г.Н.Никифорчин [и др.]; под
общ. ред. В.В.Панасюка. – Киев: Наукова думка, 1990. - 680с.
4. Партон, В.З. Механика упругопластического разрушения/ В.З.Партон, Е.М.Морозов. - М.: Наука, 1985. 504с.
5. Лозбинев, В.П. Способ повышения живучести несущих элементов кузовов вагонов / В.П.Лозбинев,
Ф.Ю.Лозбинев. – Брянск: ЦНТИ, 2000. - 4с.
Материал поступил в редколлегию 9.09.09.
103
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
УДК 539.3:05.13.18
Н.А. Роганова, Г.З. Шарафутдинов
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДЕФОРМИРОВАНИЯ ТОЛСТОСТЕННОЙ
ТРУБЫ ИЗ НЕОДНОРОДНОГО МАТЕРИАЛА
Рассмотрены некоторые задачи плоской теории упругости неоднородных тел при постоянном значении коэффициента Пуассона. Предложена схема определения компонент напряжения в трубе из неоднородного
изотропного упругого материала.
Ключевые слова: теория упругости, плоская задача, неоднородные материалы, моделирование процесса
деформирования.
Неоднородные материалы достаточно широко распространены в технике. В первую
очередь, многие материалы являются структурно неоднородными вследствие неоднородных условий их синтеза. Неоднородность механических свойств наблюдается в бетонах
при их неоднородном застывании, в полимерах – при неоднородной полимеризации, в металлах и сплавах – при неоднородном охлаждении и т.п. Неоднородность механических
свойств материалов может возникнуть и при изготовлении каких-либо деталей или элементов конструкций (в частности, при деформировании материалов в области пластичности или неоднородном поле температур и в ряде других случаев) [1, 2].
Наиболее важным и в то же время наиболее сложным является учет неоднородных
свойств конструкционных материалов, работающих в агрессивных средах [3, 4]. Это обусловлено, с одной стороны, последствиями возможных аварий различного рода (например, в теплообменниках и корпусах ядерных силовых установок, паровых и газовых турбинах, газотурбинных двигателях и т.п.). С другой стороны, зоны неоднородности в элементах конструкций, функционирующих в агрессивной среде, развиваются непосредственно в процессе эксплуатации, и это явление должно быть учтено на стадии проектирования. Задача сама по себе не из простых, особенно в тех случаях, когда процесс диффузии агрессивной среды или составляющих ее элементов в материал зависит также и от
возникающих в элементах конструкций напряжений и деформаций.
В общем случае изотропного неоднородного материала все параметры тела (параметры Ламе, модуль Юнга, коэффициент Пуассона и модуль объемного сжатия) являются
функциями координат, однако независимых среди них всего два — остальные однозначно
выражаются через выбранную пару [5]. В данной статье рассматривается неоднородный
упругий материал, для которого в качестве независимых параметров выбраны модуль
сдвига µ и коэффициент Пуассона ν .
Напряжения в трубе из неоднородного изотропного упругого материала. Рассмотрим толстостенную цилиндрическую трубу конечной длины с внутренним радиусом
a и внешним b . Допустим, что на внутреннюю и внешнюю поверхности трубы действуют равномерные давления p и q соответственно. Будем считать, что внутри трубы находится агрессивная среда, проникновение которой (или ее элементов) в тело трубы приводит к изменению прочностных свойств материалов [1-4]. Таким образом, материал трубы
следует считать неоднородным, причем эта неоднородность, вследствие круговой симметрии, зависит от радиальной координаты. Помимо этого, полагаем, что в продольном
направлении действует сила F.
Концентрацию элементов агрессивной среды в стенках трубы будем считать известной функцией радиуса [3;4]. Не рассматривая пока вопроса об определении зависимости
механических свойств материала от концентрации в нем агрессивной среды, неоднородность упругих свойств деформируемого материала зададим в виде зависимости модуля
Юнга от радиуса r : E = E (r ) (в предположении постоянства коэффициента Пуассона ν ).
104
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Тогда модуль сдвига, связанный с модулем Юнга соотношением
=
µ ( r ) E ( r ) / 2(1 + ν ) , также является функцией от радиуса. Предположим, что нам известен вид функции µ (r ) ,
тогда модуль Юнга определяется однозначно. Для удобства анализа получаемых результатов все величины используются в безразмерной форме.
Введем цилиндрическую систему координат (r ,ϑ , z ) , располагая координатную ось
OZ вдоль оси трубы. Ввиду осевой симметрии радиальное перемещение представим в виде u = u (r ) , окружные перемещения положим равными нулю, а осевую деформацию ε z
считаем постоянной. Таким образом, ненулевые компоненты тензора деформаций ε определяются соотношениями
du
u
, ε ϑ = , ε z = ε = const .
dr
r
εr =
(1)
Соотношения закона Гука для компонент тензора напряжений σ запишем в виде
σr =
du
2µ (r ) 
u

+ ν  + ε z  ,
(1 −ν )

dr
1 − 2ν 

r
σϑ =
2 µ (r ) 
(1 −ν ) u +ν  du + ε z  ,

1 − 2ν 
r
 dr

(2)
2µ (r ) 
(1 −ν )ε z + ν  du + u  .

1 − 2ν 
 dr r 
Подставляя выражения для компонент напряжений (2) в уравнение равновесия
dσ r σ r − σ ϑ
+
= 0,
dr
r
получим уравнение относительно радиального перемещения [5]:
d  µ (r ) d
(3)
(ur ) = 1 dµ (r ) (1 − 2ν ) u −νε z  .

r
dr  r dr

 1 −ν dr 
Уравнение (3) будем решать методом последовательных приближений [5]. С этой
целью представим его в виде
d  µ (r ) d
(4)
(uk +1r ) = 1 dµ (r ) (1 − 2ν ) uk −νε k , k = 0,1, 2,...

r
dr  r dr
 1 − ν dr 

Нетрудно видеть, что общее решение уравнения (4) имеет вид
σz =
u k +1 =
u
C
1 1
r
rdr Dk +1


,
+
µ / (r ) (1 − 2ν ) k −νε k  drdr + k +1 ∫
∫
∫
1 −ν r µ ( r )
µ (r )
r
r
r


(5)
где Ck +1, Dk +1 – постоянные интегрирования. В качестве нулевого приближения выбираем
решение соответствующей задачи для однородного материала при постоянном значении
модуля Юнга:
=
E ( r ) E=
, µ (r ) µ0 .
0
Для определения коэффициентов Ck +1 , Dk +1 и значения деформации ε z в каждом
приближении, а также для определения u0 и ε 0 используем граничные условия
σr
r =a
= − p, σ r
r =b
= −q ,
b
2π ∫ σ z rdr = F .
a
При учете выражений (1), (2) и соотношения (5), которое записываем в виде
D
u k +1 = I k (r ) + Ck +1 J (r ) + k +1 ,
r
указанные граничные условия в общем виде приводятся к системе трех уравнений:
105
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
p (1 − 2ν )
− hk (a ) ,
2µ (a)
q (1 − 2ν )
f (b)Ck +1 + g (b) Dk +1 + νε k +1 = −
− hk (b) ,
2 µ (b)
F (1 − 2ν )
− Ak ,
SCk +1 + Tε k +1 =
2π
f (a )Ck +1 + g (a ) Dk +1 + νε k +1 = −
где
(6)
1 − 2ν
dJ (r )
J (r )
,
g (r ) = − 2 ,
+ (1 −ν )
dr
r
r
b
I (r )
dI (r )
 J (r ) dJ (r ) 
,
S = 2ν ∫ µ (r ) 
+
+ (1 − ν ) k
hk (r ) = ν k
rdr ,
r
dr
r
dr


a
f (r ) = ν
 I (r ) dI k (r ) 
Ak = 2ν ∫  k
rdr .
+
r
dr 
a
a
) µ=
Полагая при определении нулевого приближения µ (r=
const, систему (6)
0
приводим к виду
1 − 2ν
p (1 − 2ν )
,
C0 − 2 D0 + νε 0 = −
2µ 0
a
1 − 2ν
q (1 − 2ν )
,
C0 − 2 D0 + νε 0 = −
2µ 0
b
F (1 − 2ν )
.
2νC0 + (1 − ν )ε 0 =
2 µ 0π (b 2 − a 2 )
Решение этой системы имеет вид


pa 2 − qb 2
1
(
)
−
− νσ z( 0 )  ,
C0 =
1
ν

2
2
b −a
2 µ 0 (1 + ν ) 

b
b
T = 2(1 −ν )∫ µ (r )rdr ,
p − q a 2b 2
,
D0 =
2µ 0 b 2 − a 2
ε0 =
где
σ z( 0)
ν
pa 2 − qb 2
,
−
2 µ 0 (1 + ν ) µ 0 (1 + ν ) b 2 − a 2
σ z( 0) =
F
.
π (b − a 2 )
2
Полученное решение позволяет определить вид функции h0 ( r ) , установить значение
постоянной A0 и приступить далее к определению постоянных C1 , D1 , ε1 и т.д.
Входящие в соотношение (5) коэффициенты 1 − 2ν и
1 −ν
ν
2(1 − ν )
при
0 < ν < 0,5
по абсо-
лютной величине меньше единицы. Поэтому при интегрируемости подынтегральных выражений в соотношении (5) последовательность значений u 0 , u1 ,..., u n ,... может быть мажорирована последовательностью членов сходящейся геометрической прогрессии, что обеспечивает равномерную сходимость искомой последовательности компонент вектора перемещений для любого r , 0 < a ≤ r ≤ b .
Примеры использования модели. В качестве примеров реализации рассмотренной
процедуры последовательных приближений определим напряжения в толстостенной трубе из неоднородного упругого материала, подверженной действию равномерного внут106
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
реннего давления в первом случае и продольному растяжению под действием заданной
постоянной силы – во втором.
Для определенности будем рассматривать неоднородный материал, модуль сдвига
которого выражается соотношением
 k .
i 
r 
µ (r ) = µ0 exp
(7)
Вид неоднородности в этом выражении может варьироваться путем изменения значений параметров k, i .
При применении различного рода математических пакетов для персональных компьютеров при проведении вычислений вместо функций µ (r ) и µ −1 (r ) удобно использовать
соответствующие разложения:
m
1 k
µ (r ) = µ0 ∑  i  ,
m = 0 m!  r 
N
(8)
m
1 k .
µ (r ) =
− 
∑
µ 0 m = 0 m!  r i 
−1
1
N
(9)
Отметим, что разложение (8) с приемлемой для практических приложений точностью аппроксимирует функцию (7) уже при N = 2 . Обратим также внимание на то, что
один из рядов – (8) или (9) - является знакочередующимся, другой – знакопостоянным.
Отсюда, исходя из теоремы Лейбница и остаточного члена формулы Тейлора в форме Лагранжа, можно заключить, что для одинаковой по абсолютному значению точности представления обоих разложений в знакопостоянном ряде следует выбрать на один член
больше.
Полагая, что внутри трубы (внутренний радиус - a=1, внешний - b=5) находится
агрессивная среда, приводящая к снижению прочностных характеристик материала, положим параметр k=-0,5. Рассмотрим четыре значения параметра i - 1, 2, 4, 8 - при N = 4 .
Графики зависимости µ (r ) от r для данных значений параметра i приведены на рис.1.
Рассмотрим подробно процедуру последовательных приближений
для первого случая при p = 10000,
q = 0, F = 0 . Нулевое приближение
находим для однородного материала
при µ (r ) = µ0 . При этом C0 = 208 ,
D0 = 5,21 ⋅ 10 −3 , ε 0 = −1,04 ⋅ 10 −4 . Далее
последовательно получаем C1 = 283 ,
D1 = 7,22 ⋅ 10 −3 , ε 1 = −1,44 ⋅ 10 −4 в первом
приближении
и
C 2 = 252 ,
−3
−4
– во
D2 = 6,47 ⋅ 10 , ε 2 = −1,16 ⋅ 10
втором. В двух последующих приРис. 1. Зависимость модуля сдвига μ от радиуса
ближениях соответственно имеем
при различных значениях параметра i
C3 = 261 , D3 = 6,69 ⋅ 10 −3 , ε 3 = −1,25 ⋅10 −4
и C 4 = 259 , D4 = 6,63 ⋅10 −3 , ε 4 = −1,22 ⋅ 10 −4 . Представленные данные наглядно свидетельствуют о сходимости процедуры последовательных приближений для заданных параметров.
Приводимые распределения напряжений σ r (r ) (рис. 2а), σ ϑ (r ) (рис. 2б) и
σ z (r ) (рис. 2в) в зависимости от радиуса r в случае действия внутреннего давления
p = 10000 для указанных на рис. 1 видов неоднородного материала свидетельствуют о том,
107
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
что наибольшее влияние неоднородность оказывает на компоненты напряжений σ ϑ (r ) и
σ z (r ) и практически не оказывает никакого влияния на σ r (r ) .
При одноосном растяжении трубы в продольном направлении (в расчетах использо0, q = 0, F 24000
=
π , σ z(0) 1000 )
ваны те же параметры трубы, но для нагрузки p = =
наиболее заметно влияние неоднородности на распределение напряжений σ z (r ) (рис. 2г).
Влияние неоднородности на значения двух других компонент напряжений незначительно,
и им можно пренебречь.
Рис. 2. Зависимость компонент тензора напряжения σ от радиуса:. а, б, в — соответственно радиальная, окружная и осевая компоненты тензора в случае действия внутреннего давления; г — осевая компонента при
одноосном растяжении в продольном направлении; × ― i = 1; ◊ ― i = 2; + ― i = 3; ○ ― i = 4
Принимаемые для упрощения изложения предположения, несмотря на свою ограниченность, тем не менее, непосредственно применимы для оценки напряженнодеформированного состояния технических сооружений определенного вида. Данная модель позволяет прогнозировать напряженно-деформированное состояние тел с учетом
факторов внешнего воздействия на конструкции и сооружения. Другой сферой применения модели может служить верификация иных приближенных методов решения задач
теории упругости неоднородных тел.
108
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Колчин, Г.Б. Расчет элементов конструкций из упругих неоднородных материалов / Г.Б. Колчин. - Кишинев: Картя Молдовеняскэ, 1971. - 172с.
2. Ломакин, В.А. Теория упругости неоднородных тел / В.А. Ломакин. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1976. 367с.
3. Локощенко, А.М. Ползучесть и длительная прочность металлов в агрессивных средах / А.М. Локощенко.
- М.: Изд-во Моск. ун-та, 2000. - 178с.
4. Локощенко, А.М. Моделирование процесса ползучести и длительной прочности металлов /
А.М. Локощенко. - М.: МГИУ, 2007. - 264с.
5. Шарафутдинов, Г.З. Некоторые осесимметричные задачи для упругой неоднородной толстостенной трубы / Г.З. Шарафутдинов //Вестн. МГУ. Сер. 1, Математика, механика. - 2008. - №2. - С. 34-39.
Материал поступил в редколлегию 3.07.09.
109
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
УПРАВЛЕНИЕ, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА
И ИНФОРМАТИКА
УДК 681.5.09
И.Г.Горюнов, Н.К.Жиганов
ПРИНЯТИЕ РЕШЕНИЙ СИТУАЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ
В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ МАССОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ
Рассмотрены вопросы повышения производительности автоматизированных систем массового обслуживания путем применения ситуационного управления, вопросы оценки рисков принятия ошибочных решений о
коррекции значений параметров алгоритма ситуационного управления в процессе функционирования системы массового обслуживания.
Ключевые слова: принятие решений, ситуационное управление, автоматизированные системы массового
обслуживания, имитационные эксперименты.
Ситуационное управление (СУпр) процессом массового обслуживания применяется к отдельному классу систем массового обслуживания (СМО) с конечным временем старения (ожидания) заявок, часто встречающемуся на практике. Характерной
особенностью СМО, относящихся к данному классу, является то, что качество их функционирования определяется ценностью заявок в момент завершения их обслуживания.
При этом ценность каждой заявки, поступающей в СМО, снижается по мере пребывания
в системе, причем заявка полностью обесценивается за конечный интервал времени.
Для определения величины ценности заявке присваивают функцию старения, которая по
условию должна быть невозрастающей от времени пребывания заявки в системе и
падать до нуля за конечный промежуток времени [1].
Одним из элементов СУпр является возможность отказа в обслуживании заявки.
При выборе очередного управляющего воздействия, связанного с отказами в обслуживании, проверяются следующие условия [2]:
1) из всех заявок одного типа, находящихся на одном месте в очереди СМО, в первую очередь должна быть отброшена заявка с наибольшим числом фаз дообслуживания;
2) из всех заявок одного типа с одинаковым числом фаз дообслуживания в первую
очередь должна быть отброшена самая старая заявка.
В большинстве реальных СМО встречается явление пробок, т.е. ситуаций, когда
поступившая в очередь или уже частично обслуженная заявка ввиду внешних условий
временно не может дальше обслуживаться, что создает очередь заявок, которые вынуждены ожидать дообслуживания текущей.
Следовательно, для повышения эффективности функционирования таких СМО необходимо учитывать состояние заявки и условия пребывания в этом состоянии (в частности, время, в течение которого заявка находится в этом состоянии).
Типовыми примерами СМО, относящихся к данному виду, являются автоматизированные системы банковских расчетов (АСБР), осуществляющие перевод платежей со
счетов отправителей на счета получателей в течение ограниченного интервала времени, а
также информационно-сервисные системы нефтедобывающего комплекса (ИССНК). В
АСБР простои, отказы и задержки в обслуживании приводят к значительным материальным затратам участников расчетов, а в нефтедобывающих комплексах - к снижению производительности и уровня безопасности технологических процессов.
110
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
С математической точки зрения поступление заявки (электронного платежного сообщения в АСБР или заявки на сервисную операцию в ИССНК), ее пребывание и обслуживание являются случайными процессами. Соответственно поступление заявок и их
пребывание в автоматизированной системе массового обслуживания (АСМО) описываются с помощью вероятностных законов распределения значений случайных величин (величины интервала поступления, времени пребывания в очереди и обслуживания).
Для АСМО характерна ситуация, когда только увеличением мощности ее аппаратно-программного комплекса не удается повысить производительность (которая выражается в количестве обслуженных и отброшенных заявок относительно общего числа поступивших за интервал времени), так как после некоторого порогового значения увеличения
мощности аппаратно-программного комплекса СМО задержки и отказы в обслуживании
заявок будут определяться прежде всего внешними условиями, препятствующими обслуживанию. Например, в АСБР обслуживание ЭС (перевод денежных средств со счета плательщика на счет получателя) может быть остановлено в случае возникновения условия
недостаточности средств на счете плательщика.
Следовательно, одним из возможных способов решения задачи повышения производительности СМО в условиях, когда полезная вычислительная мощность ее аппаратнопрограммного комплекса уже максимально увеличена, является оптимизация технологического регламента функционирования СМО. В ходе оптимизации осуществляется динамическая коррекция значений параметров алгоритма СУпр в процессе функционирования
СМО.
Перед непосредственной коррекцией значений параметров алгоритма СУпр должен
быть осуществлен предварительный поиск оптимального набора значений параметров, т.е.
поиск оптимальной стратегии управления процессом обслуживания, минимизирующей
средние потери ЭС в единицу времени при заданном ограничении на число состояний
СМО.
Данная задача сводится к задаче поиска оптимальной стратегии для управляемого полумарковского процесса, поскольку моменты принятия решений совпадают с моментами вложения марковской цепи. Для нахождения оптимальной стратегии на практике часто используются итерационные схемы Джевелла и Швейцера [1], основанные на
методе динамического программирования и предназначенные для оптимизации управляемых полумарковских процессов без переоценки с бесконечным горизонтом планирования. Необходимым условием применимости этих схем является условие эргодичности вложенной однородной марковской цепи для любой стратегии управления, а также
конечная величина длительности шагов [1].
Авторами была разработана имитационная модель функционирования АСБР в виде
многоканальной СМО с отказами и однородным стохастическим входным потоком заявок.
Значения параметров СМО и суммарного входного потока заявок, использованных
при имитационных экспериментах:
1. Суммарная интенсивность входных потоков заявок: λ = 0,5 заявки в секунду.
2. Среднее время обслуживания заявок приборами: b1 = 0,6; b 2 = 0,8 заявки в
секунду.
3. Интервал считывания значений параметров функционирования СМО: S = 0,5
мин.
4. Допустимое время обслуживания ЭС: T обсл = 5 мин.
5. Число циклов моделирования: 1000.
6. Временной интервал моделирования: 3 ч.
111
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
С использованием данной
модели проводились имитационные эксперименты, в ходе которых были получены зависимости
статистических параметров закона распределения интенсивности
отказов в обслуживании ЭС от
параметров СУпр (рис. 1, 2).
Анализ результатов имитационных экспериментов с принятыми характеристиками функS, мин
ционирования СМО (результаты
частично приведены на рис. 1 и
Рис. 1. Зависимость математического ожидания величины ин2) показал, что статистические
тенсивности отказов m x от величины интервала считывания
параметры закона распределения
значений параметров функционирования СМО (интервала наинтенсивности отказов f(x) (маблюдения) S при различной интенсивности поступления ЭС:
тематическое ожидание m x и
- 0,5 ЭС/с;
- - - - - 0,7 ЭС/с;
- 0,8 ЭС/с
среднеквадратическое отклонение σ x интенсивности отказов в
mx ЭС/мин
обслуживании ЭС) меняются в
зависимости от параметров СМО
(количество
обслуживающих
приборов, длина очереди), интенсивности входной нагрузки, а
также параметров СУпр (интервал наблюдения за СМО, допустимое время обслуживания
Тобсл/мин
ЭС и т.д.).
Результаты определения
Рис. 2. Зависимость математического ожидания величины инстатистических параметров закотенсивности отказов m x от величины допустимого времени
на распределения интенсивности
обслуживания ЭС Tобсл
отказов в обслуживании ЭС (при
заданных при моделировании исходных данных по характеристикам СМО) могут быть представлены в виде функций двух
переменных – интенсивности суммарного входного потока ( λ ) и интервала считывания
значений параметров функционирования СМО (S):
mx, ЭС/мин
m x ( λ , S), σ x ( λ , S).
Полиномиальная аппроксимация данных функций имеет следующий вид (размерность статистических характеристик - ЭС, интенсивности суммарного входного потока ЭС/с, интервала наблюдения - мин):
m x = 347,1 + 50,79 δ + 140,53 λ + 2,59 δ 2 - 4,92 δ λ - 14,52 λ 2 ;
σ x = 180,73+81,11 δ + 11,83 λ - 2,23 δ 2 - 4,05 δ λ - 1,82 λ 2.
Очевидно, что для СМО с характеристиками, отличными от принятых при моделировании, параметры закона распределения интенсивности отказов в обслуживании ЭС f(x)
будут иными.
Анализ значений параметров функционирования исследуемой СМО, полученных в
результате имитационного моделирования для различных значений параметров СУпр, а
также входной нагрузки позволил авторам предположить о нормальном виде распределения f(x).
112
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Для проверки данного предположения была осуществлена статистическая проверка
гипотез о законах распределения случайной величины. Необходимое число реализаций
для статистической оценки параметров исследуемого распределения определялось для
значений доверительной вероятности, равной 0,95, и доверительного интервала, равного
0,05, по каждому из статистических параметров с последующим выбором наибольшего
числа необходимых реализаций, которое составило 10000.
Оценка согласованности полученного закона распределения с нормальным проводилась по критерию согласия χ2 Пирсона и дала положительный результат.
Таким образом, плотность распределения интенсивности отказов в обслуживании
ЭС f(x) в общем виде может быть представлена как
( x − mx ) 2
−
2
1
f ( x) =
e 2σ x ,
σ 2π
где m x – математическое ожидание интенсивности отказов; σ – среднеквадратическое отклонение интенсивности отказов.
Реальные условия функционирования СМО, в том числе и АСБР, характеризуются изменением интенсивности входной нагрузки в течение цикла функционирования СМО, а также изменением параметров самой СМО. Следовательно, значения параметров алгоритма СУпр, заданные на момент начала цикла функционирования СМО
и обеспечивающие наименьшее число отказов при обслуживании заявок с использованием СУпр (так называемой управляемой дисциплины обслуживания), к моменту
завершения цикла функционирования СМО могут обеспечивать даже большее число
отказов, чем при обслуживании заявок в порядке поступления (дисциплина FIFO).
Таким образом, существует необходимость адаптировать параметры СУпр к
изменяющимся входной нагрузке и параметрам СМО (например, в случае плановой
замены или неисправности одного из приборов, изменения требований технологического регламента).
Важным моментом является то, что параметры алгоритма СУпр адаптируются
путем настройки программного обеспечения СМО, осуществляющего СУпр (в рассматриваемом примере - прикладного и системного программного обеспечения АСБР), и/или
изменения конфигурации аппаратного комплекса СМО. Различные изменения конфигурации аппаратно-программного обеспечения СМО требуют временных затрат и не всегда
могут быть осуществимы по техническим и организационным причинам.
Авторы предлагают подход, при котором перед непосредственной коррекцией алгоритма СУпр оценивается риск принятия ошибочного решения о необходимости коррекции и делается вывод о целесообразности такого решения.
Информация о приросте процента отказов в обслуживании ЭС может служить основой для инициализации процесса принятия решения о необходимости коррекции алгоритма СУпр.
Решение о коррекции алгоритма СУпр может быть принято при двух взаимоисключающих условиях:
1) коррекция СУпр действительно необходима;
2) коррекция СУпр не приведет к повышению эффективности МО, а в некоторых
случаях (из-за временных затрат на изменение конфигурации СМО) при коррекции СУпр
может наблюдаться и снижение эффективности обслуживания, выражающееся в росте количества отказов в обслуживании.
Следовательно, возможны следующие ситуации совмещения случайных событий
«Условие» и «Принятое решение»:
1. Принято решение о коррекции алгоритма СУпр при действительной необходимости коррекции - ситуация R1R1 (принятие правильного решения).
2. Принято решение о коррекции алгоритма СУпр при действительном отсутствии данной необходимости: - ситуация R1R0 (принятие неправильного решения).
113
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
3. Принято решение об отсутствии необходимости коррекции алгоритма СУпр
при действительной необходимости - ситуация R0R1 (принятие неправильного решения).
4. Принято решение об отсутствии необходимости коррекции алгоритма СУпр
при действительном отсутствии необходимости - ситуация R0R0 (принятие правильного
решения).
Перечисленным ситуациям соответствуют четыре вероятности совмещения событий, сумма которых равна единице:
P(R1R1) + P(R1R0) + P(R0R1) + P(R0R0) = 1 .
В дальнейшем будем использовать обозначения:
P(R1R1) = W 11, P(R1R0) = W 10, P(R0R1) = W 01, P(R0R0) = W 00 .
Данные вероятности характеризуют достоверность принимаемых решений о необходимости коррекции параметров алгоритма СУпр.
В соответствии с предлагаемым подходом к решению задачи оценки рисков при
коррекции параметров алгоритма СУпр в процессе функционирования СМО с заданной
периодичностью S измеряется текущая интенсивность отказов в обслуживании заявок,
рассчитывается прирост процента отказов и вычисляются вероятности принятия правильных решений о целесообразности или нецелесообразности коррекции алгоритма СУпр
(зависят от S и λ ) по следующим формулам:
W11 = 1 −
W00 =
β
∫α f 1 (x)dx ;
β
∫α f 0 (x)dx ,
где f 0 - закон распределения интенсивности отказов при использовании дисциплины
FIFO, f1 - закон распределения интенсивности отказов при использовании СУпр, α и β граничные значения интенсивности отказов в обслуживании заявок.
В качестве среды имитационного моделирования, а также для реализации некоторых функций принятия решений и поиска рационального варианта СУпр используется пакет прикладных программ MatLab.
Специальный Cи-интерфейс пакета MatLab (технология C Engine MatLab) позволяет использовать функции пакета во внешнем приложении, реализующем модель АСБР как
АСМО. В качестве языка программирования при реализации модели использовался язык
Cи++.
С помощью разработанной модели функционирования АСБР и программных
средств принятия решений ситуационного управления были получены зависимость значений вероятности принятия правильного решения о целесообразности коррекции алгоритма СУпр W 11 от интенсивности входного
потока λ , а также результаты применения
описанного подхода в виде зависимости
относительного прироста математическоW11
го ожидания числа обслуженных заявок
∆ M обсл от значений вероятности принятия правильного решения W 11 (рис. 3 и 4).
Реализация в управляемых СМО
описанного подхода, рассмотренного на
примере применения в АСБР, позволит
повысить эффективность массового обλ, ЭС/с
служивания заявок благодаря преодоРис. 3. Зависимость вероятности принятия правильлению эффекта пробок в АСМО, выного решения W11 от интенсивности входного позванных внешними условиями (характока ЭС λ
теристиками текущей входной нагрузки), в оперативном режиме, а также
114
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
снизить число случаев принятия ошибочных решений о коррекции значений параметров алгоритма СУпр, приΔМобсл, %
водящих к потере производительности
СМО.
Дальнейшие исследования авторов в данной области направлены на
доработку и развитие изложенного
подхода и соответствующих программных средств, а также на учет
W11
прогнозной информации о входном
потоке заявок в АСМО при принятии
Рис. 4. Зависимость прироста процента обслуженных
решений о коррекции значений пазаявок ∆ M обсл (относительно общего числа постураметров алгоритма СУпр.
пивших) от вероятности принятия правильного решения о коррекции алгоритма СУпр W11
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бурлаков, М.В. Ситуационное обслуживание заявок с конечным временем старения / М.В.Бурлаков. –
Киев: АН УССР, 1984.
2. Бурлаков, М.В Ситуационное управление заявками в СМО / М.В. Бурлаков. – Киев: Наукова думка, 1991.
Материал поступил в редколлегию 28.04.09.
115
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
УДК 004
Е.Н. Малышева, С.Л. Гольдштейн
ИНВАРИАНТНЫЙ ПАКЕТ АЛГОРИТМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Предложен инвариантный пакет алгоритмических моделей деятельности в составе вызывающего алгоритма
пакета-инварианта и его декомпозиции по оценке сложности объекта, фиксации его состояния, работе по
аспектам деятельности и межаспектному взаимодействию, а также по подведению итогов.
Ключевые слова: инвариант, деятельность, алгоритмическое моделирование.
Алгоритмические модели в нотации блок-схем – классическое средство формализованного описания деятельности. Оно призвано заменить и / или дополнить должностные
и технологические инструкции технологов всех профилей, управленцев, экономистов и т.
д. Алгоритмические модели удачно дополняют функционально-структурные модели в
SADT-формализме [1 - 3], UML-модели [4] и прочие средства отражения современных
бизнес-процессов. На кафедре «Вычислительная техника» УГТУ-УПИ (г. Екатеринбург)
накоплен многолетний опыт создания алгоритмических моделей [5 - 15]. Однако эти модели описывали более или менее частные задачи.
В данной статье поставлена и решена задача создания инвариантного пакета алгоритмических моделей деятельности на языке блок – схем по ГОСТ 19.701.
Кортежное представление и графический образ пакета - инварианта алгоритмических моделей деятельности. В основу пакета-инварианта положена ядернооболочечная модель
И = <Я, {О i }; R1>,
где И – инвариант; Я – ядро; {О i }- множество оболочек.
Я ≡ М = <Н, С; R2>,
где М – модель; Н – носитель; С – сигнатура.
{О i } = <О 1 , О 2 , О 3 ; R3>,
где О 1 , О 2 , О 3 -оболочки по сложности, структурным элементам, алгоритмическому
жизнеописанию соответственно.
Н = <{А сi }; R4>,
(1)
где {А сi }- множество аспектов деятельности лица, принимающего решения по разрешению проблемной ситуации на объекте.
С = <{И нтерф. }; R5>,
(2)
где {И нтерф. } – множество интерфейсов между аспектами; R1 – R5 – матрицы связи и её
графический образ (рис. 1).
Инвариант
1
2
3
4
Рис. 1. Графический образ ядерно-оболочечной
модели инвариантного пакета деятельности: 1 – инвариант; 2,3,4 – оболочки по сложности, структурным элементам, алгоритмическому жизнеописанию соответственно
116
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Алгоритмическая модель инварианта 1-го ранга. На рис. 2 представлена алгоритмическая модель инвариантного пакета: от информации об объекте до результата, отчёта, опыта. Алгоритм начинается с организации циклов от 1 (например, по оболочке жизнеописания на рис. 1) до n (например, по оболочке структурных элементов на рис. 1). Затем в параллель (блок 7) реализуются оценка сложности объекта (блок 9) и фиксация его
состояния (блок 10). Далее происходит работа по аспектам деятельности (блок 14) и межаспектному взаимодействию (блок 15). Подведение итогов жизнедеятельности объекта
(блок 17) осуществляется с использованием интегрального критерия. Данный алгоритм
может быть детализирован далее по блокам 9, 10, 14, 15, 16.
Алгоритмические модели инвариантов 2-го ранга. На рис. 3 представлена алгоритмическая модель оценки сложности объекта: от информации об объекте до результата,
отчёта, опыта. Алгоритм начинается с организации циклов от 1 (например, по типологии
моделирования) до n (например, по формализму моделирования). Затем происходит поиск математической модели объекта (блок 9.7). Если находится математическая модель, то
объект считается простым и для работы с ним необходим здравый смысл и профильные
знания (блок 9.12), а если нет – необходима оценка сложности по видам и интегральному
критерию (блок 9.13). Подведение итогов (блок 9.16) осуществляется с использованием
интегрального критерия. Данный алгоритм может быть детализирован далее по блокам
9.7, 9.12, 9.13, 9.16.
На рис. 4 представлена алгоритмическая модель фиксации состояния: от фиксации
управляемых переменных, системы координат фиксации до фиксации элемента дуплекса
или дуплекса. Алгоритм начинается с организации цикла. Для этого подбирается информация по реальному, требуемому и желаемому состояниям. Затем выбираются системы
координат (блок 10.5), а также фиксируются частные и интегральное состояния (блоки
10.8 и 10.9). Подведение итогов (блок 10.12) осуществляется с использованием интегрального критерия. Если после этого результаты являются неудовлетворительными, то
необходимо сменить парадигму (блок 10.15). Данный алгоритм может быть детализирован далее по блокам 10.5, 10.8, 10.9, 10.12, 10.15.
На рис. 5 представлена алгоритмическая модель работы по аспектам деятельности:
от профильных знаний по различным областям до результата, отчёта, опыта. Алгоритм
начинается с организации циклов от 1 до n. Затем в параллель (блок 14.7) реализуются
работы по аспектам 1, 2 … 7 (блоки 14.9 – 14.15). Подведение итогов (блок 14.18) также
осуществляется с использованием интегрального критерия. Данный алгоритм может быть
детализирован далее по блокам 14.9, 14.10, 14.11, 14.12, 14.13, 14.14, 14.15, 14.18, т.е. по
профильному, компьютерному, информационному, системному, управленческому, эволюционному и диалоговому аспектам.
На рис. 6 представлена алгоритмическая модель работы по межаспектному взаимодействию: от профильных знаний по различным областям до результата, отчёта, опыта.
Алгоритм начинается с организации циклов от 1 до n. Затем в параллель (блок 15.7) реализуется взаимодействие между 2, 3 … 7 аспектами (блоки 15.9 – 15.14). Подведение
итогов (блок 15.17) также осуществляется с использованием интегрального критерия.
Данный алгоритм может быть детализирован далее по блокам 15.9, 15.10, 15.11, 15.12,
15.13, 15.14, 15.17.
117
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Исполнитель
Заказчик
Итерация
Малышева Е.Н.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
2
1
Информация об объекте
3
Начало цикла 1 (например, по оболочке жизнеописания на рис. 1)
4
…
i = 1…1
6
Начало цикла n (например, по
оболочке структурных элементов на рис. 1)
5
n = 1…m
7
8
9
Оценка сложности объекта
Наличие математической модели, оценка
видов сложности, интегральная
оценка
13
См. формулу (1)
11
10
Фиксация
состояния объекта
Реальное, требуемое, желаемое
состояния; частные и интегральный критерии
12
14
Работа по аспектам
деятельности
15
Работа по
межаспектному взаимодействию
16
См. формулу (2)
17
19
Подведение итогов жизнедеятельности
объекта
19
Критерии удовлетворительны ?
нет
20
?
да
21
22
Конец цикла n (например, по оболочке структурных элементов на
рис. 1)
…
n
23
Конец цикла 1 (например,
по оболочке жизнеописания на рис. 1)
18
По критериям
24
i
26
25
Результат, отчёт,
опыт
Рис. 2. Алгоритмическая модель пакета-инварианта
118
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Исполнитель
Заказчик
Итерация
Малышева Е.Н.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Начало 9
2
1
3
Начало цикла 1 (например, по
типологии моделирования)
Информация об объекте
4
i = 1…1
6
…
5
Начало цикла n (например, по
формализму моделирования)
n = 1…m
7
Поиск
математической
модели
объекта
9
Есть математическая
модель объекта?
да
11
Для простого
объекта
?
13
Оценка сложности по видам
и интегральному
критерию
Использование
здравого смысла
и профильных
знаний
По критериям
По имеющейся
информации
нет
10
12
15
8
14
Для сложного
объекта
16
Подведение
итогов
17
нет
18
Критерии удовлетворительны?
?
да
19
Конец цикла n (например,
по формализму)
…
n
20
21
22
Конец цикла 1 (например, по
типологии моделирования)
i
23
24
Результат, отчёт, опыт
Конец 9
Рис. 3. Алгоритмическая модель оценки сложности объекта
119
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Исполнитель
Заказчик
Итерация
Малышева Е.Н.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Начало 10
2
Фиксация управляемых переменных, система координат
фиксации
1
3
Начало цикла по реальному,
требуемому и желаемому состояниям
4
i = 1…1
5
Выбор
систем координат
7
По законодательной
базе, экономической
ситуации, ситуации
на объекте, запросу
8
По критериям
Для фиксации
Фиксация частных состояний
9
11
6
10
Модели интеграции
для интегрального
показателя
Фиксация
интегрального
состояния
16
Модели интеграции
для интегрального
показателя
12
Подведение
итогов
15
13
Результаты удовлетворительны по
характеристикам фиксации состояний?
нет
14
Смена парадигмы
?
17
Конец цикла по реальному,
требуемому и желаемому
состояниям
да
18
i
20
Фиксация элемента
дуплекса или дуплекса
19
Конец 10
Рис. 4. Алгоритмическая модель фиксации состояния
120
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Исполнитель
Заказчик
Итерация
Малышева Е.Н.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Начало 14
2
Профильные знания по
различным областям
1
3
4
Начало цикла 1
…
i = 1…1
5
6
Начало цикла n
n = 1…m
7
8
По всем видам аспектов: профильному, компьютерному, информационному, систем-ному,
управленческому, эволюционному, диалоговому
9
…
10
Работа по
аспекту 2
Работа по
аспекту 1
15
Работа по
аспекту 7
…
…
16
18
Подведение
итогов
17
По критериям
19
нет
20
Критерии удовлетворительны?
?
да
21
…
n
23
i
25
Результат, отчёт, опыт
22
Конец цикла n
24
Конец цикла 1
26
Конец 14
Рис. 5. Алгоритмическая модель работы по аспектам деятельности
121
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Исполнитель
Заказчик
Итерация
Малышева Е.Н.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Начало 15
2
Профильные знания по
различным областям
1
3
4
Начало цикла 1
…
i = 1…1
5
6
Начало цикла n
n = 1…m
7
8
Взаимодействие между
аспектами
10
Интерфейс между 3
аспектами
9
Интерфейс между 2
аспектами
По критериям
…
14
Интерфейс между 7
аспектами
…
15
16
…
17
Подведение
итогов
18
нет
19
Критерии удовлетворительны?
?
да
20
…
n
22
i
24
21
Конец цикла n
23
Конец цикла 1
25
Результат, отчёт, опыт
Конец 15
Рис. 6. Алгоритмическая модель работы по межаспектному взаимодействию
122
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Завершающей в пакете алгоритмических моделей является модель подведения итогов (рис. 7). С ее помощью на базе выработанной концепции подведения итогов (блок
16.5) и соответствующего анализа ресурсов (блок 16.6) может быть получен ответ на вопрос о сохранении соответствующей системы критериев или создании новой (блоки 16.9,
16.12, 16.13). В системе подобных критериев может возрастать значение одного и уменьшаться значение другого. При этом система новых критериев должна включать в себя финансово-экономические, социально-экономические и общественные аспекты.
Исполнитель
Заказчик
Итерация
Малышева Е.Н.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Начало 16
2
1
Информация о ситуациях, ресурсах, системах
критериев
3
4
Общая, базовоуровневая, модификационные
концептуальные
модели
Концепция
подведения
итогов
Анализ
ресурсов для
подведения
итогов
8
Существующие
критерии
11
Из списка
7
6
5
9
?
12
Финансовые, материальные, энергетические, людские,
информационные,
временные ресурсы
Существующая или соз10 даваемая система критериев?
Создаваемые
критерии
14
13
Создание
новой
системы
критериев
Выбор из
существующих
систем
критериев
Развитие
системы
16
15
Работа по
подведению
итогов
По критериям
20
18
Новый
вариант
подведения
итогов
19
Пути возврата?
нет
?
22
21
Новые
концепции и
анализ
ресурсов
Результаты удовлетворительны?
17
да
Результаты,
отчеты, опыт
Конец 16
Рис. 7. Алгоритмическая модель подведения итогов
123
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Таким образом, предложен инвариантный пакет алгоритмических моделей деятельности. Он представлен в виде вызывающего алгоритма с последующей декомпозицией его
блоков по оценке сложности объекта, фиксации его состояния, работе по аспектам деятельности и межаспектному взаимодействию, а также по подведению итогов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Калянов, Г.Н. CASE – технологии. Консалтинг в автоматизации бизнес-процессов / Г.Н. Калянов. – 3-е
изд. – М.: Горячая линия – Телеком, 2002. – 320 с.
2. Калянов, Г.Н. CASE-структурный системный анализ (автоматизация и применение) / Г.Н. Калянов. –
М.:ЛОРИ, 1996. – 242 с.
3. Калянов, Г.Н. Теория и практика реорганизации бизнес-процессов / Г.Н. Калянов. – М.: СИНТЕГ, 2000. 212 с. – (Серия «Реинжиниринг бизнеса»).
4. Леоненков, А.В. Самоучитель UML / А.В. Леоненков. – СПб.: БХВ-Санкт-Петербург, 2004. – 336 с.
5. Блохина, С.И. Концептуальные и алгоритмические модели деятельности логопеда / С.И. Блохина, Н.А.
Свинина, С.С. Печёркин // ИНФОР «БОНУМ». - 2000. - № 1. - С. 54-75.
6. Кожарская, Г.В. Алгоритмические модели жизненного цикла системы инфекционной безопасности и
инфекционного контроля в лечебно-профилактическом учреждении / Г.В. Кожарская, С.Л. Гольдштейн,
К.С. Диброва // Вестн. Урал. мед. акад. науки. - 2006. - № 3. - С. 15-19.
7. Гольдштейн, С.Л. Пакет алгоритмических моделей жизненного цикла топ-менеджмента комплексного
промышленного строительства / С.Л. Гольдштейн, В.А. Кулигин // Интеллектика, логистика, системология. – 2006. - Вып. 17. - С. 57–82.
8. Коробейников, Е.В. Алгоритмические модели реформаторской деятельности политической структуры
холдинга / Е.В. Коробейников, С.Л. Гольдштейн, Д.А. Лопатин // Интеллектуальные информационные
технологии в управленческой деятельности. - 2001. - № 3. - С. 117–126.
9. Коробейников, Е.В. Алгоритмические модели деятельности стратегической структуры холдинга / Е.В.
Коробейников, С.Л. Гольдштейн, Д.А. Лопатин // Интеллектуальные информационные технологии в
управленческой деятельности. - 2001. - № 3. - С. 126–139.
10. Гольдштейн, С.Л. Пакет алгоритмических моделей деятельности руководителя отдела управления дорожными ресурсами / С.Л. Гольдштейн, В.И. Грамотеев, П.Ф. Устюгов // Интеллектуальные информационные технологии в управленческой деятельности. - 2001. - № 3. - С. 184–198.
11. Гольдштейн, С.Л. Алгоритмические модели с параллельным управлением / С.Л. Гольдштейн, В.И. Грамотеев, П.Ф. Устюгов // Интеллектуальные информационные технологии в управленческой деятельности. - 2001. - № 3. - С. 198–209.
12. Внуковский, Н.И. Алгоритмические модели системы исследования стратегической инвестиционной деятельности / Н.И. Внуковский // Интеллектуальные информационные технологии в управленческой деятельности. - 1999. - № 2. - С. 14–18.
13. Гантимуров, В.Ю. Алгоритмы реформирования межрегионального центра обучения / В.Ю. Гантимуров //
Интеллектуальные информационные технологии в управленческой деятельности. - 1999. - № 2. - С. 125–
131.
14. Гольдштейн, С.Л. Системная интеграция: алгоритмические модели в АРМ руководителя / С.Л. Гольдштейн, С.С. Печёркин, Т.Я. Ткаченко // Проблемы информатизации региональных органов управления :
сб. докл. межрегион. науч.-практ. сем. (г. Челябинск, 7-8 окт. 1997 г.) / адм. Чел. обл. – Челябинск, 1998. С. 37–56.
15. Грамотеев, В.И. Система управления ресурсами дорожного хозяйства / В.И. Грамотеев. - Екатеринбург:
УГТУ-УПИ, 2002. - 89 с.
Материал поступил в редколлегию 4.05.09.
124
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
УДК 004.915
В.И.Аверченков, Е.В.Шкумат, В.В.Надуваев
МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ СОДЕРЖАТЕЛЬНОЙ ЧАСТИ
ЭЛЕКТРОННЫХ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ
ТЕХНИЧЕСКИХ ДИСЦИПЛИН
Рассмотрен обобщенный подход к проектированию контента электронных образовательных ресурсов (ЭОР)
на основе формирования единой методологии обучения специальным техническим дисциплинам при широком использовании современных информационных технологий.
Ключевые слова: электронные образовательные ресурсы, проектирование ЭОР, формирование контента,
визуализация объектов содержания.
В настоящее время существует множество методик разработки электронных образовательных ресурсов (ЭОР), которые, как правило, содержат общие рекомендации по построению структуры электронного курса, т.е. имеют рекомендательный характер. ГОСТ
Р 52653-2006 «Информационно-коммуникационные технологии в образовании. Термины
и определения» вводится такое определение ЭОР: «Под электронным образовательным
ресурсом понимается образовательный ресурс, представленный в цифровой форме и
включающий в себя структуру, предметное содержание и метаданные о них, а также данные, информацию, программное обеспечение, необходимые для его использования в
учебном процессе». В данном ГОСТе выделяются следующие виды обучения: электронное, мобильное, сетевое, автономное, смешанное, совместное. При этом дополнительно
вводится понятие «образовательный контент», под которым понимается структурированное предметное содержание, используемое в образовательном процессе. В электронном
обучении образовательный контент является основой электронного образовательного ресурса.
Электронные учебные ресурсы различной направленности, комплектности и применимости в учебном процессе могут иметь следующие формы (из опыта разработки и внедрения в вузах России):
− конспект лекций;
− учебное пособие;
− руководство по лабораторному практикуму;
− учебное пособие по циклу практических и семинарских занятий;
− демонстрационные презентации (слайд-лекции, лекционные и практические презентации и т.п.);
− методическое обеспечение и материалы для самостоятельной работы;
− организационно-методические указания по изучению дисциплины (обычно дублируются в бумажном виде);
− контрольно-измерительные материалы, вопросы для самопроверки и др.
Совокупность всех перечисленных материалов и их реализация в одном стиле может
быть преобразована в электронный учебно-методический комплекс.
Определенный опыт создания ЭОР отражен в работах Л.Х. Зайнутдиновой [1], А.В.
Соловова [2], А.В. Осина [3], И.П. Норенкова [4], В.В. Гура [5] и др.
В основу технологии формирования ЭОР, предлагаемой этими учеными, заложены
психолого-педагогические требования, модели содержания и освоения материала, современные концепции информационно-образовательной среды и методика построения электронных образовательных ресурсов и т.д.
125
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Особенностью ЭОР для специальных технических дисциплин [1; 6] является построение учебного процесса с опорой на теоретические знания, полученные при изучении
физико-математических и общетехнических дисциплин, а также на практический опыт
работы с реальными техническими устройствами и системами. Сложность обучения в
этой области обусловлена огромной номенклатурой реальных технических систем и устройств. В этих условиях необходимо обеспечение понимания сущности происходящих
процессов на базе изученных ранее теоретических основ для успешного усвоения основ
проектирования, производства и эксплуатации целых классов реальных технических устройств и систем. Сложность формирования профессиональных компетенций у обучаемых
зависит также от стоимости и уникальности требуемого лабораторного оборудования,
сложности технологических процессов и их реализации в учебных заведениях.
Наиболее универсальный вид структуры ЭОР был представлен В.В.Гура (рис.1) [5].
Курс/пособие
Описательный слой
ЭОР
Набор лекций (глав)
Содержательный слой
Модуль 1
Модуль 2
…
Модуль N
Разделы/главы лекций
Текстовый слой
Стр. 1
Стр. 2
…
Стр. N
Текст, рисунки, видео, звук, составляющие содержание лекций (разделов, глав, пособия)
Иллюстративный слой
Медиа-объект 1
Медиа-объект 2
…
Медиа-объект N
Риc. 1. Структурная схема электронного образовательного ресурса (ЭОР)
В данном случае основными компонентами создаваемого ресурса являются модули –
относительно самостоятельные части учебной информации, по которым возможно осуществить как самопроверку, так и педагогическое тестирование знаний. Страницей считается
логически самостоятельная часть учебного материала, входящая в модуль, которая состоит из медиа-ресурсов, разворачивающих учебный материал в логической последователь126
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
ности, предполагаемой автором - проектировщиком ЭОР. Медиа-ресурсом здесь является
минимальная единица учебной информации различной модальности: текст, видео, изображение, звук, тест, гиперссылки, представляющие собой единицы медиа-текста. Модель
содержания ЭОР, предлагаемая другими авторами [2] строится подобным образом.
Указанные особенности дисциплин цикла специальных дисциплин (СД) оказывают
существенное влияние на формирование образовательного контента, который анализируется и определяется при создании электронных образовательных ресурсов.
Рассмотрим основной процесс разработки ЭОР. Так как электронный образовательный ресурс является информационной системой, то соответственно его жизненный цикл
есть жизненный цикл информационной системы, представляющий собой непрерывный
процесс, начинающийся с момента принятия решения о создании информационной системы и заканчивающийся в момент полного изъятия ее из эксплуатации (в данном случае из процесса обучения).
С учетом необходимости постоянного обновления и совершенствования ЭОР может
быть предложена спиралевидная модель жизненного цикла этого вида информационной
системы (ИС) ( рис.2).
Спецификой разработки ЭОР на этапе завершения цикла является тестирование, внедрение в учебный процесс, оценка
его эффективности и последующая корректировка, а также рецензирование и регистрация.
Оценка эффективности образовательных ресурсов и их корректировка проводятся, как правило, при помощи анкетирования контрольных групп студентов, при
котором учитывается усваиваемость материала. На уровень усвоения материала
влияет качество его передачи, доступность,
Рис.2. Спиральная модель
наглядность и эргономичность ресурса.
жизненного цикла ЭОР
Достижение эффективности ЭОР
можно спрогнозировать на этапе анализа и проектирования системы путем проведения
системного анализа при формировании исходных требований и задач.
Основной задачей разработки ЭОР для специальных технических дисциплин является формирование профессиональных компетенций. Компетентностный подход предполагает технологичность учебного процесса, необходимую для достижения заданных целей
при обучении. При технологическом способе достижения учебных целей выпускник представляется «продуктом», качество которого определяется качеством образования. Такой
подход дает возможность на основе структуризации и параметризации критериев качества
оценивать воздействие технологии обучения на подготовку инженеров [7].
Успешность процесса обучения во многом зависит от организации учебного материала. Если курс предназначен для обучения при интенсивном взаимодействии преподавателя и обучаемого, то и требования к организации такого курса, принципы отбора, организации и структурирования материала, обеспечения контроля будут определяться особенностями этого взаимодействия.
К качеству подготовки инженеров можно отнести следующие базовые понятия:
− технические знания – знания, обеспечивающие выпускнику технического вуза
базовый квалификационный уровень знаний по специальности;
127
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
− функциональные знания – знания, дающие понимание политики, процедур,
практики и функциональных взаимосвязей, оказывающих существенное влияние на эффективность работы производственных систем в целом;
− технические способности – способности, возникающие на фоне общечеловеческих (таких, как индивидуально-психологические характеристики), обеспечивающие успешность выполнения инженерных видов деятельности;
− инженерный тип мышления - разновидность конструктивного мышления с особенностями, обусловленными характером инженерной деятельности, при присутствии
продуктивного, когнитивного, аналитического, логического, креативного типов мышления как его отдельных характеристик;
− инженерно мыслящая личность – личность, обладающая инженерным типом
мышления и сформированными в процессе подготовки личностными качествами, позволяющими ей профессионально реализовываться в производственной системе управления;
− профессионализм – способность реализовывать профессиональную готовность в
конкретной специальности на уровне своей компетентности, приобретаемая личностью в
процессе профессиональной деятельности и доведенная до автоматизма.
С учетом этих требований на этапе анализа должны решаться следующие задачи:
− систематизация основных недостающих знаний;
− оценка достаточности глубины усвоения материалов вводных общетехнических
дисциплин, интегрированности знаний дисциплин цикла ОПД в цикл СД;
− учет разнообразия и сложности междисциплинарных связей;
− использование опыта других вузов в обучении дисциплинам цикла СД.
Решение данных задач способно обеспечить создание ресурса на первом витке спирали жизненного цикла ИС (для новых курсов).
Для развития ресурса на втором и последующих этапах, а также для разработки ЭОР
по уже преподаваемым дисциплинам можно использовать данные системы менеджмента
качества вуза, где на различных этапах проводится оценка качества подготовки специалистов (рис.3).
Рис.3. Процесс контроля качества подготовки специалистов
При контроле качества подготовки специалистов оценивается усвоение учебных
дисциплин с использованием результатов ГЭК и ГАК. Также проводится анкетирование
128
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
выпускников и анализ отзывов предприятий об их работе, что позволяет осуществить
комплексную оценку подготовки специалистов.
Для выполнения анализа и завершения предпроектных работ должны использоваться все перечисленные данные. Кроме того, необходимо проведение работ по систематизации опыта преподавателей в данной области, что определит наиболее сложные для усвоения темы и потребует проработки системы их визуального отображения.
Поскольку, как уже было отмечено, дисциплинам цикла СД присуща интегративность знаний, то необходимо учитывать формирование научных понятий на междисциплинарной основе при обязательном рассмотрении следующих вопросов:
1. Согласованность во времени изучения отдельных учебных дисциплин, при которой каждая из них опирается на предшествующую понятийную базу и готовит обучаемых
к успешному усвоению понятий последующей дисциплины.
2. Необходимость обеспечения преемственности и непрерывности в развитии понятий. Понятия, являющиеся общими для ряда дисциплин, должны от дисциплины к дисциплине непрерывно развиваться, наполняться новым содержанием, обогащаться новыми
связями.
3. Единство в интерпретации общенаучных понятий.
4. Исключение дублирования одних и тех же понятий при изучении различных
предметов.
5. Осуществление единого подхода к раскрытию одинаковых классов понятий.
Широкое использование ЭОР создает возможности для применения новых информационных технологий при отображении различных моделей сложных объектов с учетом взаимосвязей законов и явлений междисциплинарного характера, а также обеспечивает творческий подход.
В блоке разработки необходимо особое внимание уделить процессу формирования
образовательного контента в соответствии с образовательным стандартом.
Как правило, в существующих методиках используется модульная система представления материала. Модуль имеет неопределенный объем и может быть приравнен к
теме, параграфу или подразделу дисциплины.
Темы могут быть разными по объему, сопровождаться различным числом графических интерпретаций, и для обновления приходится полностью изменять существующий
материал, что создает проблемы при его последующей корректировке. В качестве примера
можно привести разделы, посвященные современным достижениям науки и техники и
перспективам их развития. Данные разделы наиболее быстро морально устаревают и могут подвергаться коррекции на этапах проектирования, тестирования и отладки, что может
замедлить введение создаваемого ресурса в эксплуатацию, а соответственно и увеличить
время на его разработку или понизить его эффективность в обеспечении учебного процесса.
Данную проблему можно решить путем уменьшения объема модуля и придания ему
размерности термина (определения). При этом увеличится его универсальность, упростится процесс замены, а также появится возможность многократного использования созданного объекта в разнообразных комплексах.
Рассмотрим специфику терминологии в рамках технологии обучения специальным
техническим дисциплинам. Учебный материал по общетехническим и специальным учебным дисциплинам машиностроительного профиля представляет собой систему научнотехнических понятий и специальных сведений в виде научных фактов, теорий, законов и
гипотез, отобранных из соответствующих базовых наук, связанных с развитием техники,
технологий производств и производственной деятельности людей. Систему технических
понятий в этом случае можно рассматривать как скоординированное множество, в кото129
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
ром они находятся в определенных отношениях друг с другом, образуя тем самым целостность, единство суждений об изучаемом объекте.
На выборку технических понятий влияют следующие факторы: требования к формированию профессиональных компетенций, педагогические принципы разработки ЭОР
(наглядность, научность, доступность, системность и т.п.). Также при использовании понятия в качестве модуля упрощается формирование его визуальной концепции, т.е. визуализация. В данном случае под термином «визуализация» понимается представление понятия в графической форме. Технические понятия могут принадлежать и использоваться как
группой общепрофессиональных дисциплин (ОПД), так и группой специальных дисциплин (СД).
Таким образом, взаимосвязь определений, тем и дисциплин может быть представлена в виде схем, показанных на рис. 4, 5.
ОПД
Дисциплина
СД
Дисциплина
Дисциплина
Понятия
Визуализация
Рис.4.Схема взаимосвязи понятий, соответствующей им визуализации
и дисциплин циклов ОПД и СД
Тема
Тема
Понятия
Рис.5. Возможные области распределения определений по
темам одного цикла или между темами различных циклов
Под техническим понятием,
согласно теории проектирования
технологии обучения, понимается
обобщенная форма отражения физических, механических и технологических объектов, технических,
физических, механических и технологических процессов и явлений
посредством фиксации их общих и
специфических признаков, свойств
и характеристик. В качестве исходных понятий выступают термины, с помощью которых описы-
ваются [6]:
− технические объекты, например механизмы машин, металлорежущие станки и
мерительный инструмент, технологическая оснастка;
− технологические процессы обработки деталей машин, сборки, испытания и ремонта;
130
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
− различные явления – механические, технологические, физические;
− конструкционные и инструментальные материалы;
− свойства и признаки технических объектов, явлений и процессов и
т.д.
Ввиду сложности визуализации технических понятий можно предусмотреть следующие ее формы: 1) простые: схема, рисунок, фото, график, формула, диаграмма, таблица; 2) сложные: 2D-модель, видео, анимация, имитационная модель, 3D-модель.
При проработке на уровне проектирования формы визуализации понятия были
сформированы сценарии-задания для специалистов в области мультимедиа, что существенно сократило время на разработку ЭОР. Комплект «понятие-визуализация» становится
универсальным элементом создаваемой системы знаний и может быть использован как во
всех видах образовательных ресурсов (электронный учебник, конспект лекций, практикум, информационно-справочная система и т.п.), так и при формировании наглядного сопровождения (презентации) всех типов занятий.
При выборке технических понятий, составляющих основу ЭОР, необходимо критично подойти к выбору источников исходных данных. Основой для выбора является государственный образовательный стандарт, а источниками исходных данных могут служить
учебная литература, справочные и методические материалы, статьи в периодических изданиях и т.п., которые могут находиться как в бумажном, так и в электронном виде. Совокупность этих источников можно считать распределенными источниками информации,
для которых может применяться методика критериального отбора с выбором части, наиболее полно отвечающей поставленной задаче. В качестве критериев выборки использовались актуальность материала, качество и глубина его изложения, новизна, возможность
использования для теоретических и практических курсов, соблюдение стандартов, качество графического материала, грамотность изложения и научно-технический уровень.
Возможно также создание банка данных о применяемости распределенных информационных источников при проектировании ЭОР.
Таким образом, был сформирован общий алгоритм проектирования содержательной
части (рис.6).
Посредством предлагаемого подхода к проектированию содержательной части
учебного материала формируется методика отбора и унификации понятий, а также реализуется системный подход к используемой информации. В результате анализа, проведенного на предпроектном этапе, уменьшается время на тестирование и отладку уже готового
образовательного ресурса.
На этапе предпроектной подготовки для новых курсов необходимо проводить предварительный анализ исходной информации, который включает: систематизацию опыта
преподавателей, оценку достаточности глубины усвоения материалов вводных общетехнических дисциплин, достаточности интегрированности знаний дисциплин цикла ОПД в
цикл СД, учет разнообразия и сложности междисциплинарных связей, а также использование опыта других вузов. При корректировке ресурса помимо перечисленных вопросов
учитываются результаты контроля качества подготовки специалиста, получаемые в ходе
работы системы менеджмента качества учебного заведения.
На этапе анализа распределенных источников информации выделяются основные
группы источников, которые содержат необходимую для обучения информацию. К ним
относятся бумажные источники различного рода, такие, как учебные и учебнометодические пособия, методические указания, статьи, а также источники, имеющие и не
имеющие бумажных аналогов, находящиеся в Интернете. Выборка из множества источников ведется с помощью экспертной оценки по указанным ранее ограничениям с учетом
года издания, известности коллектива авторов и др. В таком случае выборка принимает
следующий вид:
131
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
R = ∑ wi ri ,
где r i - оценка распределенного источника по i-му критерию; w i - вес i-го критерия.
Предпроектная подготовка
Анализ распределенных источников информации для формирования
исходной базы понятий
Выделение базовых смысловых информационных единиц, которые
отображают ключевые понятия, законы, теории (или их группы)
Отбор технических понятий, адекватных требованиям к результатам
обучения
Визуализация понятийного содержания, раскрывающая сущность понятий и способы деятельности
Формирование дополнительной информации, способствующей разъяснению сущности понятий, способов деятельности и т.п.
Формирование содержания ЭОР на основе определения и выявления
логики изложения базового материала согласно требованиям ГОС и рабочей программе с учетом достижений науки, техники и производства и
априорного опыта экспертов
Формирование репозитария объектов содержания в виде базы знаний,
которая может быть использована как система подбора наглядного материала для любых видов занятий, а также как совокупность базовых
единиц для проектирования педагогических сценариев обучения
Рис.6. Алгоритм проектирования содержательной части ЭОР
Выделение базовых смысловых единиц определяется государственным образовательным стандартом и учитывает междисциплинарные связи. На данном этапе возможна
унификация (или развитие) понятий, используемых на уровне СД, с учетом циклов ЕН и
ОПД.
Отбор понятий ведется с учетом наибольшего соответствия целям учебного процесса, т.е. с учетом педагогических принципов и формирования профессиональной компе132
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
тентности. В качестве основного принципа выделяется системность, требуемая обоими
видами ограничений. Сравнивая попарно противоположные допущения, например научность и доступность, получим следующую систему уравнений:
0, п i ∉АВ;
П= 0,5, п i ∈АВ;
1, п i =А, п i =В,
где П – множество соответствующих выборке понятий;
п i - рассматриваемые понятия;
АВ – отрезок, ограничивающий рассматриваемые понятия.
После того как основные понятия выбраны, необходимо подобрать каждому из них
соответствующую форму визуализации. Подготовка к формированию визуального ряда
позволит создать исходный сценарий для реализации идеи в виде перечисленных форм, а
также оценить рациональность создания сложных имитационных моделей и анимации.
Эта задача базируется на данных этапа предпроектной подготовки, поскольку зависит не
только от профессиональных компетенций, но и от проблем с усвоением материала и
формирования целостных представлений о техническом объекте. Дополнительная информация носит описательный характер, связывает визуальный компонент с определением,
формируется в зависимости от специфики предмета цикла СД.
Определения и сопутствующая им визуализация, а также дополнительная информация заносятся в базу знаний и сопровождаются стандартным описанием. При формировании базы знаний необходимо предусмотреть рекомендации по использованию включенных в нее объектов в учебном процессе с учетом его специфики, а также с учетом междисциплинарных связей (возможна трансформация в советующую систему). Основы формирования репозитария в виде базы знаний соответствуют существующим стандартам
электронного обучения.
По предложенному алгоритму формирования контента разрабатываются отдельные
программные модули, которые планируется объединить в программный комплекс для
обеспечения поддержки проектирования ЭОР.
Разработка и использование ЭОР в техническом вузе позволяет фиксировать и сохранять знания наиболее опытных преподавателей, а также создать предпосылки для повышения эффективности обучения за счет введения в образовательный процесс элементов
интерактивности и мультимедиа.
Электронные образовательные ресурсы потенциально позволяют сократить объем
обязательных занятий, проводимых в аудиториях и лабораториях вуза, без потери качества обучения. В то же время этот потенциал может реализовываться только в случае высокой мотивации студентов к приобретению знаний и их умения выполнять учебную работу
самостоятельно. Доступ к ЭОР становится особенно важным на старших курсах, когда
многие студенты сочетают учебу с работой.
Современные информационные технологии в ряде случаев позволяют сокращать
время создания электронных образовательных ресурсов по сравнению с традиционными
образовательными ресурсами, в то же время существенно удлиняя их жизненный цикл
благодаря возможности оперативного внесения дополнений и изменений не только в
процессе разработки ЭОР, но и при их применении в учебном процессе.
Рассмотренный подход не противоречит ранее разработанным концепциям (рис.1), а
расширяет и дополняет методику работы с контентом, а также учитывает современные
тенденции формирования компетентности, влияние международных и разрабатываемых
стандартов электронного обучения. Предлагаемая концепция подготовки контента не зависит от условия выбора среды (оболочки) ЭОР, она достаточно универсальна и позволяет формировать на дальнейших этапах разработки педагогические сценарии для любого
вида обучения.
133
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Зайнутдинова, Л.Х. Создание и применение электронных учебников (на примере общетехнических дисциплин): монография/ Л.Х. Зайнутдинова. – Астрахань: ЦНТЭП, 1999.
2. Краснова, Г.А. Технология создания электронных обучающих средств/Г.А.Краснова, А.В.Соловов,
М.И.Беляев.- М.: МГИУ, 2002.
3. Осин, А.В. Мультимедиа в образовании: контекст информатизации/ А.В. Осин. - М.: Издательский сервис, 2004.
4. Норенков, И.П. Информационно-образовательные среды на базе онтологического подхода/И.П.Норенков, М.Ю.Уваров// Интернет-порталы: содержание и технологии: сб.науч.ст./ редкол.: А.Н.
Тихонов (пред.) [и др.]; ФГУ ГНИИ ИТТ «Информика». - М.: Просвещение, 2005. Вып.3.
5. Гура, В.В. Теоретические основы педагогического проектирования личностно-ориентированных электронных образовательных ресурсов и сред: автореф. дис…..д-ра.пед.наук/В.В.Гура.- Ростов н/Д, 2007.
6. Радченко,
А.К.
Проектирование
технологии
обучения
техническим
дисциплинам:
учеб.пособие/А.К.Радченко. - Минск: Адукация i выхавание, 2003.
7. Образцов, П.И. Дидактика высшей школы: учеб.пособие/П.И.Образцов, В.М.Косухин. – Орел: Академия
спецсвязи России, 2004.
Материал поступил в редколлегию 16.04.09.
134
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
ЭКОНОМИКА И МЕНЕДЖМЕНТ
УДК 330.341
Е. А. Ларичева
ВЛИЯНИЕ ИННОВАЦИОННОЙ КУЛЬТУРЫ НА ФОРМИРОВАНИЕ
И РЕАЛИЗАЦИЮ СТРАТЕГИИ ПРЕДПРИЯТИЯ
Рассмотрена инновационная культура предприятия. Предложена программа преобразования консервативной культуры в инновационную через мотивацию персонала и преодоление сопротивления изменениям.
Ключевые слова: инновационная культура, индекс инновационной культуры, мотивация к инновациям,
управление персоналом, сопротивление изменениям
Любые изменения в оплате труда с целью повышения его эффективности, в том числе повышения заработной платы, становятся для персонала недейственными уже через два
месяца после введения, поскольку работает эффект привыкания к доходу [11]. При этом
снижается мотивация работников. Кроме того, применение материальной мотивации затруднено ещё и тем, что при переходе к более высокому уровню дохода начинает работать
эффект замещения. Работник начинает сокращать предложение своей рабочей силы. Готовность работать больше при повышении заработной платы у него снижается. Основной причиной является отсутствие досуга у работника, поэтому за дополнительную, даже существенную для него плату человек уже не согласен работать сверхурочно и в выходные дни.
Инновационного работника, как творческого человека, необходимо мотивировать не
только материально, но и морально, поскольку его творческие способности, вдохновение
зависят от настроения и множества других факторов.
Трудовая деятельность инновационного работника имеет две ярко выраженные особенности: она не поддаётся учету, оценке, нормированию в течение самого процесса научного творчества и её невозможно нормировать в течение инженерного проектирования и
изготовления опытного образца.
Однако трудовая деятельность творческого научного работника поддаётся мотивации, следовательно, через неё можно управлять процессом появления изобретений.
На основе анализа работ ряда авторов [3; 5; 9] и проведённых исследований был
предложен комплекс мотивационных мер для стимулирования инновационных работников
(табл. 1), Ранее уже было рассмотрено развитие инновационной культуры на предприятии
[4], составным элементом которой является инновационная культура руководителя. Руководитель формирует всю инновационную культуру предприятия, так как по его распоряжению происходят все основные процессы на нём. Руководители всех уровней иерархии являются конструкторами здания инновационной культуры всего предприятия, и здесь главную роль играет тип личности руководителя, стиль его руководства. Так, при автократическом стиле руководства руководитель-инноватор быстрее реализует свои задумки, а при
демократическом и либеральном стилях велика возможность гашения инновационной инициативы, возникновения сопротивления изменениям.
Инициативный и склонный к принятию решений директор поведёт предприятие по
пути, полностью отличному от того, какой бы выбрал ищущий стабильности и избегающий
риска руководитель. Первый переориентирует предприятие на выпуск наукоёмкой и качественной продукции. Второй предпочтёт работу на более стабильных рынках с проверенной
временем и стандартизованной продукцией [7].
Служба управления персоналом по инициативе руководителя предприятия должна
заниматься повышением уровня инновационной культуры персонала через мотивацию. Но
прежде всего она должна работать с самими руководителями: ведь если инновационный потенциал сотрудника может проявляться в различных формах, то именно во власти руково135
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
дителя направить его в нужное русло. При этом для активизации самостоятельности и инициативы инновационной работы руководителю необходимо увеличить масштаб делегируемых им полномочий.
Таблица 1
Меры по материальной и нематериальной мотивации
Меры
Организация стимулирования творчества, т.е.
поощрение рационализаторских предложений,
которые находят применение
Расшифровка
Если предложение принимается, его автор получает до 25%
общей суммы экономии на себестоимости в течение срока до
двух лет после его внедрения (в зависимости от усовершенствования). Можно осуществлять финансовую поддержку деятельности новаторов по двум направлениям: свобода в использовании до 15% своего рабочего времени; обеспечение существенной ресурсной поддержки (система грантов и субсидий)
Организация оплаты за При освоении каждой новой специальности исполнитель полуквалификацию для ши- чает прибавку к заработной плате, при этом приобретенные
рокопрофильных
спе- знания должны в той или иной мере использоваться в работе
циалистов,
внёсших
вклад в инновационное
развитие предприятия
Премирование сотруд- Сумму вознаграждения можно рассчитывать следующим обраников в зависимости от зом:
сложности и рискован- Вознаграждение за изобретение = Оклад работника ·К тн ·К важн ,
ности
предложенных где К важн – коэффициент важности изобретения / рационализаизобретений
торского предложения для предприятия; К тн – коэффициент
технической новизны изобретения / рационализаторского
предложения для предприятия
Предоставление льгот- Нереализованные научные и социальные амбиции способны
ного рабочего режима снизить мотивацию работников. Следует не препятствовать им
ведущим специалистам и параллельно продолжать научную карьеру: вести преподаваорганизационной свобо- тельскую деятельность, выступать на научно-практических
ды ведущим сотрудни- конференциях, защищать диссертации по материалам внутрикам - по возможности с фирменных разработок. Либо можно позволить основным
переходом на виртуаль- творческим сотрудникам до 15% рабочего времени заниматься
ные способы коммуни- своими проектами
кации (Интернет, мобильная связь)
Введение на предпри- Можно проводить на заводе конкурсы на звание «Лучший изоятии системы конкурсов бретатель», «Лучший рационализатор». Победителям - повышение в должности при наличии вакансий, фото на Доске почёта, повышение зарплаты и выплата премий (значительных)
до следующего конкурса, грамоты и сувениры.
Можно создать фонд премирования и стимулировать победителей премиями по убывающей шкале в зависимости от прибыли, получаемой от внедрения инновации на рынок
Другие меры
Размещение рейтинга новаторов (авторов изобретений) на
Доске почёта и сайте компании.
Вознаграждение новаторов компании (публичная благодарность, вручение дипломов, грамот и подарков).
Присвоение более яркого названия занимаемой должности.
Включение авторов идей на какой-то срок в состав координационного совета (группы) по обеспечению качества как почётных новаторов-экспертов
136
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
При реализации инновационной стратегии расширятся полномочия кадровой
службы. Приоритетное значение приобретут консультативная функция, функция работы с
прогнозной информацией, функция стимулирования и развития персонала. Перед глобальными преобразованиями на предприятии кадровой службе следует проводить анкетирование, выявляющее уровень инновационной восприимчивости сотрудников, формировать программу обучения персонала для повышения данного показателя, проводить разъяснительные работы с персоналом для снятия напряжения, работать с руководством. Переподготовка позволит решить проблемы с недостаточными навыками в управлении и
информационных технологиях, повысит мотивацию к инновациям и инновационную
культуру.
Целевые установки управления персоналом и основные мероприятия по их реализации представлены в табл. 2.
В процессе внедрения инноваций может возникнуть сопротивление изменениям.
Сопротивление – это проявление иррационального поведения работника, отказ признавать
новые черты реальности, размышлять творчески, реализовывать идеи на практике [2; 8].
Выделяют следующие виды сопротивления [2]: групповое, индивидуальное, системное.
Индивидуальное сопротивление – это негативная реакция отдельных работников
предприятия на изменения. Как только руководитель обеспечит понимание ситуации и
создаст нужный настрой, индивидуальное сопротивление изменениям, вырастающее из-за
страха перед неизвестным, уступит место желанию идти новым путем и активно реализовывать изменения [8]. Изменения вызывают сопротивление не у всех сотрудников. Те из
них, чьи позиции усиливаются благодаря реализации изменений, и (или) те, кто намеревается добиться руководящего положения, приветствуют и поддерживают изменения.
Групповое сопротивление изменениям – это активная оппозиция проводимым изменениям субкультуры 1, образованной, скорее, по структурному признаку, характер которой влияет на формирование у ее членов специфической, отличной от других культуры.
Такая группа носит название центра силы. Результаты анализа группового сопротивления
изменениям могут быть распространены на организационную структуру в целом для составления схемы поддержки или сопротивления.
Третий вид сопротивления — системное. Несмотря на то, что все виды сопротивления изменениям существуют параллельно на протяжении всей истории изменений, приводя к одинаковым результатам (отсрочки, непредвиденные расходы, низкая эффективность новой стратегии развития), первопричины их различны. В основе индивидуального
и группового сопротивления лежит активная оппозиция изменениям персонала, а в основе
системного — низкий уровень корпоративной компетенции предприятия.
Анализ литературы [1; 6] позволил разработать схему преодоления сопротивления
изменениям (рисунок).
На основе теории когнитивного диссонанса, предложенной Л. Фестингером [10],
выделим ряд способов, позволяющих работникам принять инновации и уменьшить сопротивление изменениям.
Применяя теорию когнитивного диссонанса к проведению инновационных преобразований на предприятии, можно рекомендовать:
1. Заранее информировать работников о предстоящих изменениях.
2. Проводить групповые обсуждения предстоящих изменений.
3. Мотивировать работников к принятию изменений и к генерации инновационных
идей.
Под субкультурой понимается частичная культурная подсистема корпоративной культуры, определяющая
стиль жизни, ценностную иерархию и менталитет ее носителей, т.е. субкультура — это подкультура, или
культура в культуре.
1
137
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
4. Мотивировать работников к публичному выражению одобрения предстоящих
изменений на предприятии, а после использовать применительно к ним методики убеждения в необходимости предстоящих изменений.
5. Не прибегать к резким изменениям на предприятиях, где уже имеется негативный опыт преобразований.
Таблица 2
Целевые установки управления персоналом и основные мероприятия по их реализации
Целевые установки управления персоналом
Формирование
управленческой
команды
Создание системы управления
изменениями
Мотивация,
стимулирование
труда по конечным результатам
Создание системы информирования персонала
Внедрение системы непрерывного обучения и
повышения квалификации персонала
Основные мероприятия
Создание стратегии развития предприятия, утверждение плана реформирования.
Тренинг управленцев высшего и среднего звена, работа по созданию
и укреплению единой управленческой команды.
Совершенствование корпоративной культуры.
Внедрение системы руководства по ответственности для руководителей высшего и среднего звена, специалистов и ИТР.
Выявление активных работников и включение их в резерв руководства в процессе работы временных инициативных групп
Доведение целей и задач до каждого работника с помощью системы
информирования персонала.
Формирование структуры механизма активного развития.
Разработка положений (о порядке формирования временных инициативных групп по разработке и внедрению предложений; стимулировании за участие в творческой деятельности; порядке взаимодействия подразделений в новых условиях; системе пропаганды результатов работы групп и др.)
Разработка нормативных документов по совершенствованию оплаты
и стимулированию труда.
Стимулирование за возврат дебиторской задолженности.
Обучение руководителей и персонала цеха (инженеров, экономистов,
мастеров)
Создание временной группы информирования в составе службы
управления персоналом, назначение ответственного.
Составление плана-графика работы отдела информирования на полгода (примерные сроки и темы анкетирования, периодичность публикаций)
Обучение управленческого персонала (лекции, практические занятия).
Тренинги развития управленческих навыков.
Аттестация по результатам обучения с пересмотром должностных
окладов.
Обучение рабочих с последующей аттестацией на подтверждение
разрядов.
Организация профессиональных конкурсов на предприятии для увеличения управленческого потенциала (комплектация временных
инициативных групп).
Разработка и внедрение программ сохранения высококвалифицированного персонала.
Организация работы с резервом и молодыми специалистами
138
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Целевые установки управления персоналом
Формирование
клиентной ориентации
предприятия как части его корпоративной культуры
Окончание табл. 2
Основные мероприятия
Создание временных целевых групп (ВЦГ) с письменным оформлением их целей, задач и формы поощрения в зависимости от результата; поручение функций координации и контроля за работой ВЦГ.
Пересмотр системы горизонтальных и вертикальных связей между
подразделениями и приведение в соответствие функциональных обязанностей руководителей подразделений.
Пересмотр должностных инструкций для руководителей среднего и
высшего звена, возможный переход на контрактную систему.
Внедрение программы «Фонд инновационного развития».
Разработка системы оперативного информирования коллектива.
Проведение обучения всего управленческого персонала среднего
звена
Общую эффективность мероприятий по поддержанию инновационной культуры
предприятия предлагается оценивать следующим образом:
ЭфИК =
∑ Пр ⋅ К
важн
⋅ К тн ⋅ I иннов.
∑З
культуры
,
ИК
где Пр – возможная отдача от предложений изобретательского, рационализаторского характера; З ик – затраты на мероприятия по поддержанию инновационной культуры;
I иннов. культуры – индекс инновационной культуры [4]; К важн – коэффициент важности изобретения / рационализаторского предложения для предприятия (табл. 3); К тн – коэффициент технической новизны изобретения / рационализаторского предложения для предприятия (табл. 4).
Отдачу от высокого уровня инновационной культуры можно оценивать по следующим показателям: периодичность исследования рынка с целью выявления новых возможностей для предприятия; число инновационных разработок на предприятии; число рационализаторских/изобретательских предложений, исходящих от персонала предприятия;
число предложений, принятых руководством к рассмотрению; прибыльность нововведений; объём инвестиций в развитие компании; изношенность производственного оборудования; гибкость организации.
Таблица 3
Значения коэффициента важности изобретения / рационализаторского предложения
Степень важности результатов изобретательской
и рационализаторской деятельности для предприятия
Отсутствие важности
Сомнительная важность (неявная)
Изобретение /предложение не вносит конструктивных изменений в
изделие
Изобретение / предложение для организации имеет определённую
важность
Изобретение / предложение очень важно для предприятия и в дальнейшем поможет ему завоевать более прочную позицию на рынке
139
Коэффициент
важности
0
0,1 … 0,5
0,6 … 1,1
1,2 … 1,5
1,6 … 2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Сопрот ивление
Причины
Результ ат
Индивидуальное
Различная оценка
ситуации по
сравнению с
руководством
Неблагоприятное
восприятие изменений, обладание
другой информацией
Низкая мотивация.
Страх возникновения
противоречий с
начальством
Неблагоприятное
восприятие изменений, обладание
другой информацией
Неправильная трактовка изменений,
низкая степень доверия между уровнями
управления
Неуважение к
руководству
Неправильная трактовка изменений,
низкая степень доверия между уровнями
управления
Низкая терпимость к
изменениям,
консерватизм
Узкособственнический интерес
Низкий уровень индивидуальной компетенции персонала
Неправильная
трактовка изменений
Реакция
изменениям
Открытое
несогласие
Уклонение под
предлогом,
недовольство
Мет оды уст ранения
Помощь и поддержка со стороны
менеджера (руководителя). Аргументированное предоставление информации о
предстоящих изменениях (устные беседы,
стенгазеты, информационные листки...)
Поощрение нестандартных решений,
инициативы, самодеятельности,
творческого подхода к работе. Развитие
практики делегирования полномочий
Поведение, ориентированное на
поддержание
собственного
интереса
Открытое
несогласие
Вовлечение сотрудников в
проектирование и осуществление
инноваций (эффект причастности)
Уклонение под
предлогом,
недовольство
Переговоры менеджеров с отдельными
сотрудниками и их группами (подразделениями, профсоюзами), завершающиеся
заключением письменного компромиссного соглашения
Распространение слухов
Обучение и предоставление информации
Групповое
Различная оценка
ситуации по сравнению с руководством
Сопротивление групп в
руководстве,
Неправильная
опасающихся потерять трактовка
свои привилегии в
изменений
результате изменений
Системное
Ориентация на краткосрочную перспективу, наличие негативного опыта
преобразований
Несоответствие
корпоративной
культуры предприятия выбранной
стратегии. Реализация изменений.
Тяготение корпоративной культуры к
консервативному
типу
Помощь и поддержка со стороны
менеджера (руководителя)
Обладание другой информацией
Сопротивление групп в
руководстве, опасающихся
потерять свои привилегии
в результате изменений.
Уклонение под предлогом,
недовольство
Переговоры менеджеров с
отдельными сотрудниками и их
группами (подразделениями,
профсоюзами), завершающиеся
заключением письменного
компромиссного соглашения
Неспособность оценить
положительный эффект от
нововведений
Открытое
несогласие,
распространение слухов
Привлечение внимания к компенсациям неудобств (возможности повысить профессиональный уровень,
принять участие в решении важных
проблем предприятия, материальная / нематериальная мотивация)
Несогласованность действий.
Отсутствие синхронности изменений в системе управления
предприятием. Нечёткое определение обязанностей при реализации изменений в системе
управления. Отсутствие информационной системы. Недооценка технического прогресса
и изменений внешней среды
Замедленное
протекание
процесса изменений, отказ от изменений, увеличение расходов
по сравнению
с запланированными
Предоставление подробной
информации об изменениях.
Строгий контроль за ходом
изменений со стороны руководства.
Возможно, изменение
организационной структуры
предприятия
Рис. Методы преодоления сопротивления изменениям
140
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Таблица 4
Значения коэффициента технической новизны
Признак неочевидности получения положительных результатов
Техническое решение (ТР) заключается в применении известных
средств
ТР заключается в новой совокупности известных технических
решений, создающих положительный эффект
ТР имеет прототип, совпадающий с новым решением по большинству основных признаков
ТР имеет прототип, совпадающий с новым решением по половине основных признаков
ТР имеет прототип, совпадающий с новым решением по меньшинству основных признаков
ТР характеризуется совокупностью существенных отличий, не
имеющих прототипа
Коэффициент технической новизны
1,0
1,2
1,5
2,0
2,5
3,0
Итак, если на предприятии работают талантливые и технически грамотные люди,
то это ещё не гарантирует того, что новаторская деятельность - как индивидуальная, так и
групповая - будет продуктивной, особенно в тех областях, где у персонала разные технические специальности. Упуская из виду человеческий фактор, лидерство, мотивацию,
многие организации оказываются не способными использовать творческий и новаторский
потенциал сотрудников.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аистова, М.Д. Реструктуризация предприятий: вопросы управления. Стратегия, координация культурных параметров, снижение сопротивления преобразованиям / М.Д. Аистова. – М.: Альпина Паблишер,
2002. – 287 с.
2. Басовский, Л.Е. Прогнозирование и планирование в условиях рынка: учеб. пособие / Л.Е. Басовский. –
М.: ИНФРА-М, 2003. – 260 с.
3. Ламанов, А. Мотивация персонала в инновационном бизнесе / А. Ламанов. - http://www.chelt.ru/2003/203/lamanov-2-03.html.
4. Ларичева, Е.А. Развитие инновационной культуры на предприятии / Е.А. Ларичева // Вестн. БГТУ. –
2009. - №2. – С128-133.
5. Минин, Б.А. Качество: как его анализировать? / Б.А. Минин. – М.: Финансы и статистика, 1989. – 96 с.
6. Мостовая, И.В. Инновационный менеджмент в современном производстве (развитие социальных технологий) / И.В. Мостовая, К.М. Дзыбов. – Ростов н/Д: Изд-во Рост. ун-та, 1998. - 105 с.
7. Скляр, Е.Н. Развитие корпоративной культуры как направление повышения эффективности управления
промышленным предприятием: монография / Е.Н. Скляр. – Брянск: БГТУ, 2004. – 292 с.
8. Скляр, Е.Н. Формирование эффективной системы управления машиностроительным предприятием на
основе концепции интегрированного контроллинга: монография / Е.Н. Скляр, Д.В. Ерохин, В.В. Кондратович, Т.Д. Хрычикова. – М.: Машиностроение-1, 2005. – 296 с.
9. Суриков, Е. Н. Способы мотивации сотрудников для успешного внедрения CALS – технологий / Е.Н.
Суриков. - http://www.cals.ru/conferences/archive/CALS/cals_2003/presentation/luch.pdf
10. Фестингер, Л. Теория когнитивного диссонанса / Л. Фестингер. – СПб.: Речь, 2000. – 317 с.
11. Хорошильцева, Н. Исследование структуры мотивации специалистов при построении системы оплаты
труда / Н. Хорошильцева. - http://www.cfin.ru/management/people/horosh.shtml
Материал поступил в редколлегию 1.12.08.
141
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
УДК 658.562
Т.В. Школина
МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНТЕГРИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ МЕНЕДЖМЕНТА
ОПАСНОГО ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ОБЪЕКТА
Предложена имитационная модель системы менеджмента качества опасного производственного объекта,
предназначенная для ее исследования и оптимизации.
Ключевые слова: опасный производственный объект, интегрированная система менеджмента, оптимизация,
результативность, риск.
Обеспечение качества всегда было и остается одной из самых сложных задач, с которыми приходится сталкиваться при производстве продукции и предоставлении услуг.
Решение этой задачи для организаций с опасным характером производства [1] осложняется тем, что помимо качества здесь очень важны вопросы обеспечения промышленной
безопасности и охраны труда. Поэтому система менеджмента качества (СМК) для организаций, занимающихся эксплуатацией опасных производственных объектов (ОПО), должна
создаваться как интегрированная система менеджмента качества, промышленной безопасности и охраны труда.
В России и за рубежом стремление к интеграции систем менеджмента качества возрастает с каждым годом. Несмотря на это, методы их разработки носят в основном концептуальный и обобщенный характер [2]. Для решения данной проблемы необходима разработка нового подхода к построению интегрированных систем менеджмента качества
предприятий, основанного на применении современных методов моделирования и оптимизации [3; 4].
Для исследования и оптимизации интегрированной системы менеджмента качества
опасных производственных объектов предлагается имитационная модель СМК ОПО,
структурная схема которой приведена на рис. 1.
Рис. 1. Структурная схема имитационной модели СМК ОПО
Опишем подробнее методы решения задач в каждом из этих блоков.
Блок 1. Расчет критерия оптимальности (целевой функции) СМК ОПО. Для количественной оценки качества СМК ОПО используются следующие три единичных показателя:
142
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
R – риск нарушения безопасности процессов СМК ОПО;
P – результативность процессов СМК ОПО;
Z – относительные затраты на качество процессов СМК ОПО.
Оптимальность СМК ОПО предлагается оценивать с помощью целевой функции Q,
представленной в виде следующего комплексного показателя:
ωr R2 −ω p P2 + ω z Z 2
Q=
→ min ,
ωr + ω p + ω z
(1)
где ω r , ω p и ω z – весовые коэффициенты единичных показателей R, P и Z.
Как видно из формулы (1), критерий оптимальности СМК ОПО представлен в виде
среднего квадратического взвешенного единичных показателей. Этот выбор основан на
неравенстве сравнения средневзвешенных комплексных показателей по чувствительности
к изменениям [5]:

~
Q<Q <Q<Q ,

~
где Q – среднее гармоническое взвешенное; Q – среднее геометрическое взвешенное; Q
– среднее арифметическое взвешенное; Q – среднее квадратическое взвешенное.
Блок 2. Оценка риска нарушения безопасности процессов СМК ОПО. Риск нарушения безопасности процессов СМК ОПО определяется по формуле
R = ПЧР / ПЧРгр ,
где ПЧР – приоритетное число риска (максимальное значение); ПЧРгр – критическая
граница приоритетного числа риска.
Приоритетное число риска определяется по алгоритму, блок-схема которого приведена на рис. 2. Алгоритм построен на основе следующих методик:
1. Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов (РД 03-418-01).
2. Анализ видов, причин и последствий потенциальных дефектов (FMEA) (ГОСТ Р
51814.2-2001).
3. Лифты, эскалаторы и пассажирские конвейеры. Методология анализа риска
(ГОСТ Р ИСО/ТС 14798-2003).
4. Методология использования дополнительной информации для анализа и оценки
риска.
Определение объекта анализа и области его применения включает описание оснований и/или проблем, повлекших проведение анализа риска, и подробное описание исследуемой системы. Далее должны быть идентифицированы опасности, являющиеся причинами риска, а также пути, по которым эти опасности могут реализовываться. Для каждой
из идентифицированных опасностей должны быть определены причины, приводящие к ее
возникновению, и возможные последствия ее реализации.
Далее приступаем к оценке риска. Для каждого последствия экспертно определяют
балл значимости S при помощи таблицы баллов значимости. Балл значимости изменяется
от 1 (для наименее значимых по ущербу опасностей) до 10 (для наиболее значимых по
ущербу опасностей). Он оценивается как фактор, воздействующий на жизнь людей, имущество и окружающую среду. Для конкретной организации эта таблица может быть пересмотрена в соответствии со спецификой организации и конкретными последствиями
опасностей.
В дальнейшем при вычислении ПЧР из всех последствий данной опасности используют одно – с максимальным баллом значимости S. Если при максимальном S ПЧР будет
ниже граничного значения, то можно сделать вывод, что ПЧР в норме для всей рассматриваемой опасности.
143
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Рис. 2. Схема алгоритма определения приоритетного числа рисков
Аналогично для каждой потенциальной причины экспертно определяют балл возникновения О (изменяется от 1 для практически невозможных причин до 10 – для часто
возникающих) и балл обнаружения D (изменяется от 10 для практически необнаруживаемых опасностей (причин) до 1 – для практически достоверно обнаруживаемых).
После получения экспертных оценок S, О, D вычисляют приоритетное число риска
по формуле
ПЧР = S ⋅ O ⋅ D .
Для опасностей, имеющих несколько причин, определяют соответственно несколько
ПЧР и в дальнейшем учитывают только максимальное. Каждое ПЧР может иметь значения от 1 до 1000. Для приоритетного числа риска должна быть заранее установлена критическая граница (ПЧР гр ).
144
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Для опасностей, у которых значение ПЧР превышает ПЧР гр , разрабатываются меры
по уменьшению риска. Меры по уменьшению риска могут иметь технический или организационный характер. Как правило, они направлены либо на уменьшение вероятности возникновения аварийной ситуации, либо на уменьшение тяжести последствий аварии.
На заключительном этапе должен быть документально оформлен отчет об анализе
риска. Он должен содержать общее описание анализируемого опасного производственного объекта, определенные опасные ситуации (опасности, причины и последствия) с соответствующими экспертными оценками S, O и D, расчет ПЧР, предложенные мероприятия
по уменьшению риска для объектов с ПЧР > ПЧР гр . Также в отчете могут быть даны
ссылки на справочную информацию и ее источники.
Блок 3. Определение результативности СМК ОПО. Проблема оценки результативности процессов СМК на сегодняшний момент является актуальной. Предложено
множество методик, основанных на различных подходах к оценке результативности. При
этом универсальной методики оценки результативности процессов СМК не существует. В
данной статье предлагается методика определения результативности, базирующаяся на
элементах различных методик и адаптированная к СМК ОПО.
В соответствии с ГОСТ Р ИСО 9000-2001 «результативность – это степень реализации запланированной деятельности и достижения запланированных результатов». Таким
образом, оценка результативности процесса возможна в том случае, если будут определены цели в области качества каждого оцениваемого процесса и эти цели будут измеримы.
По ГОСТ Р 12.0.006-2002 «результативность – это измеримые результаты функционирования системы управления охраной труда, относящиеся к контролю и управлению
рисками для здоровья и безопасности персонала и основывающиеся на политике охраны
труда организации, ее целях и задачах». Данное определение можно рассматривать в контексте двух частей. Первую часть («измеримые результаты функционирования системы
управления охраной труда, относящиеся к контролю и управлению рисками для здоровья
и безопасности персонала») мы оцениваем в блоке 2 при оценке риска. А вторая часть, где
результативность рассматривается как измеримые результаты, «основывающиеся на политике … целях и задачах», очень тесно перекликается с определением в ГОСТ Р ИСО 9000
(именно эту результативность мы оцениваем в данном блоке).
Таким образом, прежде всего необходимо определить цели в области качества и охраны труда всего предприятия, на их основе установить цели для каждого выделенного и
описанного процесса и в соответствии с этими целями разработать показатели результативности для каждого процесса. Эти показатели будут являться основой для оценки результативности СМК путем вычисления комплексного показателя результативности. Алгоритм определения результативности СМК ОПО представлен на рис. 3.
Рис. 3. Схема алгоритма определения результативности СМК ОПО
145
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Результативность СМК ОПО предлагается определять как среднеарифметическое
взвешенное частных критериев (п. 8.4 «Анализ данных» ГОСТ Р ИСО 9001):
(2)
PСМК = α 1 P1 + α 2 P2 + α 3 P3 + α 4 P4 ,
где Р 1 – критерий, характеризующий удовлетворенность потребителей качеством продукции (услуг); Р 2 – критерий, характеризующий соответствие продукции (услуг) требованиям; Р 3 – критерий, характеризующий степень выполнения требований стандартов, на соответствие которым разработана СМК ОПО; Р 4 – критерий, характеризующий качество
продукции поставщиков; α 1 − α 4 – весовые коэффициенты. Весовые коэффициенты частных критериев P1 , P2 , P3 , P4 определяются методом экспертных оценок.
Оценка результативности СМК ОПО включает следующие этапы:
- оценка показателей частных критериев результативности СМК ОПО;
- оценка частных критериев результативности;
- оценка результативности СМК ОПО и ее интерпретация.
Частный критерий Р 1 определяется по формуле
(3)
P1 = β 1U 1 + β 2U 2 + β 3U 3 + β 4U 4 ,
где β 1 − β 4 – весовые коэффициенты (сумма весовых коэффициентов на каждом уровне
иерархии должна быть равна единице); U 1 – критерий удовлетворенности качеством продукции; U 2 – критерий удовлетворенности гарантийным обслуживанием; U 3 – критерий
удовлетворенности сервисным обслуживанием; U 4 – критерий удовлетворенности качеством сотрудничества с организацией.
В формуле (3) критерии удовлетворенности верхнего уровня иерархии включают
критерии нижнего уровня, которые определяются организацией и могут варьироваться в
зависимости от специфики видов деятельности. Для расчета критерия Р 1 может быть применена известная методика [6].
Частный критерий Р 2 , характеризующий соответствие продукции (услуг) требованиям, рассчитывается как средневзвешенная оценка показателей:
P2 = 1 − γ 1Q1 + γ 2 Q2 + γ 3 Q3 + γ 4 Q4 ,
где γ 1 − γ 4 – весовые коэффициенты; Q1 – доля несоответствующей продукции (отношение количества несоответствующих единиц продукции к общему ее количеству); Q2 – доля реализованной продукции с браком (отношение количества бракованной продукции,
попавшей к потребителю, к общему количеству реализованной продукции); Q3 – доля
продукции, требующей гарантийного ремонта (отношение количества продукции, требующей гарантийного ремонта, к общему количеству реализованной продукции); Q4 –
доля продукции, не принятой с первого предъявления (отношение количества продукции,
принятой со второго предъявления, к общему количеству принятой продукции).
Частный критерий Р 3 , характеризующий степень выполнения требований стандартов, определяется в соответствии с блок-схемой на рис. 4.
Согласно этой блок-схеме, при определении критерия Р 3 необходимо рассчитать 3
коэффициента. Коэффициент T1 определяется как отношение количества выявленных несоответствий к общему количеству проверенных требований. Коэффициент T2 рассчитывается как отношение количества выполненных корректирующих действий (КД) и предупреждающих действий (ПД) к их предусмотренному количеству. T3 – это отношение количества несоответствий, выявленных повторно (после выполнения КД или ПД), к общему количеству выявленных несоответствий.
Критерий Р 3 определяем по формуле
P3 = λ1 ( 1 − T1 ) + λ2T2 + λ3 ( 1 − T3 ) ,
146
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
где λ1 − λ4 – весовые коэффициенты.
Рис. 4. Блок-схема расчета частного критерия Р 3
Величина частного критерия Р 4 , характеризующего качество продукции поставщиков, определяется через отношение количества забракованной продукции поставщиков
( k брак ) к общему количеству поставленной продукции ( k общ ) по формуле
P4 = 1 − k брак / k общ .
После определения всех частных критериев осуществляется оценка результативности СМК ОПО по формуле (2) и интерпретация полученных значений РСМК (таблица).
Таблица
Интерпретация значений результативности СМК ОПО РСМК
Оценка результативности СМК ОПО
Результативность СМК ОПО
Неудовлетворительная
РСМК <0,60
Удовлетворительная
0,60≤ РСМК <0,75
0,75≤ РСМК <0,95
Достаточная
РСМК ≥0,95
Высокая
Блок 4. Определение относительных суммарных затрат на процессы СМК
ОПО. Затраты на процессы СМК ОПО рассчитываются по методике [7], в соответствии с
которой затраты на качество процесса складываются из четырех групп затрат: предупредительные, затраты на контроль и испытания, внутренние потери и внешние потери.
Суммарные затраты на р-й процесс рассчитываются по формуле
5
4
р
р
,
C кр = ∑∑ Cijp + ( Cбвн
+ C прр ) + Сбвш
i =1 j =1
где i – группы затрат (1 – затраты на нормальное функционирование процесса, 2 – предупредительные затраты, 3 – затраты на контроль и испытания, 4 – внутренние потери, 5 –
внешние потери); j – категории работников (1 – основные рабочие, 2 – вспомогательные
p
рабочие, 3 – руководители, 4 – специалисты); Cijp – затраты на процесс; Cбвн
– затраты,
связанные с внутренним браком; С прр – затраты, связанные с прочими внутренними потер
рями; Сбвш
– затраты, связанные с внешним браком.
147
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Блок 5. Определение входных варьируемых параметров модели. Для проведения
исследований с помощью имитационной модели СМК ОПО необходимо определить
входные варьируемые параметры модели. В качестве варьируемых параметров предлагается использовать уровень зрелости процессов СМК ОПО. Оценка зрелости процессов
распространена в практике построения СМК организаций и базируется на следующих
подходах:
• Международный стандарт качества в отрасли создания программных средств.
CMMI – модель зрелости процессов создания программного обеспечения, или эволюционная модель развития способности компании разрабатывать качественное программное
обеспечение. Модель имеет пять уровней зрелости.
• Японская модель устойчивого роста, имеющая пять уровней зрелости организации (JIS/TR Q 0005:2005. Системы менеджмента качества. Руководящие указания по устойчивому росту).
• Зарубежный опыт. В частности, Роберт Гарднер, известный специалист в области
качества, рассматривает модель зрелости процессов, имеющую 6 уровней зрелости [8].
• Методика проведения оценки СК ОУ экспертами-аудиторами при проведении аттестации и государственной аккредитации [9].
Уровень зрелости организации – это степень, с которой деятельность организации и
ее результаты определены, измеряемы и воспроизводимы, способны быть устойчивыми к
нежелательным воздействиям, эффективны и гибки при изменении внешних условий и
требований потребителей, а также других заинтересованных сторон.
В данной статье предлагается использовать сплошную шкалу, где все пять уровней
(неопределенность, определенность, воспроизводимость, способность, эффективность)
расположены на одной числовой оси абсцисс.
На вход имитационной модели варьируемые параметры подаются в виде вектора
X = ( x1 , x2 ,..., xn ) , где xi – уровень зрелости i-го процесса СМК ОПО, n – число выбранных для исследования процессов СМК ОПО.
Определение зависимостей показателей (критериев) модели от варьируемых
параметров:
1. Зависимость риска нарушения безопасности процесса от уровня зрелости процесса. Влияние зрелости процессов X на риск R будем определять через следующие зависимости составляющих параметров ПЧР:
• Значимость последствия дефекта S = f s ( x1 , x2 ,..., xn ) .
• Вероятность возникновения дефекта O = f o ( x1 , x2 ,..., xn ) .
• Возможность обнаружения дефекта D = f d ( x1 , x2 ,..., xn ) .
Численные значения этих зависимостей определяются одним из методов:
- опытным путем (наблюдение (мониторинг) процессов);
- экспертным путем (оценка).
2. Зависимость результативности от уровня зрелости процесса. Влияние зрелости
процессов X на результативность P будем определять через зависимость результативности исследуемых процессов pi = f pi ( xi ) , где pi – результативность i-го процесса.
Численные значения этих зависимостей определяются опытным или экспертным путем.
3. Зависимость затрат на процесс от уровня зрелости процесса. Влияние зрелости
процессов на затраты будем определять через зависимости составляющих суммарных затрат на процесс.
148
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Опытная проверка описанной имитационной модели СМК ОПО была проведена на
системе менеджмента качества ООО «Брянсклифт». Расчеты подтвердили работоспособность и эффективность предлагаемой модели.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Федеральный закон от 21.07.97 № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных
объектов».
2. Мирошников, В.В. Теоретические основы построения интегрированных систем менеджмента качества /
В.В. Мирошников, Т.В. Школина // Качество. Инновации. Образование. – 2005. – № 1. – С. 45-52.
3. Мирошников, В.В. Математические методы оптимизации решений, принимаемых в менеджменте качества / В.В. Мирошников // Сборка в машиностроении, приборостроении. – 2004. – №12. – С. 37-41.
4. Мирошников, В.В. Математическое моделирование менеджмента качества / В.В. Мирошников // Справочник. Инженерный журнал. – 2002. – №6. – С. 34-37.
5. Шишкин, И.Ф. Квалиметрия и управление качеством: учеб. для вузов / И.Ф. Шишкин, В.М. Станякин. –
М.: Изд-во ВЗПИ, 1992. – 256 с.
6. Мирошников, В.В. Методика оценки удовлетворенности заинтересованных сторон организации на основе применения нечетких множеств / В.В. Мирошников, Н.М. Борбаць // Информационные технологии. –
2007. – №3.– С. 63-73.
7. Ефимова, Г.В. Управление качеством процессов машиностроительного предприятия на основе анализа
затрат на качество / Г.В. Ефимова // Сборка в машиностроении, приборостроении. – 2003. – № 11. – С.
12-19.
8. Гарднер, Р. Преодоление парадокса процессов / Р. Гарднер // Стандарты и качество. – 2002. – № 1. – С.
82-88.
9. Методика оценки СК образовательных учреждений / В.В. Азарьева, В.И. Круглов, Д.В. Пузанков, В.С.
Соболев и др. – СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2007. – 71 с.
Материал поступил в редколлегию 15.04.09.
149
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
УДК 42.07
Ю.А. Воронцова
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КУЛЬТУРА КАК КОМПОНЕНТ ПОДГОТОВКИ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ МЕНЕДЖЕРОВ
Рассмотрено понятие технологии, подчёркнута роль производственных менеджеров в разработке новых
конструкций и технологий. Раскрыты понятия технологической, управленческой, информационной и экономической культуры и их составляющих. Подчёркнута важная роль образовательных методов в обучении
технологической культуре производственных менеджеров.
Ключевые слова: технология, технологическая культура, производственные менеджеры, управленческая
культура, экономическая культура, личностно-ориентированное образование.
Термин «технология» появился в XVIII в., хотя с момента возникновения человеческого общества люди использовали различные технологии для обеспечения своей жизнедеятельности. Быстрое развитие мирового общественного производства во второй половине XX – начале XXI в. было обусловлено, в частности, появлением новых технологий, в
том числе высоких. Термин «технология» стал прилагаться к описанию не только материальных преобразований, но и энергетических, информационных и социальных. С современных позиций технология предстает как наука о преобразовании материалов (веществ),
энергии, информации по плану и в интересах человека. В научных исследованиях она рассматривается в качестве вида познавательной деятельности, ориентированной на выработку объективных, системно организованных знаний о преобразующей функции человека, целях, путях, этапах, средствах, ограничениях, эволюции и последствиях продуктивной деятельности, тенденциях её совершенствования, а также о методах её оптимизации.
Все технологии реализуются с использованием материальных средств (инструментов,
оборудования), однако они различаются по объектам преобразования.Их можно разделить
на материальные, энергетические и информационные технологии, к последним относятся
социальные и педагогические.
На современном этапе научно-технологического прогресса основная роль в разработке принципиально новых конструкций и технологий принадлежит специалистам
управленческого профиля – производственным менеджерам. Рынок образовательных услуг в нашей стране и за её пределами предъявляет к системе подготовки производственных менеджеров строгие требования. Ведущим принципом, определяющим выбор и реализацию инновационных образовательных технологий, должна служить ориентация на
современные и прогнозируемые способности, потребности и интересы личности. Это
должно отражаться в создании адекватной модели квалификационной характеристики
производственного менеджера, мониторинг качества которой должен осуществляться с
помощью маркетинговых исследований. В новом образовании повышенная роль отводится воспитанию у специалиста технологической культуры, которая включает в себя собственно технологическую культуру, управленческую культуру и экономическую культуру.
Собственно технологическая культура производственных менеджеров предполагает совокупность знаний и умений, многоаспектной преобразовательной деятельности с
применением технических средств в интересах руководимой организации с учётом культуросообразного и коммуникативного аспектов. На основании того, что технология – это
процесс достижения определённых результатов по изменению исходного состояния объекта посредством использования свойственной конкретной области деятельности совокупности методов, средств, способов, осуществляемых наиболее эффективным и экономичным путём, собственно технологическая культура производственных менеджеров объединяет четыре составляющих:
1) управление производством, заключающееся:
150
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
• в управлении процессами переработки сырья, поступающего в организацию, в
продукт, который организация предлагает внешней среде;
• управлении разработкой и проектированием продукции;
• выборе технологического процесса, расстановки кадров и техники с целью оптимизации затрат на изготовление;
• подборе методов изготовления продукции;
• управлении закупкой сырья, запасами на складах;
• осуществлении контроля качества;
2) управление маркетингом, заключающееся:
• в тщательном изучении рынка;
• изготовлении рекламы;
• знании ценообразования;
• создании систем сбыта, распределении созданной продукции;
3) управление финансами, заключающееся в умении проводить финансовые операции, приносящие прибыль руководимой организации;
4) управление персоналом, заключающееся:
• в подборе и расстановке кадров;
• обучении и развитии контроля, компенсации за выполненную работу;
• создании оптимальных условий на рабочем месте;
• разрешении трудовых споров.
Собственно технологическая культура производственных менеджеров наиболее
эффективно развивается в рамках личностно-ориентированной образовательной технологии. Это предполагает процесс и результат создания адекватной потребностям и возможностям профессионального развития производственного менеджера системы социализации, личностного и профессионального развития в образовательном учреждении, состоящей из специальным образом сконструированных под заданную цель методологических,
дидактических, психологических, интеллектуальных, информационных и практических
действий менеджеров как участников образовательного процесса, гарантирующих достижение поставленных образовательных целей и свободу их сознательного выбора.
Собственно технологическая культура также подразумевает формирование у будущего производственного менеджера технологической этики, т.е. способности следовать
и оценивать соответствие создаваемых технологических систем принципам морали, нравственности, этического партнёрства в организационно-управленческой сфере деятельности.
Управленческая культура как неотъемлемая часть технологической культуры представляет собой хорошо согласованную совокупность организационных, управленческих,
технологических и информационных межличностных отношений, которая достигается
при определённом уровне развития управленческой деятельности и управленческих знаний. Управленческая культура, в свою очередь, состоит из следующих аспектов:
• культуры поведения, предполагающей наличие норм, уровней регуляции поведения (высший уровень достигается тогда, когда производственный менеджер осознанно
выбирает правила и образцы поведения и неуклонно следует им);
• правил этикета, проявляющихся во внутреннем отношении производственных руководителей к нормам общественной, организационной и производственной морали;
• культуры общения, заключающейся в соблюдении норм организационного поведения и административной этики.
Высокий уровень коммуникативной культуры является обязательным компонентом
деятельности производственных менеджеров, так как они находятся в многоаспектном
мире делового общения (коллеги, подчинённые, деловые партнёры, клиенты или потребители, конкуренты). Коммуникативная культура как обмен, делание информации, мыслей и
идей общими в процессе партнёрского взаимодействия развивает личность производст151
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
венного руководителя – не просто узкого специалиста, а человека, ответственного за весь
процесс созидания богатства.
Таким образом, мы отмечаем, что управленческая культура включает в себя основы
человеческой культуры: язык, мораль, обычаи, систему материальных и духовных ценностей. Большое значение в управленческой культуре придаётся и таким ценностям, как
свобода, мудрость, общественное благо.
Технологическая культура не может существовать без информационной культуры.
Сегодня можно встретить четыре разновидности информационной культуры, каждая из
которых влияет на способ использования информации, информационное поведение и отражает приоритеты производственных менеджеров в использовании информации для достижения успеха или предотвращения провалов.
1. Функциональная культура. Менеджеры используют информацию в первую очередь для влияния на других, чтобы управлять подчиненными или влиять на них. Эта культура в наибольшей степени присуща жестко иерархизированным компаниям, где информация служит прежде всего для управления и контроля.
2. Культура взаимодействия. Менеджеры и специалисты в достаточной степени доверяют друг другу и потому могут обмениваться информацией, важной для совершенствования процессов и роста эффективности. Менеджеры и подчиненные доверяют друг
другу и делятся информацией (особенно о наличии проблем и неудач), чтобы повысить
собственную эффективность. Прямой обмен информацией о возможных срывах и провалах необходим для устранения проблем и адаптации к изменениям.
3. Культура исследования. Менеджеры и служащие стремятся к пониманию будущих тенденций и нахождению лучшего способа отразить возможную угрозу. Здесь господствующим информационным поведением является предвидение. Менеджеры и служащие ищут информацию, чтобы лучше понимать будущее и то, как изменить собственную деятельность и приспособиться к будущим тенденциям.
Сегодня во многих компаниях существуют «зоны» исследовательской культуры в
службах, связанных с обслуживанием клиентов, исследованиями рынка, технологическими исследованиями и разработками и со сбором информации.
4. Культура открытости. Менеджеры и служащие открыты для нового понимания
природы кризисов и радикальных перемен и ищут способы прорыва к конкурентоспособности. Эти компании сознательно отбрасывают старые подходы к бизнесу, чтобы освободиться для поиска новых перспектив и идей, обещающих создание новых продуктов и услуг, которые могли бы изменить условия конкуренции поверх рынков и отраслей.
Современные производственные менеджеры считают, что более рентабельно сегодня конкурировать на рынках выпускаемых товаров, предлагать современные и высокотехнологические продукты, чем радикально изменять традиционное представление о производителях или наносить вред их репутации и имиджу. Задача руководителей – не просто
предвидеть изменения или адаптироваться к ним, но и перекраивать саму базу конкуренции в самых разных отраслях. Немало компаний обладают «зонами» культуры открытости, где собирают и обрабатывают информацию, разрабатывают новые продукты и сценарии развития бизнеса, добиваются партнерских отношений с потребителями и поставщиками. Но есть только считанное число таких компаний, которые сделали культуру открытости неотъемлемой частью своей стратегии.
Самой важной составляющей технологической культуры является экономическая
культура, которая включает в себя такие компоненты, как: экономическая грамотность и
формирование системы представлений о законах и механизмах функционирования экономики, умение работать с экономической информацией, владение экономическим языком,
экономическим мышлением и правилами экономического поведения, выработка черт характера, обеспечивающих грамотные экономические поступки, и наличие экономической
интуиции.
Высокий уровень технологической культуры необходим менеджерам промышленного производства для решения следующих экономических проблем:
152
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
• ликвидации отставания в качестве выпускаемой продукции;
• освоения лучших мировых технологий;
• повышения конкурентоспособности выпускаемых товаров на мировом рынке;
• изучения зарубежных первоисточников для непосредственного ознакомления с
тем, что делается и планируется в области науки и техники;
• развития внешнеэкономической деятельности предприятий: осуществления экспортно-импортных операций, проведения совместных научно-исследовательских и экспериментальных работ, обмена научно-технической документацией, оказания содействия в
обучении кадров;
• развития сферы маркетинга;
• обучения компьютерной грамотности, владению электронной техникой, машинными языками и приобщения к информационной культуре и информационным технологиям.
Будущие производственные менеджеры выделяют как мотивы повышения уровня
технологической культуры следующие возможности:
• максимальной реализации способностей;
• повышения квалификации;
• должностного повышения на рабочем месте;
• проведения НИР, подготовки и защиты диссертации;
• пополнения недостатка знаний и умений, развития своих способностей;
• внесения вклада в науку;
• развития интереса к современным научным дисциплинам;
• введения новых технологий, учебно-методических комплексов;
• осведомлённости о современном экономическом положении;
• знания последних изменений на производстве.
Для стимулирования мотивации к повышению уровня технологической культуры
производственных менеджеров преподавателям следует использовать в учебном процессе
инновационные педагогические технологии:
• совершенствовать дидактические условия учебного процесса, обогащать его авторскими курсами, зарубежными методическими разработками;
• подчёркивать связь гуманитарной и технологической составляющих учебного
процесса;
• проводить сюжетно-ролевые, деловые и имитационные игры;
• организовывать совместные, коллективные творческие проекты и задания, развивающие креативные способности каждого обучаемого через деятельность в группе;
• искать новые формы преподавания;
• проводить эвристические беседы, учебные дискуссии, проблемные лекции, поисковые лабораторные работы;
• поддерживать инновационный климат на уроке;
• смещать акцент во взаимодействии «субъект-объект» к схеме «субъект-субъект».
В заключение следует отметить, что высокий уровень технологической культуры
становится в настоящее время одним из важнейших условий профессиональной компетентности специалиста - производственного менеджера. Следовательно, повышение роли
технологической культуры в системе обучения специалистов в области производственного управления должно, безусловно, иметь прогрессивный характер и соответствовать мировым тенденциям развития образования и высшей школы.
Материал поступил в редколлегию 9.04.09.
153
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
ОБЩЕСТВЕННЫЕ НАУКИ
УДК 658
Н.Н. Лапченко
ПРОБЛЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ ЧЕЛОВЕКА
В УСЛОВИЯХ ИНФОРМАТИЗАЦИИ ОБЩЕСТВА
Рассмотрены вопросы, связанные с безопасностью функционирования и развития человека, его социальных
и природных качеств.
Ключевые слова: информатизация, информационная среда, безопасность развития человека.
Нормальная жизнедеятельность общественного организма в условиях современного
техногенного развития мира в решающей степени определяется состоянием безопасности
его населения, потребностью и возможностью формировать у людей социальные и природные качества. Этому в значительной степени способствуют многогранные процессы
информатизации человеческой деятельности и жизни, хотя по мере использования при
этом средств электронизации и компьютеризации, электромагнитных полей и т.п. возникают и развиваются определенные проблемы.
По своей значимости информационные ресурсы общества, наряду с природными,
материальными, инфраструктурными, финансовыми, трудовыми и иными, составляют
важнейший потенциал государства и общества, всестороннего развития человека. С одной
стороны, ученые и специалисты рассматривают возможности информатизации общества
как условие для развития не только высокоиндустриального производства, но и сферы высокоиндустриальных и качественных услуг, прогресса человека, а с другой, по мере нарастания проблем нарастают и требования к обеспечению безопасности информационных
отношений, которые уже привели к формированию самостоятельного направления – информационной безопасности.
В литературе содержится ряд разноречивых определений понятия информационной
безопасности, затрагивающих различные его аспекты. Под информационной безопасностью человека А. А. Тер-Акопов, например, понимает состояние защищенности информации, обеспечивающей жизненно важные интересы человека (витальные, физические, психологические, генетические, репродуктивные, интеллектуальные и духовные)[1]. Данная
дефиниция, безусловно, верна применительно к безопасности человека, конкретно называя интересы, подлежащие защите от различных угроз. Но сама проблема является достаточно сложной и неоднозначной, требующей глубокого изучения и решения.
Нас интересуют вопросы, связанные с безопасностью функционирования и развития
человека, его социальных и природных качеств. Этот интерес связан прежде всего с необходимостью поддержания его активной жизнедеятельности и жизнеспособности, устойчивого функционирования и развития, а также противостояния информационным опасностям и угрозам, негативным информационным технико-технологическим воздействиям на
индивидуальное и общественное сознание, психику людей и т.п.
Во 2-й половине XX в. - с началом перехода развитых стран мира к так называемому
постиндустриальному (или информационному) обществу - стали заметно проявляться негативные стороны этого процесса. Причем более значимым по совокупности характерных
черт, по мнению автора, является техногенное общество, объединяющее индустриальную
и постиндустриальную общественные системы, а информатизация выступает лишь специфической, хотя и важной чертой такого общества, поскольку она не преодолевает, а
154
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
усиливает техногенность, наполняя последней не только производство, но и всю человеческую жизнедеятельность.
Социальная организованность жизни на нашей планете приобретает новые черты в
эпоху техногенного развития общества. Скорее всего, мы сейчас находимся на пике особого перехода жизни на планете Земля, когда на смену биосферной системной организованности приходит социально-природная системная организованность с включением в нее
развивающегося глобального социума, техносферы, ноосферы как духовного явления, постбиосферных форм жизни и остатков разрушающейся биосферы. Нынешнее техногенное
социоприродное развитие является определенным этапом саморазвития земной жизни,
причем информатизация выступает определенной «нервной системой» нового глобального образования.
Безусловно, в таком перевороте жизни решающую роль играют промышленная, научно-техническая, информационно-коммуникативная и другие революции, использование
их достижений для модернизации социума за счет ресурсов биосферы. Достижения НТР в
области информатики и связи, информационно-коммуникативная революция с её Интернетом и телекоммуникационными системами активизируют техногенное развитие общества и земного мира, а также создание глобального мирового сообщества, разрывая национальные границы и неся угрозу национальной идентичности и безопасности многих
народов, приводя к гибели их культуры и языки. Как отмечают социологи, уже в XXI в.
может исчезнуть более 90% языков мира и их диалектов, насчитывающих сейчас свыше 5
тысяч.
В России на техногенное общественное развитие наложились глубокие кризисные
явления, что усугубило негативные процессы в социуме и человеке. Современные требования к информационной безопасности определяются не только противоречиями в информационной сфере, но и сложившимися реальностями - условиями нарастания современного искусственного бытия и существования людей. Как отмечает Э.С. Демиденко, за
1,5 десятилетия государственных «реформ» состояние здоровья молодежи в нашей стране
ухудшилось на 60%, а по интеллектуальному развитию молодежи страна переместилась с
3 на 46 место в мире[2]. В ряде регионов страны ситуация оказалась и того хуже. Так, в
Калининграде только за 4 года (2004-07) детская заболеваемость увеличилась на 17%, в
том числе количество новообразований возросло на 83%; на 48% увеличилось число болезней глаз. Причину последнего, по мнению начальника городского управления здравоохранения А. Рудного, нужно искать в компьютерах, при использовании которых не соблюдаются санитарно-гигиенические требования[3].
По данным Института возрастной физиологии РАО, в школу приходит около 20%
детей, имеющих нарушение психического здоровья пограничного характера, но уже к
концу первого класса их число увеличивается до 70%[4]. Состояние здоровья и уровень
развития психофизиологических возможностей мозга школьников входят в противоречие
с возрастающим уровнем требований и объемом учебных программ современной школы.
Многие дети находятся в состоянии дезадаптации с первых лет обучения и остаются таковыми надолго. Это проявляется в невысокой способности к обучению, снижении учебной
мотивации, в эмоциональных и поведенческих девиациях и пр.
Интенсивное использование информационных технологий в развитых странах мира
ставит перед исследователями и практиками трудный вопрос: как снизить информационную перегрузку, суть которой состоит в том, что количество поступающей, даже полезной
информации превосходит объективные возможности ее восприятия человеком[5]. Первое
с начала нашей эры удвоение знаний человечества произошло в 1750 г., второе - в начале
XX в., третье - в 1950 г. После 1950 г. удвоение знаний происходило каждые 10 лет, после
1970 г. - каждые 5 лет, а после 1991 г. - ежегодно. Объем знаний в мире к началу XXI в.
увеличился более чем в 250 тыс. раз[6].
155
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Исследователям влияния информационного потока на мозг известно, что возникающие при этом перегрузки могут не только нанести существенный вред, но и полностью
нарушить функционирование человеческого мозга. Опасность здесь заключается в том,
что усталость центральной нервной системы проявляется иначе, чем мышечная усталость.
Так, при физических перегрузках человеку все труднее становится выполнять ту или иную
деятельность. В результате он либо ограничивает ее, либо от нее отказывается вовсе, что
позволяет восстановить силы. Мозг человека при информационных нагрузках сначала
обнаруживает усталость, но после преодоления определенного барьера она как бы исчезает, появляется нечто вроде «второго дыхания». В итоге это приводит к неочевидному для
человека, но крайне опасному по последствиям нервному истощению. Следовательно,
информационные нагрузки требуют разработки эффективных средств контроля и регулировки, причем более строгих, чем при физических нагрузках, поскольку природа не сталкивалась доселе со столь мощным уровнем информационного давления, не выработала
действенных механизмов контроля и защиты.
В то же время недостаточная загруженность мозга информационноинтеллектуальной деятельностью также отрицательно сказывается на здоровье человека.
Средняя продолжительность жизни людей, занятых интенсивным интеллектуальным трудом (без перегрузок и психических срывов), превышает этот же показатель у людей, не
занятых таким трудом, но живущих в тех же социальных условиях. Так, в Японии высокая
средняя продолжительность жизни (82 года) объясняется и таким фактором, как высокий
уровень образования и информированности населения. Средняя продолжительность жизни в СССР в конце 80-х гг. XX в. составляла примерно 70 лет, при этом у мужчин – 66 лет,
у женщин – 74 года. У мужчин же с высшим образованием она несколько превосходила 70
лет, а у членов Политбюро КПСС (мужчины) достигала в среднем 76 лет. Высокий потолок долгожительства характерен для профессорского состава вузов и ряда других творческих работников, не подвергающихся систематическим эмоционально-психологическим
перегрузкам. Анализируя эти и многие другие подобные данные, Э.С. Демиденко приходит к выводу, что сейчас намечаются тенденции нарастающего ухудшения состояния здоровья людей в развитых техногенных странах, где «в ближайшие три-четыре десятилетия
наступит стабилизация, а затем начнется падение средней продолжительности жизни»[7].
Уже сейчас в России (в 1985-2005 гг.) средняя продолжительность жизни упала на 5-6 лет,
общее количество инвалидов возросло в 2 раза, а детей-инвалидов – в 3 раза[2].
Таким образом, определенный уровень воздействия положительных информационных нагрузок на мозг человека, особенно связанных с творчеством, должен рассматриваться наряду с такими важными факторами здоровья, как правильное и качественное питание, достаточные физические нагрузки, не изнуряющие организм и чередующиеся с регулярным отдыхом.
В условиях развития мобильной связи и беспроводной информатизации все большую роль в отрицательном воздействии на молодой организм начинают играть искусственные электромагнитные излучения (ЭМИ), поскольку «живая клетка не имеет никаких
защитных механизмов от искусственно созданного ЭМИ, что является одним из главных
факторов, вызывающих сокращение жизни»[8].
Особую опасность непродуманная информатизация представляет для нормального
развития генофонда человечества, претерпевающего в условиях техногенных процессов
на планете опасные изменения. Как отмечает В.З. Тарантул, «в нашу эпоху генофонд человечества испытывает все увеличивающуюся нагрузку в виде радиационного, химического и электромагнитного загрязнения среды обитания, что влечет за собой увеличение
количества мутаций, связанных с развитием различных патологий, в частности опухолевых заболеваний»[9].
156
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Стремительно развивающаяся техногенная урбанизация существенно изменила
магнитный фон Земли, особенно в городах, повысив его в десятки, а в ряде мест - в тысячи раз. Как отмечает Е.А. Стерникова, все живое на Земле окунулось в «искусственное
море» электромагнетизма, переходящее местами в «бушующий и хаотичный океан», когда
уровень волнового воздействия многократно превышает порог безопасной индукции[10].
Излучения антенн, линий связи, особенно мобильной, и самих аппаратов информационной техники так или иначе воздействуют на нервную систему и организм человека в целом. Вопрос о масштабе и отдаленных последствиях такого воздействия изучен недостаточно, но в некоторых аспектах его отрицательный характер уже установлен. Поскольку
плотность и мощность такого излучения возрастают, то увеличивается и экологически негативная его составляющая.
В. И. Барабаш в своих исследованиях искусственных электромагнитных излучений
приходит к выводу, что они крайне опасны для животных организмов, что «катастрофическое воздействие на генную систему человека (и всех животных и насекомых) оказывает
электромагнитное излучение (ЭМИ), а также инфра- и ультразвук и СВЧ-излучение –
электронный смог. Его генетический эффект максимально проявляется во втором-третьем
поколениях. ЭМИ истощает деятельность мозга и эндокринной системы, вызывает психические расстройства и, подобно наркотикам и алкоголю, «производит дебилов»[11]. И хотя генетики заявляют о том, что с закончившейся расшифровкой генома человека можно
будет вводить здоровые гены вместо больных, проводить обширную «генотерапию», мы
не можем быть уверены, что она не ограничится услугами только для «богатеньких» или
же не возникнут какие-либо непреодолимые для массового лечения препятствия. Ведь в
ХХ в. медицина получила весьма широкое распространение и развитие, а количество болезней только за последние 30 лет возросло в 2,5 раза, а онкологических в городах – примерно в 2 раза[12].
Как отмечают некоторые специалисты, «наиболее уязвимы для электромагнитных
полей нервная, иммунная и половая системы. Причем вредное воздействие, подобно радиации, с годами накапливается. По крайней мере, эксперименты на животных показали,
что при длительном контакте с интенсивным источником ЭМИ возникают серьезные заболевания ЦНС (центральной нервной системы. – Н. Л.), лейкозы, опухоли мозга, гормональные нарушения»[13].
Масштабы электромагнитного загрязнения среды обитания людей стали столь существенными, что Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) включила эту проблему в число наиболее актуальных для человечества. А многие ученые относят его к сильнодействующим экологическим факторам с катастрофическими последствиями для живых организмов, особенно для животных и человека. В то же время у молодого человека
вырабатывается психологическая зависимость от техники, и чаще всего игровой.
Результаты социологических исследований молодых людей, проводящих за компьютером ежедневно более 4 часов, показали: около 80% респондентов испытывают «компьютерный голод» при перерывах в работе на ЭВМ хотя бы на один день; 25% опрошенных
ощущают трудности при переключении с компьютерной работы на другое занятие; 17%
респондентов отмечают, что им легче общаться с компьютером, чем с людьми (для лиц,
работающих ежедневно более 8 часов, этот показатель увеличивается до 40%)[14]. Плодящиеся различные компьютерные клубы с их компьютерными играми, перегружающими
психику молодого человека, особенно ребенка, становятся не самой лучшей альтернативой спортивным секциям или просто прогулкам на природе, на свежем воздухе.
Современный молодой человек не мыслит своей жизни без комфортных производственных условий и особенно бытовых благ. Дело в том, что у человечества со временем,
как отмечает З. Бауман, развилась потребность в самых разнообразных благах цивилизации: «...когда просиживание перед телевизором по вечерам еще и не мыслилось, он нам и
157
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
не был нужен, теперь же мы чувствуем себя обделенными и подавленными, когда телевизор выходит из строя»[15]. Что же говорить о подрастающем поколении, которое с самого
рождения погружено в эту психологически востребованную для организма среду, заметим, техногенного характера? Конечно, человечество, вкусившее все блага цивилизации,
никогда не откажется от них, даже если существует угроза его здоровью. Однако только
разумное пользование ими может пойти во благо. Молодой человек, экологически не ориентированный в области информатизации, окруженный в избытке такими вездесущими
атрибутами жилища, как компьютер, цветной телевизор, мобильный или радиотелефон,
микроволновая печь, будет расплачиваться повышенной вероятностью возникновения рака, инфаркта, инсульта, импотенции, бесплодия и психических расстройств.
Таким образом, техногенное общественное развитие усиливается посредством различных компонентов средств информатизации, и обществу следует принять целый комплекс социальных и технико-технологических мер, чтобы снять если и не все, то абсолютное большинство негативных воздействий на организм человека. Особое внимание, по
мнению автора, следует обратить на техногенную проблематику информатизации в техническом вузе, поскольку подготовка инженеров и других специалистов все больше и
больше связана с компьютерами, мобильной связью, аппаратными средствами информатизации. В свою очередь будущие специалисты, вооруженные знаниями опасности техногенного развития общества и земного мира, будут более безопасно строить работу на
предприятиях и в организациях.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Тер-Акопов, А.А. Безопасность человека /А.А. Тер-Акопов. - М.: МНЭПУ, 1998. – С. 168.
Демиденко, Э.С. Быт и семья в советском обществе /Э.С. Демиденко. - М.; Брянск, 2007. – С. 5.
Кириенко, Ю. Будь здоров, Калининград! /Ю. Кириенко //Гражданин. - 2008. - №6. – C. 2.
Письмо Министерства общего и профессионального образования РФ: от 22.02.1999: №220/11-12
//Вестник образования. Приказы и инструкции. -1999. - №11. – С.31-32.
5. Еляков, А.Д. Информационная перегрузка людей /А.Д. Еляков //Социс. - 2005. - №5. – С. 14.
6. Еляков, А.Д. Современная информационная революция /А.Д. Еляков //Социс. - 2003. - №10. – С. 33.
7. Демиденко, Э.С. Технологический прогресс и проблема человека в современном мире /Э.С. Демиденко
//Технологическое образование: состояние, проблемы, перспективы. – Брянск, 2007. – С.24.
8. Сеит-Умеров, М.И. Электромагнитное загрязнение – один из важных вопросов проблем экологии /И.М.
Сеит-Умеров //Международная конференция «Экологическая безопасность жизнедеятельности человека
в XXI веке: проблемы и решения». – М., 2005. – С.129.
9. Тарантул, В.З. Геном человека: Энциклопедия, написанная четырьмя буквами /В.З. Тарантул. – М., 2003.
– С. 308.
10. Стерникова, Е. А. Проблема здоровья молодежи в техногенном обществе /Е. А. Стерникова //Проблемы
современного антропосоциального познания: сб. ст. - Брянск, 2007. - Вып. 5. – С. 128.
11. Барабаш, В.И. ЭМИ производят дебилов /В.И. Барабаш //Жизнь и безопасность. – 1997. – №1. – С. 203206.
12. Агаджанян, Н.А. Болезни цивилизаций /Н.А. Агаджанян, А.Я. Чижов //Глобалистика: энциклопедия. –
М., 2003. – С. 93.
13. Гарин, З. М. Экология для технических вузов /З.М. Гарин, И.А. Кленова, В.И. Колесников. – Ростов н/Д,
2003. – С.66.
14. Кондратьева, Т.В. Воздействие искусственного интеллекта на личность /Т.В. Кондратьева //Человек в
системе социокультурных отношений: сб. науч. ст. - М., 2000. - Вып.3. – С. 101-112.
15. Бауман, З. Мыслить социологически: учеб. пособие /З. Бауман; пер. с англ. под ред. А.Ф. Филиппова. –
М., 1996. – С.209.
1.
2.
3.
4.
Материал поступил в редколлегию 5.02.09.
158
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
УДК 378.02
ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ
М.Л.Потапов, Л.А.Потапов
АНАЛОГИЯ УРАВНЕНИЙ МЕХАНИКИ И ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
С целью совершенствования обучения сопоставлены уравнения механики и электричества.
Ключевые слова: аналогия, механика, электричество, поле, заряд, масса.
Процесс обучения значительно упрощается, если используются аналогии. Освоив
одно понятие, легче запомнить и глубже понять другое, аналогичное первому. Аналогии
широко используются и в инженерной практике.
При описании процессов, протекающих в различных физических средах, часто используются одинаковые по форме алгебраические и дифференциальные уравнения. Это
свидетельствует об аналогии процессов и позволяет выявить аналогичные друг другу величины. Установленные аналогии дают возможность моделировать одни явления с помощью других. Так, достаточно известный метод электрогидродинамической аналогии позволяет экспериментальное исследование сложных фильтрационных течений заменить
изучением соответствующих электрических полей. В этом методе аналогом установившейся фильтрации жидкости выступает постоянный электрический ток.
Также весьма популярным, распространенным инструментом для расчета и моделирования динамических систем является метод электромеханической аналогии. В этом
методе используется аналогия уравнений динамики механических систем и электрических
цепей, а аналогами массы, податливости (жесткости подвески) и трения выступают индуктивность, емкость и сопротивление электрической цепи. При этом аналогом силы, вынуждающей механические колебания, выступает электрическое напряжение. Использование в данном методе формальной аналогии величин ограничивает область его применения. Например, для силы Кориолиса, встречающейся в механических системах, в этом методе нет аналога. Более перспективна и полезна при освоении понятий электромагнетизма
аналогия массы и электрического заряда.
В Х1Х веке среди многих ученых существовало представление об электромагнитных явлениях как о вихревых движениях жидкости. Даже известные уравнения Максвелла, на которых базируется современная классическая электродинамика, получены на основе представлений Гельмгольца о вихревых движениях идеальной жидкости, под которой понимали мировую среду (эфир), заполняющую пространство. Многочисленными
опытами доказано отсутствие такой среды. Однако аналогия уравнений механики и электричества может быть использована. Многие уравнения электромагнетизма можно получить из уравнений механики, заменив в них плотность вещества ρ м (или массу m) на плотность заряда ρ э (или заряд q). Возможен и обратный переход – от уравнений электромагнетизма к уравнениям механики или гидроаэродинамики.
Аналогия уравнений механики и электричества особенно ярко прослеживается для
статических и стационарных полей.
Потенциальные поля – гравитационное и электростатическое – имеют похожие
уравнения, в которых даже размерности соответствующих величин совпадают, если для
электрических величин Е, φ вместо единицы количества электричества (кулон) подставить
единицу количества массы (кг). Так, известному закону всемирного тяготения
qq
mm
F = f 1 2 2 соответствует закон Кулона F = 1 2 2 , и, следовательно, аналогом массы
R
4πε a R
m является заряд q. Плотности вещества или жидкости ρ г соответствует объемная плотность заряда ρ. Гравитационное поле характеризуется напряженностью g = F / m и потен159
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
циалом φ г в соответствии с уравнением g = − gradϕ г , а электрическое – напряженностью
F
и электрическим потенциалом φ в соответствии с аналогичным уравнением
E=
q
E = − gradϕ . Напряженность гравитационного поля обычно называют ускорением земного притяжения, смешивая при этом понятия статики и динамики. Поскольку различий между гравитационной и инерционной массами не обнаружено (по крайней мере, в условиях Земли), то приходится в уравнениях движения на равных правах суммировать ускорения тел с напряженностью гравитационного поля Земли.
Просматривается аналогия и в других уравнениях статических полей. Потенциальной энергии в гравитационном поле Wn = mϕ г соответствует энергия заряженного тела
W = qφ. Уравнению Пуассона в механике ∆ϕ г = −4π fρ г соответствует аналогичное уравq
нение электростатики ∆ϕ = − ρ / ε a . Уравнениям Гаусса для электростатики ∫ Е d S = и
ε
ρ
можно сопоставить уравнения в гравитации ∫ g d S = fm и divg = fρ г и аналоdiv E =
εa
гично вектору электрической индукции D = ε a E ввести вектор индукции гравитационного поля D г = g / f .
В стационарных полях уравнению неразрывности жидкости
dρ г
+ ρ г divv = 0 соdt
dρ
+ div J = 0 , а уравнению движения неразрывной
dt
dv
1
dv
жидкости
со=g−
gradϕ г – уравнение E = − gradϕ + E стор , где ускорению w =
dt
dt
ρг
ответствует напряженность электрического поля постоянных токов E, а напряженности
гравитационного поля g = − gradϕ г – градиент потенциала электрического поля – gradφ.
Роль сторонней напряженности электрического поля Е стор , обусловливающей возникно1
вение постоянного тока, выполняет в гидравлике градиент давления
gradρ .
ответствует закон сохранения заряда
ρг
В гидроаэродинамике [1] вводят понятие циркуляции скорости вдоль замкнутого
контура Г = ∫ (v dl ) = ∫ rot v n d S , а также понятия «вихревая нить» и «интенсивность вихS
ря». В электродинамике используются аналогичные формулы, определяющие магнитную
индукцию B = rot A и магнитный поток Φ = ∫ Bd S = ∫ rot Ad S = ∫ Ad l . Во многих работах
S
[2] показано, что аналогом силы Кориолиса в механике F = m[v ω ] в электродинамике является сила Лоренца F = q[v B ] , а аналогом угловой скорости ω – магнитная индукция
B . Соответственно аналогом скорости v является векторный магнитный потенциал A .
Сравнивая движение несжимаемой жидкости в цилиндрической трубе с постоянным током в цилиндрическом проводнике, можно увидеть следующую аналогию.
Из уравнений Навье-Стокса [3, с. 338] следует
2
 ∂ v ∂ 2v 
∆p
1 d  dv 
∆p
или, в цилиндрической системе координат,
.
η  2 + 2  = −
r  = −
r dr  dr 
ηl
l
∂у 
 ∂x
160
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
муле
Распределение скоростей жидкости по сечению трубы обычно определяют по форv(r ) =
∆p 2
(R − r 2 ) ,
4η l
(1)
где R – радиус трубы; η – динамическая вязкость жидкости; Δр – падение давления на
участке трубы длиной l.
Для цилиндрического проводника радиусом R c током i из уравнения Максвелла
rot rotA = grad divA − ∇ 2 A = µJ . Полагая divA = 0 и считая, что имеетrot H = J следует
ся только одна проекция векторного магнитного потенциала A z , получим в цилиндричеµi
1 d  dA 
ской системе координат
 = − µJ = − 2 .
r
r dr  dr 
πR
dA
µir C
dA
Тогда r
=−
+ . Принимаем C =0, так как при
= −0,5µJr 2 + C , или
dr
dr
2πR 2 r
r = 0 получаем бесконечно большую производную dA/dr.
1 µir 2
Решение последнего уравнения имеет вид A = −
Принимая условие
+C.
4 πR 2
µ ( R 2 − r 2 )i µJ ( R 2 − r 2 )
i
A(r ) =
=
. В итоге
,
А = 0 при r =R , находим C =
4π
4
4πR 2
U
где J = γE =
– плотность тока; U = El – падение напряжения на длине проводника l;
ρl
ρ = 1/γ – удельное сопротивление материала проводника. Учитывая это, запишем последнее уравнение в виде, похожем на уравнение (1):
U (R 2 − r 2 )
.
(2)
A(r ) =
4 ρl
Сравнивая уравнения (1) и (2), видим аналогию распределения скоростей жидкости в трубе и векторного магнитного потенциала в проводнике с постоянным током.
В электродинамике известен эффект сжатия (пинч-эффект), наблюдаемый, например, в цилиндрическом столбе электрической дуги, когда на каждый элемент тока действует радиальная сила F = [ J × B ] , обусловленная магнитным полем, созданным этим током. Используя аналогии индукции B и угловой скорости ω , а также плотности электрического тока J и плотности потока жидкости J m , можно прогнозировать в протекающей
по трубе жидкости (или газе) возникновение сжимающей силы, направленной по радиусу.
Аналогии можно продолжить и дальше. При этом может оказаться, что некоторым
величинам, используемым в механике, соответствуют аналогичные величины в электродинамике, но они не имеют названия (и наоборот). Например, уравнению Максвелла в
∂B
∂ω
электродинамике rot E = −
соответствует в механике уравнение rotw =
= ε . Ве∂t
∂t
∂ω
личина ε =
имеет название – угловое ускорение, а величина rot E используется без
∂t
специального названия.
В табл. 1 – 2 сопоставлены некоторые наиболее употребительные величины и зависимости. При этом хорошо просматривается совпадение размерностей у аналогичных
величин (размерности электрических величин можно получить из размерностей соответствующих механических величин, умножив их на один и тот же коэффициент кг/к).
161
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Величина
Масса
Плотность
Гравитационная сила
Гравитационная постоянная
Напряженность
Гравитационный потенциал
Потенциальная энергия
Заряд
Плотность заряда
Сила (Кулона)
Электрическая постоянная
Напряженность
Потенциал (шара)
Потенциальная энергия
Величина
Плотность потока жидкости
Скорость
Угловая скорость
Ускорение (уравнение
Эйлера)
Угловое ускорение
Плотность тока
Векторный магнитный потенциал
Напряженность электрического поля
Уравнение Максвелла
Статические поля
Обозначение
Гравитационное поле
m
ρг
F=fm 1 m 2 /R2
f
g=fm/R2
φ г = - fm/R
W = mϕ г
Электростатическое поле
q
ρ
qq
F = 1 22
4πεR
1/ε
F
q
E= =
q 4πεR 2
q
ϕ=−
4πεR
W=qφ/2
Динамика
Обозначение
Инерциальные поля
J = ρг v
v
ω = rot v
dv
1
gradρ
w=
=g−
dt
ρг
∂ω
rotw =
∂t
Электродинамика
J = ρv
А
Таблица 1
Размерность
кг
кг/м3
кг∙м/c2
м3/кг∙с2
м /с2
м2 /с2
кг∙м2/c2
к = А∙с
к /м3
кг∙м/c2
кг∙м3/к2∙c2
кг∙м/к∙c2
кг∙м2/к∙c2
кг∙м2/c2
Таблица 2
Размерность
кг/м2∙с
м/с
1/с
м/с2
1/с2
к/м2∙с
кг∙м/к∙с
dA
− gradϕ − − Eстор
кг∙м/к∙с2
dt
∂B
rotE = −
кг/к∙с2
∂t
Магнитная индукция
кг/к∙с
B = rot A
Очень интересные аналогии и далеко идущие выводы, иллюстрирующие суть и
происхождение основных величин электромагнетизма, можно получить, если в уравнения
E=
162
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
движения электрических зарядов ввести массу электростатического поля m э в соответствии с известным уравнением W=m э c, где с – скорость света, W – энергия поля.
Рассмотрим систему двух зарядов, Q и q, находящихся в некоторой системе отсчета
(рисунок) на расстоянии R друг от друга. Если они в этой системе отсчета неподвижны
(их положение не изменяется друг относительно друга), то созданное ими электростатическое поле имеет потенциальную энергию взаимодействия
M
z
qQ
qQ
qϕ
mэ =
.
=
W =
= qϕ и массу поля
z'
4πεRc 2 c 2
4πεR
r
y'
Если эти заряды будут двигаться, то для определения
R
скоростей и ускорений можно воспользоваться известными
0'
формулами механики [3]. Совместим положение заряда Q с наr0
0
чалом координат неподвижной системы отсчета. В некоторой
y
подвижной системе отсчета поместим заряд q (точка М на риx'
сунке) и определим его скорости и ускорения [3]. Абсолютная
x
скорость заряда q получится как сумма относительной скороРис. Заряд q в точке М
сти заряда в подвижной системе отсчета v r и переносной скороподвижной системы
сти v e этой подвижной системы отсчета:
координат (x'y'z')
v a = v r + ve = v r + v0 + [ω × r ] .
Абсолютное ускорение в общем случае будет представлять собой сумму относительного, переносного и кориолисова (поворотного) ускорений:
dv
dv
wa = r + 0 + [ε × r ] + [ω × [ω × r ]] + 2[ω × vr ].
dt
dt
При некоторых типах движений отдельные слагаемые в последнем уравнении могут отсутствовать. Например, при равномерном вращении подвижной системы отсчета
(ω = const) угловое ускорение станет равным нулю (ε = 0), т.е. третье слагаемое в этом
уравнении будет отсутствовать.
Для определения динамической силы, действующей на заряд q, умножим его ускорение на массу m э :
qϕ d (vr + v0 )  dω

+
× r  + [ω × [ω × r ]] + 2[ω × vr ]) .
Fd = wa mэ = 2 (
dt
c
 dt

Для определения результирующей силы, действующей на заряды, необходимо получившуюся динамическую силу (обусловленную относительным движением заряда q)
просуммировать с кулоновской (обусловленной взаимодействием двух заряженных тел).
Учитывая то, что кулоновская сила в общем случае определяется через градиент потенqQ
циала Fk =
= qE = −qgradϕ , запишем итоговое уравнение для силы, действую4πε a R 2
щей на заряд q (движущийся относительно заряда Q):
qϕw
ϕ
ϕ d (vr + v0 + [ω × r ]) ϕ
F = −qgradϕ + 2 a = q (− gradϕ + 2
+ 2 [ω × [ω × r ]] + 2 2 [ω × vr ]) .
dt
c
c
c
c
В электродинамике сила, действующая на заряд, определяется через напряженность электрического поля:
dA
F = qE = q (− gradϕ −
+ vr × B ) .
dt
Сравнивая два последних уравнения, можно сделать ряд выводов. Сначала можно
увидеть, что магнитная индукция определяется уравнением
2ϕω
(3)
B= 2 ,
с
т.е. не только аналогична угловой скорости, но и количественно определяется через нее.
163
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
да q:
Далее, векторный магнитный потенциал определяется абсолютной скоростью заряA=
ϕva
=
ϕ (vr + v0 + [ω × r ])
.
(4)
c
с2
Уравнения (3) и (4) позволяют увидеть более глубокую связь магнитной индукции
ϕ (v 2 + v0 + [ω × r ]) 2ϕω
и векторного потенциала:
= 2 = B.
rot A = rot
c2
c
Затем можно увидеть, что напряженность электрического поля включает в себя не
три, а четыре слагаемых, т.е. одно из слагаемых, по-видимому, проявляется не всегда, а
только при определенных условиях. При неизмененном значении ω это слагаемое можно
представить в виде градиента квадрата линейной скорости:
 v2 
1ϕ
1
ϕ
ϕ 2  .
[
]
×
×
=
−
×
=
−
[
]
(
)
ω
ω
ω
r
grad
r
grad
 c 
2 c2
2
c2


Объединяя это слагаемое с аналогичным, определяющим кулоновскую составляю2
щую силы, находим F = q ⋅ grad ϕ 1 + v  , т. е. её нужно учитывать при скоростях,
 

к
2c 2 
 
2
1 v 2 , можно счи≈ 1+
2 c2
1 − v2 / c2
тать, что недостающее слагаемое в уравнении электродинамики учитывается при высоких
скоростях с помощью релятивистской поправки.
Подобным образом, взяв операцию rot от уравнения (1), можно получить уравнение механики, аналогичное уравнению Максвелла:
dv
dω
 dv

.
rotwa = rot  r + 0 + [ε × r ] + [ω × [ω × r ]] + 2[ω × v 2 ] = ε =
dt
dt
 dt

Из сравнения полученных уравнений можно сделать еще один важный вывод: напряженность электрического поля и магнитная индукция обусловлены относительными
скоростями и ускорениями зарядов. Так же как при движении инерционных масс при наличии ускорения и угловой скорости возникают инерционные силы (например, сила Кориолиса), так и при относительном движении электрических зарядов создается напряженность электрического поля и магнитная индукция и возникают силы взаимодействия между зарядами (например, соответствующая силе Кориолиса сила Лоренца).
Установленные аналогии позволяют легче понять, представить и запомнить порой
довольно сложные уравнения в новой изучаемой области явлений. Использование аналогий позволяет также сформулировать некоторые зависимости, отсутствующие в смежных
областях.Так, используя известные в электродинамике уравнения Максвелла и Гельмгольца, можно попробовать установить аналогичные зависимости в гидроаэродинамике и
т.д.
сопоставимых со скоростью света. Учитывая, что
1
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Самойлович, Г.С. Гидрогазодинамика / Г.С. Самойлович. –М.: Машиностроение, 1990.–384с.
2. Бабецкий, В.И. О гравитационном аналоге явления электромагнитной индукции / В.И. Бабецкий// Изв.
вузов. Физика. – 1978. - № 10. - С.16–20.
3. Яворский, Б.М. Справочник по физике/ Б.М.Яворский, А.А. Детлаф. – М.: Наука,1977. – С.28 – 29.
Материал поступил в редколлегию 3.02.09.
164
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
УДК 538.915
А.А. Сидоров, В.Е. Холодовский, Е.А. Кульченков,
М.А. Бавкунов, Д.В. Авдащенко, С.Е. Малофеев
ИССЛЕДОВАНИЕ ИМПУЛЬСНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОНОВ
В УГЛЕРОДЕ ПО КОМПТОНОВСКИМ ПРОФИЛЯМ
Исследованы комптоновские профили углерода со структурой графита и алмаза. Установлено влияние
структуры вещества на импульсное распределение электронов в этих кристаллах. Показана зависимость
атомно-рассеивающего фактора углерода от типа кристаллической структуры. По экспериментальным данным рассчитаны радиальные электронные плотности для двух типов кристаллических решеток углерода.
Построена карта распределения электронной плотности в алмазе в плоскости (100).
Ключевые слова: эффект Комптона, импульсная аппроксимация, электронная плотность, рентгеновское излучение, атомно-рассеивающий фактор.
Изучение процессов, происходящих при рассеянии рентгеновских лучей, дает обширную информацию о строении и свойствах вещества. Как известно, по частотному признаку различают два вида рассеяния: упругое, при котором частота рассеянных волн не
изменяется, и неупругое, происходящее с изменением длины волны [1]:
h
θ
λ1 − λ = ∆λ =
(1 − cosθ ) = 2λc sin 2 ,
mc
2
где λ и λ 1 – длины волн падающего и рассеянного излучений соответственно; λ с = 0,0243
Å – комптоновская длина волны; θ - угол рассеяния.
К первому типу рассеяния относится широко используемое брегговское, в котором
достигнут значительный успех в исследовании свойств вещества. В отличие от упругого,
неупругое рассеяние (НР), к которому относится комптоновское рассеяние, позволяет получить важную информацию об импульсно-энергетических характеристиках электронов
вещества.
Несмотря на актуальность проблемы, известно относительно небольшое число экспериментальных работ зарубежных исследователей. Из отечественных опубликована одна
работа [2]. Большое количество работ посвящено теоретическим аспектам комптоновского рассеяния.
Целью настоящей работы являлось экспериментальное исследование комптоновского профиля углерода с различными типами кристаллической решетки для выяснения
влияния структуры вещества на импульсное распределение электронов в кристаллах.
Исследование НР связано с определенными трудностями, основными из которых являются чрезвычайно малая интенсивность этого излучения, отсутствие серийно выпускаемых рентгеновских аппаратов, предназначенных для исследования данного вида рассеяния. Наиболее распространенные дифрактометры рентгеновские общего назначения
(ДРОН) не приспособлены для такого рода исследований. Для преодоления этих трудностей в рентгеновском дифрактометре ДРОН-3 нами были введены дополнительные устройства, усовершенствованы отдельные его узлы. Оптическая схема установки приведена
на рис. 1.
Ранее аппарат был сопряжен с ЭВМ, создано необходимое программное обеспечение
[3]. С целью повышения временнόй стабильности и исключения влияния индустриальных
помех питание рентгеновского аппарата осуществлялось от стабилизированного трехфазного источника, изготовленного по схеме «мотор-генератор» [4]. Предпринятые меры по-
165
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
зволили получить временнỳю стабильность работы аппаратуры порядка 0,1% и исследовать НР в широком интервале углов: 0 ≤ ϑ ≤ 155°.
В качестве кристалла-анализатора (КА) использовался монокристалл LiF с межплоскостным расстоянием d = 2,016 Ǻ. Гониометрическое устройство ГУР-8 совместно с КА
и детектором представляло собой широкодиапазонный анализатор спектра длин волн
рентгеновского излучения с энергетическим разрешением ∆E ≤ 20 эВ
(δλ ≤ 10-3 Ǻ). Измерения проводились с использованием молибденовой трубки с длиной
волны λ Кα = 0,7114 Ǻ (Е = 17,46 кэВ), шагом сканирования ∆2ϑ = 0,02º и временем экспозиции 2000 с. Угол рассеяния θ составлял 155º.
На рис. 2 показаны комптоновские профили от поликристаллических графита и алмаза с гексагональной и кубической кристаллическими решетками соответственно.
I, imp/s
3
12
10
l
4
8
1
С алмаз
2
6
4
С графит
2
0
Рис. 1. Схема установки для получения
комптоновских профилей с фокусировкой
кристалла-анализатора
по
Бреггу-Брентано: РТ – рентгеновская
трубка; РВ – рассеивающее вещество;
Д – детектор; щ1, щ2, щ3 – фокусирующие щели
0,7
λ
λ10,76 λi
0,74
0,72
0,78
0,8Å
λ,
Рис. 2. Комптоновские профили алмаза и графита: 1 – неизмененная длина волны λ; 2 – линия комбинационного рассеяния, 3 – комптоновская линия λ1; 4 – длина волны профиля λi
Основным приближением в теории комптоновского профиля (КП) является так называемая импульсная аппроксимация (ИА).
Проекция импульса на ось рассеяния
mcl
mω k m
q=
−
= (ω10 − ω1 ) =
ϑ
2
k
k
2λ sin
2
характеризует отклонение l = λ i - λ 1 длины волны профиля λ i от центра комптоновской

линии λ 1 ( k – волновой вектор).
Выражение для импульсной аппроксимации имеет вид
∞
J (q ) = ∑ J i (q ) = 2π ∑ ∫ χ1 ( p ) pdp ,
2
i =1
q
(1)

где χ i (p) – Фурье-компонента волновой функции ψ i ( r ) основного состояния i-го электро
на в атоме с импульсом p . Функция J(q) (1) называется комптоновским профилем (КП) и
является основным соотношением теории ИА [5].
Обычно на практике используется обратная процедура, т. е. вначале выбирается система волновых функций ψ i , находится теоретическое значение J(q) и сравнивается с экспериментальным профилем. В случае значительного расхождения берется другая система
функций и процедура повторяется. Подобрав достаточно точно χ i (p), описывающую КП,
166
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
можно найти распределение импульсов электронов в кристалле. В свою очередь, распределение импульсов связано через Фурье-преобразование с распределением электронной
плотности в кристалле.
Основной вклад в комптоновский профиль дают слабо связанные с ядром атома
внешние электроны. Волновые функции этих электронов в твердом теле сильно отличаются от ψ-функции для уединенных атомов. Следовательно, КП несет в себе информацию
о внешних валентных электронах, характеризующих химическую связь в веществе.
Электронное строение изолированного атома углерода имеет вид 1s22s22p2, где в каждом из трех состояний находится по 2 электрона. В первом приближении в качестве волновых функций, описывающих состояния 1s, 2s и 2p, выберем базисные ортонормированные волновые функции водородоподобного атома соответственно:
ψ 1, 2 (r1, 2 ) =
1
πa
3
e
−
r1, 2
a
,
r  −

ψ 3, 4 (r3, 4 ) =
1 − e

8 π a 3  2a 
1
ψ 5, 6 ( r ) =
r5, 6
1
8 πa
a
3
e
−
r5 , 6
r3 , 4
2a
,
(2)
2 cos(ϑ ) ,
2a
1
 1
= rb , m – масса электрона, е – заряд электрона, Z – заряд ядра,
2
Z
me Z
r b – боровский радиус.
Импульсные функции χ i (p) в выражении (1) находились с помощью Фурьепреобразования выбранных базисных электронных волновых функций:
1
χ i ( p) =
ψ (r )e −ipr cosϑ dV ,
3 ∫ i
2π V
где a =
(
)
где dV = r sin(θ ) dθ dϕ dr .
В сферических координатах χ i (p) имеет вид
1
(3)
χ i ( p) =
ψ (r )e −ipr cosϑ r 2 sin(θ )dθdrdϕ ,
3 ∫∫∫ i
2π
где интегрирование ведется по всему диапазону значений каждой из переменных: r∈[0;∞],
θ∈[0;π], ϕ∈[0;2π].
Преобразование (3) дает выражения для каждой из Фурье-компонент:
2
(
)
χ1, 2 ( p) =
2 2a 3
1
,
χ 3, 4 ( p ) =
16 a 3
π
(1 + p a )
(4 p a − 1) ,
(1 + 4 p a )
χ 5, 6 ( p ) =
64 a 5 p
1
π
π
2 2
2
2
2
2
2 3
(1 + 4 p a )
2
2 3
.
Вычисление интегралов типа (1) для каждого из трех состояний позволяет получить
уравнение, аппроксимирующее комптоновский профиль:
16 a 2
1
J ( q ) = ∑ J ( qi ) =
3 π 1 + q 2 a2
i =1
3
(
)
3
(
)
(
(
)
2
4
2
256 a 1 − 10 q a + 40 q a
128 a 1 + 20 q a
. (4)
+
+
2 2 5
2 2 5
π
15 π
5
1+ 4 q a
1+ 4 q a
2
(
167
4
)
2
)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Интенсивность, отн. ед.
Интенсивность, отн. ед.
Введем вариационные параметры µ 1 , µ 2 , µ 3 в постоянную а для каждого из трех слагаемых соответственно. Изменяя µ i , подбираем форму КП, описываемого выражением (4),
наиболее близкую к экспериментальным значениям.
На рис. 3 и 4 показаны правые части КП, аппроксимированных выражением (4).
1,0
0,8
0,6
0,4
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,2
0,0
0,76
0,0
0,0
0,75
0,79
0,81
λ, Å
Рис. 4. КП алмаза: ▪▪▪ – экспериментально полученный;
теоретически
–

рассчитанный
0,78
0,80
0,82
λ, Å
Рис. 3. КП графита: ▪▪▪ – экспериментально
полученный;
–
теоретически рассчитан-
0,77
Для каждого из выражений (2) находим радиальное распределение электронной
2
плотности ρ i , j (ri , j ) = 4πri 2,j ψ i , j :
ρ1, 2 (r1, 2 ) =
4r12, 2
a
3
e
−
2 r1, 2
a
,
2
r 2  r  − r3, 4
ρ 3, 4 (r3, 4 ) = 3, 43 1 − 3, 4  e a ,
2a 
2a 
ρ 5,6 (r5,6 ) =
r54, 6
−
(5)
r5 , 6
a
.
24a
Согласно принципам теории вероятности, результирующая радиальная электронная
плотность представляется в виде суммы:
5
e
6
ρ (r ) = ∑ ρ i , j (ri , j ) .
i =1
Учитывая равенства (5), окончательно получаем
2
2r
r
r
8
1 
r  −
1 −a 4
(6)
ρ ( r ) = 3 e a r 2 + 3 1 −  e a r 2 +
e r ,
a
a  2a 
12a 5
где в постоянную а каждого из слагаемых входят полученные ранее значения μ 1 , μ 2 , μ 3 .
На рис. 5 приведены радиальные распределения электронных плотностей в атомах
кристаллов графита и алмаза, рассчитанные по формуле (6).
Радиальная плотность ρ(r) связана с атомно-рассеивающим фактором (АРФ) выражением
∞
sin( kr )
f = ∫ ρ (r )
dr .
kr
0
С учетом формулы (6) АРФ принимает вид
168
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
2
f =
2
+2
(1 − 3k a + 2k a ) + 2 (1 − k a ) .
(1 + k a )
(1 + k a )
2
2
4
4
2
2 4
2
(7)
2 4
 k a 
1 +

4 

На рис. 6 приведены графики АРФ для графита и алмаза, полученных из выражения
(7), а также теоретически рассчитанного методом Хартри-Фока для уединенных атомов
[6].
2
2
40
ρ(r), Å
2
2
f6
1
5
30
4
2
3
20
3
2
1
10
2
1
0
0
0,0
0,5
1,0r, Å
0
0,5
1
k1,5
Рис. 6. f-кривые: 1, 2 – для графита и алмаза
соответственно; 3 – рассчитанная по методу
Хартри-Фока для уединенного атома углерода [6]
Рис. 5. Радиальные электронные плотности:
1 – графита; 2 – алмаза
Из рис. 5, 6 видно, что тип кристаллической структуры углерода существенно влияет
на АРФ. Отметим также, что в структурированном веществе значение атомнорассеивающего фактора значительно отличается от АРФ уединенного атома.
Используя экспериментально полученные из комптоновского профиля значения
АРФ для алмаза и основываясь на методике, изложенной в [7], мы построили карту распределения электронной плотности в плоскости (100) (рис. 7). В кристалле алмаза, как и в
кремнии, наблюдаются электронные мостики между ближайшими атомами, причем с
бóльшими значениями электронной плотности.
Распределение электронной плотности в
кристалле определяет его прочностные харакТаблица
Значения модуля растяжения E [8],
электронной плотности ρ кремния [7] и
алмаза в зависимости от кристаллографических направлений
Вещество
Si
Рис. 7. Карта распределения электронной
плотности в плоскости (100) для алмаза
Cал
169
03
[hkl ]
E , ГПа
ρ , эл A
100
110
111
100
110
111
131
175
199
1052
1162
1202
0,0119
0,0487
0,1230
0,192
0,206
0,225
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
теристики. В таблице приведены значения электронной плотности для веществ с одним
типом кристаллической решетки (C ал и Si) и значения модуля растяжения вдоль основных
кристаллографических направлений. Из приведенных данных видно, что имеется определенная корреляция между распределением электронной плотности и модулем растяжения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Compton, A.H. The Spectrum of Scattered X Rays/ A.H. Compton //Physical Review. – 1923.–№2. – C. 409.
Швецов, Л.В. Комптоновское рассеяние рентгеновских лучей и состояние электронов связи в легких
элементах и соединениях/ Л.В. Швецов// Химическая связь в кристаллах и их физические свойства. –
Минск: Наука и техника, 1976.-Т.1. – С. 73-77.
Кульченков, Е.А. Структурный множитель и атомно-рассеивающий фактор кремния: дис…. магистра/
Е.А. Кульченков. – Брянск, 2001. – 76 с.
Сидоров, А.А. Тепловое расширение, среднеквадратичные смещения и ангармонизм колебаний атомов
Si, BNβ, GaP и твердых полупроводниковых растворов систем (JnP)x(JnAs)1-x, (GaAs)x(JnAs)1-x в области 7 – 310 К по рентгенографическим данным: дис…. канд. физ.-мат. наук/ А.А. Сидоров. – Брянск,
1987. – 224 с.
Cooper, М. Compton Scattering and Electron Momentum Distribution/ М. Cooper //Advan. Phys.– 1971. – C.
453.
Миркин, Л.И. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов/ Л.И. Миркин; под ред.
Я.С. Уманского. – М.: Гос. изд-во физ.-мат. лит., 1961. – 863 с.
Кульченков, Е.А. Расчет распределения электронной плотности и потенциала по данным упругого рассеяния рентгеновских лучей в кристаллах со структурой алмаза/ Е.А. Кульченков, А.А. Сидоров// Вестн.
БГТУ.– 2007.–№2. – С. 118 – 123.
Свойства элементов: справочник/ под ред. Г.В. Самсонова. – М.: Металлургия, 1976.- Ч.1. – 599 с.
Материал поступил в редколлегию 26.05.09.
170
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Авдащенко Дионисий Васильевич, ассистент кафедры «Общая физика»
БГТУ, тел.: (4832) 58-82-27.
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.
Агеенко Алексей Владимирович, аспирант кафедры «Автоматизированные
технологические системы» БГТУ, е-mail: atsys@tu-bryansk.ru.
Бавкунов Максим Александрович, соискатель кафедры «Теоретическая
физика» БГУ, тел.: (4832) 66-61-53.
Бишутин Сергей Геннадьевич, д.т.н., профессор кафедры «Триботехнология» УНТИ БГТУ, тел.: (4832) 58-82-79.
Болдырев Алексей Петрович, д. т. н., профессор, зав. кафедрой «Динамика
и прочность машин» БГТУ, тел.: (4832) 56-08-10.
Воронцова Юлия Александровна, к. п. н., доцент кафедры «Иностранные
языки» БГТУ, тел.: (4832) 56-23-13.
Гольдштейн Сергей Людвигович, д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Вычислительная техника» Уральского государственного технического университета – УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина,
е-mail: katyona@bk.ru.
Горленко Олег Александрович, д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Управление качеством производственных и технических систем», засл. деятель науки
РФ, проректор по качеству и инновационной работе БГТУ, тел.:
(4832) 56-62-11.
Горюнов Илья Георгиевич, аспирант кафедры «Информатика и прикладная
математика» ТГТУ, г. Тверь, тел.: 8-915-748-97-99.
Жиганов Николай Константинович, д.ф.-м.н., профессор, зав. кафедрой
«Информатика и прикладная математика”»ТГТУ, г. Тверь, тел.: (0822)
44-91-90.
Кульченков Евгений Александрович, ст. преподаватель кафедры «Общая
физика» БГТУ, тел.: (4832) 58-82-27.
Лагерев Александр Валерьевич, д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Подъемно-транспортные машины и оборудование», ректор БГТУ, тел.: (4832)
56-09-05.
Лапченко Наталья Николаевна, аспирант кафедры «Философия, история и
социальное управление» БГТУ, e-mail: lnn@inbox.ru.
Ларичева Елена Анатольевна, к.э.н., доцент кафедры «Экономика и менеджмент» БГТУ, e-mail: helenette@yandex.ru.
Лозбинев Фёдор Юрьевич, д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Математика и
информационные технологии» Брянского филиала ОРАГС, заместитель директора департамента промышленности, транспорта и связи Брянской области, тел.: (4832) 66-14-95; е-mail: dpts@bryanskobl.ru.
171
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Малофеев Сергей Евгеньевич, соискатель кафедры «Теоретическая физика» БГУ, тел.: (4832) 66-61-53.
Малышева Екатерина Николаевна, аспирант кафедры «Вычислительная
техника» Уральского государственного технического университета – УПИ
имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, е-mail: katyona@bk.ru.
Мефёд Евгений Валерьевич, аспирант кафедры «Динамика и прочность
машин» БГТУ, тел.: (4832) 56-08-10.
Надуваев Владимир Васильевич, к.т.н., доцент кафедры «Компьютерные
технологии и системы» БГТУ, тел.: (4832) 56-49-90.
Ольшевский Алексей Андреевич, к. т. н, доцент кафедры «Динамика и
прочность машин» БГТУ, тел.: (4832)56-08-10.
Петрешин Дмитрий Иванович, к. т. н., доцент кафедры «Автоматизированные технологические системы» БГТУ, е-mail: atsys@tu-bryansk.ru.
Попков Владимир Иванович, к.т.н., доцент, профессор кафедры «Общая
физика», засл. работник высшей школы Р Ф, первый проректор по учебной
работе БГТУ, e-mail: popkov@tu-bryansk.ru.
Потапов Леонид Алексеевич, д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Промышленная электроника и электротехника» БГТУ, тел.: (4832) 58-82-32.
Потапов Максим Леонидович, к.т.н., доцент кафедры «Информатика и
программное обеспечение» БГТУ, тел.: 89191937456.
Проскурин Александр Сергеевич, ст. преподаватель кафедры «Управление
качеством производственных и технических систем» БГТУ, тел.:
(4832) 58-82-04.
Роганова Наталья Анатольевна, ст. преподаватель МГИУ, е-mail:
roganova@msiu.ru.
Сазонов Сергей Петрович, к.т.н., доцент, профессор кафедры «Автомобили
и автомобильное хозяйство, проректор по научной работе БГТУ, тел.: (4832)
51-03-56.
Сакало Алексей Владимирович, ассистент кафедры «Прикладная механика» БГТУ, тел.: (4832) 56-86-37.
Сергеев Сергей Александрович, к.т.н., ст. преподаватель кафедры «Машиностроительные технологии и оборудование» КГТУ, г. Курск, е-mail:
ssa-cib@yandex.ru.
Сидоров Александр Алексеевич, к.ф-м.н, доцент, зав. кафедрой «Теоретическая физика» БГУ, тел.: (4832) 66-61-53.
Учаев Петр Николаевич, д.т.н., профессор кафедры «Машиностроительные
технологии и оборудование» КГТУ, г. Курск, тел.: (4712) 58-71-16.
Фатьков Эдуард Александрович, аспирант кафедры «Динамика и прочность машин» БГТУ, тел.: 8-920-847-16-90.
Федонин Олег Николаевич, д. т. н., профессор, зав. кафедрой «Автоматизированные технологические системы» БГТУ, е-mail: atsys@tu-bryansk.ru
Федяева Екатерина Арнольдовна, аспирант кафедры «Прикладная механика» БГТУ, тел.: (4832) 56-86-37.
172
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Хандожко Виктор Александрович, к. т. н., доцент кафедры «Автоматизированные технологические системы» БГТУ, е-mail: atsys@tu-bryansk.ru.
Холодовский Владимир Евгеньевич, к.ф-м.н, доцент кафедры «Математический анализ» БГУ, тел.: (4832) 66-61-53.
Шарафутдинов Геннадий Зиатдинович, д.т.н., вед. науч. сотрудник института механики МГУ, е-mail: sharaf@imec.msu.ru.
Шец Сергей Петрович, к.т.н., доцент кафедры «Автомобили и автомобильное хозяйство» БГТУ, тел.: (4832) 58-22-31.
Школина Татьяна Викторовна, вед. инженер кафедры «Управление качеством, стандартизация и метрология» БГТУ, тел.: (4832) 58-83-22.
Шкумат Елена Владимировна, ст. преподаватель кафедры «Компьютерные
технологии и системы» БГТУ, тел.: (4832) 56-49-90.
Эманов Сергей Леонидович, ст. преподаватель кафедры «Начертательная
геометрия и графика» БГТУ, е-mail: slemanov@yandex.ru.
173
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
Abstracts
Lagerev A.V. Development results and development prospects of Bryansk state technical
niversity. Data characterizing the level of all activities achieved at Bryansk State Technical Uni
versity (BSTU) are represented. Perspectives of the University development for a short- and medium-term period are defined.
Key words: development results, development prospects, scope of activity, BSTU.
Popkov V.I. Innovative processes – a basis of development of professional educational programs in BSTU. Questions of development of professional educational programs at university
on the basis of innovative processes are considered.
Key words: educational programs, innovative processes, Bologna process, specialist, goaloriented training.
Gorlenko O.A. The innovative approach to educational, scientific, administrative and to
other kinds of activity in high school. The nonconventional organisation educational, scientific,
administrative and other kinds of activity in high school from a position of the process approach
within the limits of typical system of quality is considered. Experience of Bryansk state technical
university in this area is stated.
Key words: the process approach, educational activity, scientific, administrative activity, system
of quality of high school.
Sazonov S.P. State and basic directions of Bryansk state technical university scientific activity.
Basic directions of University scientific researches and their principle results in the recent years are presented, data on major publications and students' research achievements are given.
Key words: scientific directions, scientific schools, research volume, research work effective ness, students' science, publishing activity, contests.
Averchenkov V.I. New mechanisms of science, education and small industrial enterprises
interaction in the sphere of high tech application in mechanical engineering. New interaction mechanisms of innovational educational centers created at regional technical universities
and small industrial enterprises are considered. High tech concept in mechanical engineering,
problems of industrial enterprises and ways of their solving in cooperation with universities’ innovational centers are described.
Key words: centers of innovation, new technology, small enterprise, cad-cam.
Bishutin S.G. Formation of thin superficial structures at finishing grinding. The mechanisms of formation microstructure and nanostructure of superficial layers of details are described
at finishing grinding. The basic parameters of process of processings influencing formation of
thin superficial structures are determined.
Key words: аbrasive machining; thermal and power influences; surface microstructure; surface
nanostructure; superficial layer.
Gorlenko O.A., Proskurin A.S. Perfection of a method of trial preparations on maintenance оf parametres of quality of their surfaces. Abbreviated method of mathematicalstatistical treatment of the planned experiments is proposed. It will allow to quickly analyze the
results of multifactorial experiments type 2n. Comparison of the traditional and proposed methods of processing experimental data of experiment 23, with 2 repetitions is made.
Key words: planned experiments, dispersion and regression analyses, on-line statistical analysis,
factor score, verification of value and adequacy.
Fedonin O.N., Petreshin D.I., Khandozhko V.A., Ageenko A.V. Modernization of the metal
cutting machine tools applied in the conditions of automated manufacture. The approach to
modernisation of the metalcutting machine tools applied in the conditions of automated manufacture is presented. The general operations procedure which are necessary for carrying out at
modernisation of control systems of metal-cutting machine tools is presented.
Key words: the metalcutting machine tool with CNC, the automated manufacture, modernisation, a control system, the block diagramme.
Boldyrev A.P, Fatkov E.A. Imitating modelling of work of perspective absorbing devices
avtostsepki on railway tanks. It is carried out research of operation of perspective cushioning
devices on tanks by simulation modeling. In article tasks of start-up in a course and braking ac174
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
tions of bulk trains, and also shunting operations are considered. In article criteria of an overall
performance of cushioning devices are certain.
Key words: cushioning device, draft gear, criterion of efficiency, automatic coupling, cistern
car.
Mefyod E.V. Realization of some elements of the technique of the estimation of durability
of slider bearing by system of criteria of damage of friction surfaces. In article describe realization of some parts of the general algorithm of modeling of damage of support of sliding as
libraries of algorithms of digitization of a sleeve bearing, the task of a level of initial damage and
calculation of stress intensity factor.
Key words: durability of slider bearing, system of criteria of damage of friction surfaces, libraries of algorithm, stress intensity factor.
Uchaev P.N., Sergeev S.А. Efficiency chain glutches. On the basis of the data of kinematic and
power research of a drive with chain glutches existing and new designs energy losses in kinematic steams are estimated and dependences of EFFICIENCY on constructive and operational
parametres glutches are received.
Key words: chain clutch, efficiency, capacity.
Emanov S. L. Interaction elastic sling with a package of bricks. The article describes the
mathematical model of interaction elastic sling with a package of bricks in which taken into consideration the displacement of brick to the center of package and sliding elastic sling on package
of bricks. Some results of calculation are presented.
Key words: package of bricks, displacement of brick to the center of package, sliding sling, variations of tensioning the sling
Sakalo A.V. Mathematical simulation of profiles of worn-out surfaces of rolling bodies. The
method of approximation of profiles of worn-out surfaces of rolling bodies by using of quartic
polynomial function for profile segments and joining them by coordinates of boundary points
and the first derivative of the approximation function is developed.
Key words: surface profile, approximation function, polynomial.
Fedyaeva E. A., Olshevskyi A.A. Modeling of deterioration in freight wagon center plate.
The method and computer modeling results of dynamical loads and deterioration in freight wagon center plate are present at the base of program complexes UM and DSMFem combination.
Key words: modeling of deterioration, freight wagon center plate, dynamical loads, contact
pressure.
Shec S.P. The model test of rolling friction with а slip of borderline lubrication. There are
descriptions of experimental setup, principles and data of effort of slippage in the rolling friction
with using various lubrication. Analysed the results of experimental research, as well as given a
rate of its practical application.
Key words: channeling factor, line contact, lubricant, thermal expansion, friction pair, coefficient of rolling friction.
Lozbinev F.Y. Estimation of vitality of the welded joins in carrying design of cars. The variant of the method of the vitality of the welded join in carrying design of car is stated. The features of durability of some steel are broughted. The particularities of the estimation vitality at
presence of the initial technological rifts are shown. The method of increasing to vitality for
study of the designing is offered.
Key words: durability rifts, vitality, the damaging cycles of the voltages, factor of the intensities
of the voltages, the initial technological rifts, mechanics of the destruction.
Roganova N.A, Sharafutdinov G.Z. Modeling of mechanical properties of deformable nonhomogeneous isotropic materials. We consider some problems of the plane theory of elasticity
for non-homogeneous bodies at a constant Poisson's ratio. A scheme for determining the stress
component in the tube of an non-homogeneous isotropic elastic material is given.
Key words: the theory of elasticity, plane problem, non-homogeneous materials.
Goryunov I.G. Giganov N.K. Decision-making of situational management in the automated
queuing systems. In article questions of rise of productivity of the automated queuing systems
by situational management application, and risk estimation of acceptance incorrect solutions on
175
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)
correction of situational management algorithm values during queuing system functioning are
considered.
Key words: decision theory, situational management, automated queuing system, imitative experiments.
Malysheva E. N.,Goldstein S. L. Invariant package of algorithmic models of activity. Clause
is devoted to the description of activity. The invariant package of algorithmic models of activity
in structure of causing algorithm of a package-invariant and its decomposition according to complexity of object, fixing of its condition, works on aspects of activity and between aspects is offered to interaction, and also on summarizing.
Key words: invariant, activity, algorithmic modelling.
Averchenkov V.I., Shkumat E.V., Naduvaev V.V. The methods of designing the content
part of electronic educational resources (EER) for special technical disciplines. The paper
studies the generalized approach to designing the content of educational electronic resources on
the basis of forming integrated methodology of instruction in special technical disciplines with
the wide use of modern information technologies and educational resources.
Key words: еlectronic educational resources (EER), designing EER.
Laricheva E.A. Influence of innovative cultures on shaping and realization of strategies of
the enterprise. The article gives views of the author about innovative culture of the enterprise.
The program of transformation of conservative culture in innovative culture is offered.
Key words: innovative culture, index of innovative culture, motivation to innovations, personnel
management, resistance to change.
Shkolina T.V. Modeling of the integrated management system of hazardous production facility. Imitating model of quality management system of hazardous production facility used for
system research and optimization is offered.
Key words: hazardous production facility, integrated management system, optimization, effectiveness, risk.
Vorontsova Yu.A. Technological culture as the component of training production managers. There is considered the technology notion, there is underlined the role of the production
managers in developing new designs and technologies. There are revealed the notions of technological, administrative, informational and economic types of culture and their components. There
is underlined an important role of the educational methods in teaching technological culture to
the production managers.
Key words: technology, technological culture, production managers, managerial culture, economic culture, individually-oriented education.
Lapchenko N. N. The problems of security of human beings in conditions of
informatization of a society. In this article the questions concerned with the security of functioning and changes of a human being, his social and natural qualities are dealt.
Key words: informatization, information environment, the security changes of a human being.
Potapow M.L., Potapow L.A. The analogy of the equations mechanics and electricity. Collation of the equations mechanics and electricity is executed for the reason improvements of the
education. The revealled analogies promote more deep understanding and assimilation corresponding equations.
Key words: analogy, mechanic, electricity, field, charge, mass.
Sidorov A.A., Kulchehkov E.A., Holodovskiy V.E., Bavkunov M.A., Avdaschenko D.A.,
Malofeev S.E. Study of pulsed electron distribution in carbon for Compton profile. Compton profile study of carbon with the structure of graphite and diamond. The influence of substance structure on the pulse distribution of electrons in crystals. We show the dependence of
atomic scattering factor of carbon from its crystal structure. The radial electron density for the
two types of crystal lattices of carbon. A map of the distribution of electron density in the diamond in the plane (100) are calculated from the experimental data.
Key words: сompton effect, the impulse approximation, the electron density, X-rays, atomic
scattering factor.
176
Документ
Категория
Образование
Просмотров
510
Размер файла
3 949 Кб
Теги
университета, государственного, брянского, 2009, 202, техническое, вестник
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа