close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Математическое моделирование компьютерная оптимизация технологий параметров оборудования и систем управления. сб. науч. тр. вып.15

код для вставкиСкачать
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
“Воронежская государственная лесотехническая академия”
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
“Воронежская государственная лесотехническая академия”
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ,
КОМПЬЮТЕРНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ
ТЕХНОЛОГИЙ, ПАРАМЕТРОВ ОБОРУДОВАНИЯ
И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ,
КОМПЬЮТЕРНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ
ТЕХНОЛОГИЙ, ПАРАМЕТРОВ ОБОРУДОВАНИЯ
И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
МЕЖВУЗОВСКИЙ СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ
МЕЖВУЗОВСКИЙ СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ
ВЫПУСК 15
ВЫПУСК 15
ВОРОНЕЖ 2010
ВОРОНЕЖ 2010
3
УДК 630*30:51+684:65.011.54/.56
ПРЕДИСЛОВИЕ
М34
Печатается по решению научно-технического совета ГОУ ВПО «ВГЛТА»
Рецензенты: д-р техн. наук, проф. В.П. Смоленцев;
кафедра автоматизации технологических процессов и производств
ВГАСУ
Научный редактор – Заслуженный деятель науки и техники России, д-р техн.
наук, проф. В.С.Петровский
Редколлегия: д-р техн. наук, проф. В.К. Курьянов,
д-р техн. наук, проф. Л.Т. Свиридов,
д-р техн. наук, проф. А.А. Филонов,
д-р экон. наук, проф. Т.Л. Безрукова,
М.А. Кривотулова – (отв. секретарь)
М 34 Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления [Текст]: межвуз. сб.
науч. тр. под ред. В.С. Петровского; Фед. агентство по образованию,
ГОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2010. – Вып. 15. – 174 с.
ISBN 978-5-7994-0403-1 (в обл.)
Научные сотрудники и профессорско-преподавательский состав Воронежской государственной лесотехнической академии
в
2009 – 2010 году плодотворно работали в области математического
моделирования технологий, параметров оборудования и систем
управления в технологических и экономических системах.
Научные публикации в сборнике 20 докторов наук, профессоров обогатили его новыми идеями, методами, теоретическими построениями сложных явлений моделирования и оптимизации технологий, параметров оборудования и систем управления.
В сборник ВГЛТА помещены статьи ученых ведущих вузов и
производственников г. Воронежа и других городов РФ, а также иностранных аспирантов.
Ежегодное участие в сборнике аспирантов и соискателей позволяет получить ряд свежих научно-обоснованных идей, методов,
Пятнадцатый выпуск межвузовского сборника научных трудов подготовлен по материалам научных исследований и прикладных разработок за
2009 – 2010 гг. в области математического моделирования, компьютерной автоматизации технологий, параметров оборудования, систем управления в лесном комплексе, экономических системах.
представляющих научный и практический интерес.
Научно-теоретический и практический материал сборника
будет стимулировать дальнейшие исследования по совершенствованию технологий, оборудования и систем управления.
УДК 630*30:51+684:65.011.54/.56
ISBN 978-5-7994-0403-1 (в обл.)
© Коллектив авторов, 2010
©ГОУ ВПО «Воронежская государственная
лесотехническая академия», 2010
Профессор
В.С.Петровский
4
УДК 658.5.011.56
КАФЕДРА АПП – ОДИН ИЗ ЦЕНТРОВ ПОДГОТОВКИ
ИНЖЕНЕРНЫХ И НАУЧНЫХ КАДРОВ ВГЛТА
В.С. Петровский (ВГЛТА)
Кафедра автоматизации производственных процессов организована в
1975 году для подготовки инженеров по автоматизации технологических
процессов предприятий лесного комплекса.
В процессе обучения студенты овладевают теоретическими и практическими знаниями по информатике; физике полупроводников и полупроводниковых приборов; компьютерной графике; искусственному интеллекту и
экспертным системам; электротехнике и электронике; теории автоматического управления; метрологии, сертификации и стандартизации; диагностике автоматизированных систем; программированию и основам алгоритмизации;
микропроцессорной технике; программированию микроконтроллеров; цифровым системам управления; системами телемеханики; информационному
обеспечению управления в автоматизированных производствах; техническим
измерениями и приборами; вычислительным машинам, системам и сетям;
интегрированным системам проектирования и управления; автоматизации
технологических процессов и производств; проектированию автоматизированных систем; моделированию систем; электроприводу и электромеханическим системам; системам числового программного управления и робототехники; станкам и автоматическим линиям; научным исследованиям в автоматизации.
Подготовка по перечисленным дисциплинам дает возможность стать
современным специалистом широкого профиля, способным устроиться на
работу в различных предприятиях и организациях, где знания по этим дисциплинам будут востребованы, и выпускников ждет интересная перспективная,
высокооплачиваемая работа.
Многие выпускники работают на лесопромышленных, деревообрабатывающих, мебельных предприятиях и на предприятиях других отраслей, а
также в сфере интенсивно развивающихся компаний компьютерных, информационных технологий, систем связи. Обладая высоким уровнем подготовки
в области управления сложными системами, проектирования и эксплуатации
современных средств и систем автоматизации, компьютеризации, выпускники вуза востребованы бизнесом, производством, бюджетной сферой.
Кафедра автоматизации производственных процессов (АПП) оснащена
современным лабораторным учебно-исследовательским оборудованием, которое дает возможность практически овладеть всем комплексом технических
средств и систем аналоговой и цифровой автоматизации, компьютеризации
для предприятий различных отраслей экономики России.
© Петровский В.С., 2010
5
На кафедре автоматизации производственных процессов работают 2
доктора технических наук, профессора, и 6 кандидатов технических наук,
доцентов.
Научная школа кафедры в 1998 г. получила признание Министерства
образования РФ и разрешение на открытие докторантуры по специальности
05.13.12, а в 2003 г. и докторантуры по специальности 05.13.06.
Научная и педагогическая деятельность кафедры характеризуется активной творческой и организационной деятельностью в поиске новых научно-технических решений, в подготовке инженеров и молодых ученых. Кафедра внесла существенный вклад в развитие теории методов оценки, оптимизации технологий, параметров узлов оборудования, средств и систем автоматизации, динамики показателей экономических процессов предприятий:
- решена проблема определения уравнений образующих деревьев, и
разработаны методы математического моделирования древесных стволов,
хлыстов, сортиментов круглого леса;
- создана современная теория раскроя древесных стволов, круглых
лесоматериалов, разработаны технологии с автоматической оптимизацией
раскряжевки хлыстов и распиловки бревен, которые находят применение в
САПР, АСУТП лесного комплекса;
- выполнены научно-технические разработки по автоматической сортировке и учету объемов древесины хлыстов, бревен, технологической щепы,
реализованные в системах компьютерной автоматики ряда предприятий лесного комплекса;
- развиты теоретические положения в области компьютеризации анализа динамики нагрузок и деформаций в узлах лесных машин и манипуляторов на основе учета их реальных структурных схем, жесткостей, масс, нелинейностей с частотным анализом факторов динамики, тем самым решены задачи синтеза механизмов с минимизацией масс при условии равнопрочности
узлов;
- проведены научные разработки систем бесконтактных измерений и
автоматического оптимального управления технологическими процессами,
решены задачи экстремального управления при многокритериальной оптимизации технологических процессов;
- получены принципиально новые результаты математической идентификации динамики показателей микроэкономики, предложены оригинальные методы анализа, прогноза финансовой устойчивости предприятий производственного и коммерческого предпринимательства, проведена адаптация
методов теории автоматического регулирования для решения задач ситуационного управления в экономике предприятий, проведены научные разработки в области управления маркетинговой деятельностью.
Все эти научно-теоретические и прикладные разработки нашли применение в практике и отражены в 20 монографиях, 5 учебниках для вузов, 5
учебных пособиях и 29 патентах.
Кафедра АПП была участником международных выставок «Лесдревмаш–84», «Лесдревмаш–89». Действующие образцы информационно-
6
измерительного комплекса, управляющего комплекса АСУТП производства
лесоматериалов получили на этих выставках высокую оценку отечественных
и зарубежных специалистов. Используя научный задел этих разработок, в
1988 г. из состава кафедры АПП выделилось малое предприятие «Воронежпромавтоматика», которое продолжало внедрять на крупных лесопромышленных комбинатах Сибири, Урала, Севера европейской части России системы компьютерной автоматизации учета и сортировки древесины, вытеснив
зарубежных производителей подобных систем.
На кафедре успешно работают аспирантура и докторантура в области
автоматизации технологических процессов, компьютеризации экономических систем, систем автоматизации проектирования. Кафедра активно сотрудничает с вузами стран дальнего зарубежья, для которых подготовлен 21
кандидат наук. На кафедре подготовлен 71 кандидат наук и 7 докторов наук,
в том числе: В.А. Дорошенко, А.А. Филонов, А.О. Сафонов, А.Д. Платонов,
Т.Л. Безрукова, А.Д. Данилов, В.М. Бугаков.
На кафедре АПП проводятся актуальные для науки и практики исследования с привлечением студентов, которые в будущем могут стать аспирантами и соискателями.
Выпускающая кафедра АПП поддерживает творческие связи с предприятиями лесной, деревообрабатывающей, мебельной промышленности, с
предприятиями других отраслей, компаниями информационных технологий,
проектными организациями, научно-исследовательскими институтами и рядом вузов России.
В рейтинге среди 74 выпускающих кафедр автоматизации производственных процессов вузов РФ, за 2000 г. кафедра автоматизации производственных процессов Воронежской государственной лесотехнической академии
занимала третье место.
7
РАЗДЕЛ I МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ,
ПАРАМЕТРОВ ОБОРУДОВАНИЯ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
УДК 630*245:519.65
ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПРИ РАЗРАБОТКЕ
САПР УСКОРЕННОГО ВЫРАЩИВАНИЯ ДРЕВОСТОЕВ
Ю.В. Мурзинов (ВГЛТА)
Рост дерева является сложным биологическим процессом. При описании его состояния используются в основном два основных параметра: высота
и диаметр на высоте груди. Однако при описании состояния и развития
древостоев число параметров увеличивается: возраст насаждения, средняя
высота деревьев, средний диаметр на высоте груди, число стволов в
насаждении, сумма площадей сечений, видовое число, запас стволовой
древесины, бонитет, полнота насаждения, средний и текущий приросты
насаждения. На основании измерений этих параметров составляются
таблицы хода роста древостоев.
При разработке САПР ускоренного выращивания древостоев необходимо иметь точное математическое описание хода роста древостоев и
реакцию их параметров на проведение рубок ухода. Это математическое
описание представляется в виде математических моделей зависимости
параметров состояния древостоя от времени (возраста древостоя). При этом
для расчета оптимальных режимов рубок ухода математические модели
должны обладать адекватностью и высокой точностью.
Широкое применение САПР предполагает расчет режимов рубок ухода
для различных пород деревьев, а также учет условий места произрастания
древостоя, т.е. бонитета. При этом может оказаться недостаточным
уточнение коэффициентов для уже предложенных моделей, используемых в
САПР, из-за невысокой точности описания хода роста древостоев. В связи с
чем возникает необходимость в изменении вида модели и получении новых
коэффициентов.
Предполагается в структуре САПР ускоренного выращивания древостоев предусмотреть механизм формирования более точных моделей хода
роста древостоев и их реакций на проведение рубок ухода за лесом.
Выбор вида математической модели является сложной задачей при
разработке САПР. Для получения наиболее точных моделей автором предлагается следующий алгоритм.
Алгоритм формирования математических моделей хода роста древостоев включает:
1.
Ввод исходных данных – экспериментальные данные. Источниками экспериментальных данных могут быть апробированные на практике
таблицы хода роста древостоев и таксационные данные лесничеств.
© Мурзинов Ю.В., 2010
8
Рис.1 – Алгоритм формирования
математических моделей
2.
Математический расчет величин абсолютных ошибок ε, получаемых отклонением эмпирической зависимости от экспериментальных данных.
3.
Выбор вида модели, соответствующей минимальной абсолютной
ошибке εmin.
4.
Расчет коэффициентов эмпирической модели, например, методом
наименьших квадратов.
5.
Визуальная оценка взаимного расположения на графике результатов
моделирования в виде эмпирической зависимости и экспериментальных значений. Если модель не удовлетворяет требованиям точности, то осуществляется
переход к третьему пункту алгоритма,
где производится выбор другого вида
модели.
6.
Проверка адекватности полученной модели с помощью критериев
Фишера и Стьюдента. Если рассчитанная модель после проверки вновь не
удовлетворяет требованиям адекватности, то также осуществляется переход к
третьему пункту.
7.
После всех вычислений и
проверок модель принимается. Вид и коэффициенты новой модели передаются
другим подпрограммам и используются
в дальнейшей работе САПР.
Разработанный алгоритм был реализован в подпрограмме «Построение
моделей» в САПР ускоренного выращивания одновозрастных сосновых древостоев [3]. Интерфейс подпрограммы показан на рис.2. Эта подпрограмма предполагает в автоматическом и ручном режимах выбор различных видов эмпирических зависимостей, таких как полиномы второго и более высоких порядков,
дробно-рациональных,
логарифмических, степенных и т.д. Окна выбора этих
зависимостей показаны на рис.3. На
рис.4 показаны экспериментальные точ-
9
ки и график модели, связывающей диаметр и возраст сосны.
Введение этой подпрограммы в структуру САПР ускоренного выращивания одновозрастных сосновых древостоев позволило реализовать механизм
уточнения моделей и их коэффициентов с учетом конкретных условий лесовыращивания. Это обеспечило гибкость в получении оптимальных режимов
проведения рубок ухода и сделало САПР более универсальной, способной
работать с различными породами древостоев различных бонитетов.
Рис.2 – Интерфейс подпрограммы «Построение моделей»
Рис.3 – Окна выбора вида эмпирических зависимостей
Рис.4 – Графическое поле, на котором нанесены экспериментальные
точки и график модели
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
10
1.
Вапник В.Н. Восстановление зависимостей по эмпирическим
данным [Текст] / В.Н. Вапник. – М.: Наука, 1979. – 448 с.
2.
Данилина Н.И. Численные методы [Текст]. / Н.И. Данилина, Н.С.
Дубовская, О.П. Кваша и др. – М.: Высшая школа, 1976. – 268 с.
3.
Свидетельство о государственной регистрации программы для
ЭВМ 2010610420. Программа для расчета режимов оптимального ускоренного выращивания сосновых древостоев / Мурзинов Ю.В., Малышев В.В., Петровский В.С. – зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 11 января
2010 г.
УДК 674.038.3: 674.032.16
ЛЕСОВОДСТВЕННОЕ И ТЕХНОГЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ РУБОК
УХОДА В ЛЕСНЫХ КУЛЬТУРАХ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ
В.В. Малышев (ВГЛТА)
Рубки ухода – это мероприятия, направленные на сохранение и повышение устойчивости и продуктивности леса, улучшение породного состава
лесных насаждений, их качества и санитарного состояния [1]. Путем удаления нежелательных особей, создаются благоприятные условия для роста выращиваемых деревьев, лучше формируются стволы и повышается качество
древесины.
С помощью рубок ухода осуществляется элементарная селекция и создается такой экологический режим, который благоприятен для ускорения
роста и формирования определенных деревьев. При своевременной, систематической и технически правильной реализации рубок сокращаются сроки
выращивания древесины улучшенного качества, увеличивается размер пользования с единицы площади, улучшается санитарное состояние насаждений,
повышаются многообразные функции леса.
Особое значение имеют рубки ухода в насаждениях сосны обыкновенной искусственного происхождения, обладающих сравнительно высокой устойчивостью к неблагоприятным природным явлениям и антропогенным
воздействиям. В настоящее время, когда постепенно и значительно ухудшается экологическая обстановка, возрастает рекреационное лесопользование,
соснякам принадлежит и придается огромное средообразующее, защитное,
санитарно-гигиеническое, оздоровительное и иное значение. Посредством
рубок ухода можно не только поддержать, сохранить, но и усилить многообразные полезные свойства лесов и потребности общества.
При анализе рубок ухода в культурах сосны необходимо рассмотреть
вопрос об изменении их структуры, т.е. динамики их таксационных показателей. Удалив определенное количество деревьев, сразу же происходят перемены в таксационных показателях, которые делают иными и лесорастительные условия внутри древостоя. Такие перемены названы Н. П. Георгиевским
[2] первичными, так как немедленно изменяются густота древостоя, его
© Малышев В.В., 2010
11
средний диаметр и высота, площадь сечения, полнота, сомкнутость, запас и
характер размещения деревьев на площади. Эти изменения происходят поразному в зависимости от целей и задач рубок, метода разреживания (верховой, низовой, комбинированный), принципа отбора деревьев в рубку и для
выращивания, вида рубок ухода (осветление, прочистка, прореживание, проходная и ландшафтная рубки), интенсивности ухода, технологии лесосечных
работ и др.
Удаление определенного количества деревьев приводит в первую очередь к увеличению площади их питания.
Немедленно после реализации рубок ухода происходят изменения в
средних диаметрах формирующего древостоя, которые в основном связаны с
принципом отбора деревьев в рубку и для выращивания, ее интенсивностью,
методом разреживания.
При низовом методе, как правило, осуществляемом в чистых сосновых
древостоях, средний диаметр увеличивается. В смешанных и сложных древостоях с участием сосны средний диаметр, как правило, уменьшается.
С изменением среднего диаметра тесно связана средняя высота, которая с повышением первого признака древостоя на 1 см в сосняках II класса
бонитета после реализации прореживания и проходной рубки увеличивается
на 0,8-1 м [2].
Средняя высота древостоя, как и его диаметр, обнаруживают тесную
связь с приемами и способами рубок ухода.
Площадь сечения и запас древостоя сразу же после рубки ухода только
снижаются, так как при любой интенсивности рубки, методов и способов
разреживания и т. д. уменьшается количество деревьев, обладающих определенным объемом. Эти показатели при выборочном разреживании древостоя,
не приводящем к его распаду, обычно снижаются на 15-25 %.
Аналогичные изменения происходят в полноте и сомкнутости древостоя. Наиболее сильные перемены в этих таксационных признаках происходят при реализации проходных и особенно ландшафтных рубок в зеленых
зонах, когда ставится задача формирования определенных типов лесопарковых ландшафтов.
Особое значение приобретают рубки ухода в размещении деревьев по
площади. В зависимости от основных целей и задач оно может быть более
равномерным, что благоприятствует ускорению роста и развития лучшим деревьям и как следствие – продуктивности леса.
Напротив, в лесопарковом хозяйстве групповое расположение деревьев
способствует усилению рекреационных свойств насаждений, особенно сосновых, улучшение их ландшафтно-архитектурных качеств: расчлененности
древесного полога, контрастности и даже определенной красочности. Повышается и рекреационный потенциал по трем основным группам показателей:
привлекательности, контрастности и устойчивости.
Повышения комплексной продуктивности и эффективности рубок ухода можно достичь путем сочетания их с другими лесохозяйственными мероприятиями, в том числе и внесением в почву минеральных удобрений.
12
К первичным изменениям можно отнести повреждения деревьев при
лесосечных работах. Определенное количество лучших деревьев, которые
оставлены для выращивания, повреждаются при валке, а особенно при трелевке древесины. Наиболее часто ранения наносятся стволам деревьев путем
ошмыга коры. Различная степень повреждения деревьев сказывается на их
росте и развитии, может привести к последующим изменениям, прежде всего, в качестве выращиваемой древесины, а затем в структурном строении
древостоя. Этот вопрос, в связи с широким внедрением средств механизации
на рубках ухода, приобретает особую остроту.
При ведении рубок ухода сразу меняются экологические факторы.
Происходят первичные изменения в климатических условиях, которые включают радиационный, тепловой, воздушный режимы и т.д.
Экологические факторы изменяются непосредственно в процессе рубок
ухода и носят чаще всего положительный характер. Вместе с тем при нарушении основных принципов отбора деревьев в рубку и для выращивания, это
лесохозяйственное мероприятие может приобрести и отрицательный характер. Поэтому нахождение оптимальной интенсивности рубки для каждого
географического района с учетом лесорастительных условий и лесоводственных свойств деревьев имеет большое значение для разработки приемов ухода.
Первичные изменения в таксационных показателях древостоя и как
следствие экологических факторов при рубках ухода за лесом порождают ряд
новых перемен, которые Н. П. Георгиевским [2] названы вторичными. Эти
изменения наиболее глубокие и протекают в различных направлениях. В
первую очередь изменяются мертвый и живой напочвенный покров, а затем
влажность почвы и другие ее свойства. В последующие годы изменяется
размер и форма кроны, ствола, увеличивается прирост по высоте, диаметру,
площади сечения и запасу, улучшается или ухудшается качество древесины,
развитие корневой системы.
В результате первичные изменения, вызванные рубками ухода, приводят к вторичным. Увеличение прироста деревьев по диаметру свидетельствуют о большом значении рубок ухода. Аналогичные данные получены и по
приросту средней высоты. Усиление прироста по высоте и диаметру вызывает увеличение объема каждого дерева после рубок ухода. Вследствие этого
происходит увеличение запасов древесины.
Высокая лесоводственная эффективность рубок ухода значительно
снижает их недостаток, связанный с ухудшением качества древесины. При
нарушении организационных технических параметров рубок ухода уменьшается плотность древесины, увеличивается сбежистость ствола, замедляется
отмирание нижних ветвей и т. д. [3].
Продуктивность древостоев увеличивается в среднем на 5-6 %, реже на
10 % и еще реже – на 15-20 %. В то же время рубки ухода повышают суммарную продуктивность древостоев на 40-50 % за счет промежуточного
пользования и на 5-10 % за счет повышения прироста. Эта продуктивность
складывается из количества древесины, которое вырубается при рубках глав-
13
ного и промежуточного пользования. Густые древостой превосходят по общей продуктивности редкие, но уступают им в устойчивости.
Наиболее широкое применение в культурах сосны нашли линейные
способы рубок ухода, при которых значительно упрощается применение широкого диапазона машин на трелевке деревьев, хлыстов, сортиментов, а также увеличивается выход реализуемой древесины. Удалением полностью какого-либо определенного ряда деревьев определяется и интенсивность ухода.
Линейный способ приемлем при реализации прочисток, а затем и прореживания.
Биологические и экологические предпосылки разреживаний должны
увязываться с экономическими основами. Реализация рубок ухода определяется возможностью использования вырубаемой маломерной и малоценной
древесины, а затем и нуждаемостью насаждений в их реализации. Ведение
интенсивного лесного хозяйства немыслимо без рубок ухода, при помощи
которых усиливаются целевые функции насаждений и утилизация древесины, которая пошла бы в отпад в процессе их формирования.
С помощью промежуточных рубок повышается не только продуктивность древостоя, но и другие полезности – комплексная продуктивность,
включающая все виды продуктивности – древесную, биологическую, экологическую (по Мелехову).
Рекреационные леса также нуждаются в уходе в целях формирования
чередующихся разнообразных ландшафтов (закрытые, полузакрытые, открытые), обогащению лесной флоры лучшими формами. Ландшафтные рубки
относятся к уходу за лесом, повышают его декоративность и устойчивость
против воздействия рекреационной нагрузки. Они усиливают эстетическую и
оздоровительную ценность лесов. Ландшафтные рубки наиболее сложны для
проведения, так как они используют практически весь арсенал видов рубок
ухода и их специальных приемов и методов. Ландшафтные рубки в соединении с внесением минеральных удобрений повышают устойчивость лесных
насаждений в рекреационных лесах.
Необходима разработка организационно-технических элементов, таких
как интенсивность рубки, принципы отбора деревьев, технология лесосечных
работ, которые должны способствовать разнообразию лесных насаждений.
Это имеет большое значение при формировании ландшафтов закрытого типа
в густых сосняках искусственного происхождения.
Формирование структуры и строения искусственных сосновых древостоев, их густоты и полноты, размещения деревьев по площади, усиление
роста по высоте и диаметру и, как следствие, выращивание сосняков многоцелевого назначения, представляет значительный теоретический интерес и
имеет большое практическое значение.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. ОСТ 56-108-98 "Лесоводство. Термины и определения" (Утв. приказом Рослесхоза от 3 декабря 1998 г. п. 203).
14
2. Георгиевский, Н. П. Рубки ухода за лесом [Текст] / Н. П. Георгиевский. М.-Л.: Гослесбумиздат, 1957. – 141 с.
3. Сеннов, С. Н. Проблемы современной практики рубок ухода за лесом
[Текст] / С. Н. Сеннов // Лесн. хоз-во. – 1987. – № 11. – С. 56-58.
УДК 630*:65.011.54
РОТАЦИОННЫЕ РАБОЧИЕ ОРГАНЫ ДЛЯ УХОДА В РЯДАХ
ЛЕСНЫХ КУЛЬТУР
П.В. Захаров (ВГЛТА)
В настоящее время в практике ухода за почвой в рядах сложились различные технологические схемы, различающиеся по способу движения агрегата относительно ряда культурных растений – над рядом (седлание), и сбоку
ряда (вписывание в междурядье).
При высоте культурных растений до 0,7 – 1 м обработку почвы в ряду
проводят способом седлания трактором и культиватором; при высоте до 1,5 –
2 м – седланием ряда культиватором, выполненным в виде П-образной рамы
и установленным сбоку на раме трактора, между передними и задними колесами; при большей высоте – способом вписывания агрегата в междурядье.
Для ухода за почвой в рядах и защитных зонах лесных насаждений высотой до 0,7– 2 м отечественная промышленность в настоящее время выпускает культиватор КРЛ-1, приспособление к пропашным культиваторам ПРО
(пальцевые ротационные органы), культиватор боковой лесной КБЛ-1. Во
многих хозяйствах имеются культиваторы КРШ-1 [1].
Культиватор КРЛ-1 (рис. 1) используют для ухода за почвой в рядах
лесных насаждений высотой от 10 – 15 до 70 – 100 см в лесостепной, степной
и полупустынной зонах страны на ровном рельефе и при поперечном уклоне
не более 4°.
Культиватор состоит из рамы, на переднем брусе которой размещены
навесной механизм и опорно-ходовые колеса с винтовыми механизмами регулировки глубины обработки почвы, на заднем — наклонные стойки, в которых помещены оси. На осях установлены ротационные рабочие органы
симметрично относительно оси обрабатываемого ряда посадок, под углом
10° к поверхности почвы. Рабочие органы применяют двух типов: каркаснопроволочные и лопастные.
Каркасно-проволочные органы включают 12 рабочих элементов рамочной формы, между которыми звездообразно натянута проволока. Верхние
концы рабочих органов прикреплены болтами к ступице, а нижние — к подрезающему кольцу. Лопастные рабочие органы также состоят из 12 лопастей
соединенных с подрезающим кольцом и через поводки со ступицей. Такое
крепление позволяет заменять их.
© П.В. Захаров, 2010
15
Рис. 1 – Культиватор ротационный лесной КРЛ-1: 1 - передний брус; 2
- задний брус; 3, 4 – продольные брусья; 5 - раскосы; 6 - стойки;
7опорное колесо; 8-стойка; 9 - винт; 10 - стопорный болт; 11 - чистик;
12
– рабочий орган; 13 - корпус подшипников
Каркасно-проволочные рабочие органы рекомендуют применять при
уходе за культурами высотой от 10 – 15 до 40 см, а лопастные – от 40 до 70 –
100 см. Уход проводят методом седлания обрабатываемого ряда посадок. Установленные под углом к поверхности почвы рабочие органы в результате
силы тяги и сцепления радиальных элементов с почвой совершают поступательное и вращательное движения. Рабочие элементы, поочередно заглубляясь в почву, рыхлят ее и уничтожают сорняки.
Расстояние между рабочими органами (радиальный зазор) регулируют
в пределах 0 – 150 мм путем перемещения их стоек на заднем брусе культиватора. С возрастанием размеров обрабатываемых культур радиальный зазор
увеличивают. При обработке культур высотой до 30 – 40 см радиальный зазор составляет до 50 мм, глубина обработки 3 – 5 см, при большей высоте
культур — соответственно 50 – 100 мм и 4 – 7 см. Нижний предел глубины
обработки относится к легким, верхний — к тяжелым по механическому составу почвам [2].
Приспособление ПРО (рис. 2), предназначенное для рыхления почвы и
уничтожения сорной растительности в рядах лесонасаждений высотой от 10
– 15 до 70 – 100 см с одновременной обработкой междурядий, навешивают
на культиваторы типа КРН-2,8А. Оно состоит из двух ротационных рабочих
органов в виде свободно вращающихся звездочек, оси которых установлены
в подшипниках качения. Корпусы подшипников с помощью кронштейна и
держателей квадратного сечения крепят на двух соседних средних секциях
базового культиватора, например КРН-2,8А. Каждая звездочка, состоящая из
12 стальных пальцев круглого сечения диаметром 18 – 22 мм, приваренных к
ступице, закреплена на нижнем конце оси. Для повышения эффективности
16
ухода к концам пальцев при помощи натяжного устройства, состоящего из
регулировочного диска и винта, натянута проволока диаметром 4,5 – 5 мм.
Ось в вертикалъно-поперечной плоскости установлена с наклоном к
ряду растений под регулируемым углом 10 – 15°. Перед каждой звездочкой
на секции культиватора размещена стрельчатая лапа.
Рис. 2 – Пальцевой ротационный рабочий орган ПРО: 1 — ось;
2—
корпус подшипников; 3 — держатель квадратного сечения; 4 — кронштейн;
5 — проволока; 6 — стальные пальцы; 7 — регулировочный диск;
8—
винт; 9 — ступица
ПРО устанавливают на культиваторе КРН-2,8А таким образом, чтобы
рабочие органы приспособления обрабатывали зону вдоль оси ряда посадки
шириной 60 – 80 см, а стрельчатые лапы, размещенные на культиваторе, —
остальную площадь. Поэтому две средние секции располагают на брусе
культиватора симметрично относительно оси навески с расстоянием между
ними 950 мм.
Держатели пальцевых звездочек устанавливают в хомуты с внутренней
стороны грядиля секции. Для предотвращения колебаний звездочек в поперечно-горизонтальной плоскости и повышения жесткости конструкции секции соединяют между собой П-образной аркой.
Регулирование угла наклона рабочих органов к обрабатываемому ряду
культур осуществляют путем поворота кронштейна относительно пластины
держателя, в которой имеется паз. Наименьший угол (10°) устанавливают,
когда в ряду имеется почвенный холмик, образовавшийся в результате сдвига
почвы при механизированных уходах за почвой в междурядьях. Установку
ПРО на заданную глубину производят в соответствии с инструкцией по культиватору КРН-2,8А.
Звездочки устанавливают с радиальным зазором, величина которого
зависит от диаметра стволиков, возраста культур и регулируется путем перемещения держателей звездочек в креплениях на секциях культиватора, а
также самих секций по брусу КРН-2,8А. Для культур высотой 10 – 40 см величина зазора составляет 30 – 50 мм, для растений большей высоты – 50 – 80
мм. При незначительной засоренности рядов лесонасаждений и необходимо-
17
сти проведения уходов с целью рыхления почвы величина зазора должна
быть 80 – 110 мм.
При поступательном движении агрегата звездочки вращаются от реакции почвы. Пальцы с натянутой проволокой, поочередно внедряясь в почву,
рыхлят ее на заданной глубине и уничтожают сорняки, как путем обрыва их
корневых систем, так и в результате сдвига почвы при ее деформации. Расположенные впереди звездочек стрельчатые лапы рыхлят почву в зоне входа
в нее пальцев.
Культиватор-рыхлитель КРШ-1 предназначен для рыхления почвы на
глубину 4 – 7 см и уничтожения сорняков в рядах лесных культур высотой от
4 до 80 см на супесчаной и суглинистой почвах в лесостепной и степной зонах РФ. Он является (дополнительным орудием к существующим навесным
культиваторам (КПН-2, КРН-2,8А, ККН-2,25 и др.), применяемым для обработки почвы в междурядьях лесных насаждений. В агрегате с ними культиватор КРШ-1 одновременно обрабатывает почву в междурядьях и рядах способом седлания ряда.
КРШ-1 имеет раму, два игольчатых рыхлителя, прикрепленных к раме
с помощью держателей и стоек. В задней части рамы установлены пружинные рыхлители, рабочие элементы которых выполнены в виде зубьев.
Каждый игольчатый рыхлитель состоит из четырех рядов игл, жестко
закрепленных на двух втулках, по два ряда в шахматном порядке. Иглы имеют разную длину, образуя конусовидную форму рабочего органа. Расстояние
между рядами игл и между иглами в ряду 70 мм. Глубину рыхления почвы
регулируют путем перемещения стоек в держателях. Расстояние между
игольчатыми рыхлителями изменяют от 60 до 130 мм.
Пружинные рыхлители расположены в два ряда шахматным порядком
с расстоянием между ними 20 – 30 см. Расстояние между зубьями в ряду может быть от 10 до 25 см, а рабочая ширина захвата — от 50 до 80 см. При повреждении рабочими органами культурных растений рекомендуют снимать
один или два пружинных рыхлителя, которые приходятся на середину ряда.
При движении культиватора над рядками растений наклонные игольчатые рыхлители, свободно вращаясь на своих осях, рыхлят верхний слой почвы и уничтожают всходы сорняков. Идущие следом пружинные рыхлители
дополнительно рыхлят почву и вычесывают сорняки по всей ширине захвата.
Культиватор боковой лесной КБЛ-1 (рис. 3) рыхлит почву и уничтожает сорную растительность в рядах лесных культур высотой до 1,5 – 2 м способом седлания ряда растений. Его устанавливают на раме трактора «Беларусь» с правой стороны, между передними и задними колесами.
Он состоит из П-образной рамы, двух грядилей, двух рабочих органов
и устройства для их подъема. Рабочие органы и установка выполнены, как в
приспособлении ПРО. В настоящее время ведется подготовка к выпуску
КБЛ-1 с (рабочими органами культиватора КРЛ-1. Опускание и подъем рабочих органов осуществляется двумя выносными гидроцилиндрами.
Техническая характеристика КРЛ-1, КРШ-1, КБЛ-1 и ПРО представлена в табл. 1.
18
Таблица 1
Техническая характеристика КРЛ-1, КРШ-1, КБЛ-1 и ПРО
Параметры
Зона обработки, см
Глубина обработки, см
Число обрабатываемых рядков, шт.
Радиальный зазор между
рабочими органами, см
Общий вес, кг
Рабочая скорость, км/час
КРЛ-1
КРШ-1
КБЛ-1
ПРО
50-80
70-80
60-80
до 8
1
до 8
1
4-10
1
до 15
6-13
до 10
до 10
275
8-10
96
5
270
8-9
70
7-10
70-80
4-10
1
Рис. 3 – Культиватор боковой лесной КБЛ-1: 1 - рама; 2 - рабочие органы; 3 - гидроцилиндры;4 - фланец; 5 - балка; 6 - кронштейн; 7 - корпус подшипников; 8 - болты; 9 - кронштейн поперечный; 10 - хомуты; 11 - шарнирная подвеска рабочего органа
Рабочие органы широко распространенных в настоящее время культиваторов КРЛ-1, КБЛ-1, КРШ-1 и приспособления ПРО эффективны в борьбе
с однолетними сорняками, когда высота их не превышает 1,5 – 5 см. Всходы
сорняков уничтожаются на 85 – 96%. С увеличением высоты от 6 до 10 см
степень подрезания сорной растительности уменьшается до 22—57%. Корнеотпрысковые сорняки (вьюнок полевой, осот розовый, молочай и др.) уничтожаются только в стадии всходов, при высоте 3 – 4 см они не подрезаются, а
только обрываются у них листья.
Исследованиями, проведенными во ВНИАЛМИ, установлено, что в
орошаемых условиях (особенно при создании лесных полос по границам полей овощных севооборотов, где поливают каждый 4 – 5-й день) роль ротационных рабочих органов в механизации рыхления почвы и уничтожения сорной растительности снижается. Рабочие органы не заглубляются, залипают
почвой и крайне незначительно уничтожают сорную растительность, так как
19
около 35 – 40% составляют корнеотпрысковые сорняки, которые быстро отрастают, достигая за короткий срок большой высоты [1].
Производственный опыт показывает, что эффективность культиваторов и приспособлений с ротационными рабочими органами в борьбе с сорняками можно повышать путем одновременного применения механического
и химического способов. Использование соответствующих гербицидов в
лучшие сроки обеспечивает полное уничтожение сорной растительности.
При этом необходимы правильная регулировка рабочих органов, точность
копирования агрегатом ряда культур и выравненность поперечного профиля
лесной полосы. Канавы, глубокие следы колес, борозды от перепашки междурядий препятствуют движению агрегата, резко снижают равномерность
глубины обработки почвы, в результате возрастает повреждение культур и
уменьшается количество уничтоженных сорняков.
Глубина погружения ротационных рабочих органов в почву с каждым
проходом уменьшается, так как в результате естественной усадки и действия
рабочих органов почва уплотняется. При твердости почвы более 10 кПа в
верхнем 10-сантиметровом слое происходит выглубление рабочих органов
культиватора КРЛ-1, при этом опорные колеса не касаются поверхности земли [3].
Уничтожение сорняков лопастными, каркасно-проволочными и пальцевыми ротационными рабочими органами осуществляется в основном в результате интенсивного сдвига почвы к оси ряда культур. Поэтому после их
прохода остаются холмики высотой до 10 – 12 см с шириной основания до
46 – 55 см. Почва в холмиках обычно недостаточно разрыхлена, и сорняки,
корни которых находятся в сдвинутых почвенных комках, при благоприятных погодных условиях приживаются.
Перемещение почвы к оси ряда и в направлении движения рабочих органов сопровождается наклоном культурных растений высотой до 15 см и засыпанием их почвой. Большие трудности в механизации ухода представляют
культуры высотой до 15 см, особенно дуб и сосна первого года посева и посадки. Стволики их обладают малым сопротивлением изгибу, и они в большинстве засыпаются почвой при уходе культиваторами КРЛ-1, КБЛ-1 и приспособлением ПРО. Растения большей высоты подвергаются другим повреждениям: сбиванию центральной почки у сосны, обдиру коры, обдиру и поломке боковых ветвей, срезанию их и др. Характер повреждения и его размеры зависят от породы культурных растений, возраста и высоты. Так, саженцы
сосны повреждаются главным образом при высоте более 40 – 50 см, лиственных пород — более 70 см [2].
Из вышесказанного можно сделать вывод, что существующие рабочие
органы ротационных культиваторов-рыхлителей не в полной мере отвечают
предъявляемым им требованиям в силу индивидуальных показателей и условий работы, применимых отдельно для каждого рабочего органа. Общим недостатком всех существующих ротационных орудий, применяемых на базе
культиватора КРЛ-1, является невозможность проведения одновременного
ухода за почвой в рядах и междурядьях.
20
В результате патентных исследований можно дать рекомендации для
использования на базе культиватора КРЛ-1 активных рабочих органов. Активные рабочие органы по сравнению с пассивными обрабатывают почву
различной плотности и степени засоренности, в большей степени уничтожают сорную растительность, подрезают корневища на большей глубине и создают хорошо разрыхленный слой почвы.
Использование активных рабочих органов позволит увеличить производительность работы культиватора-рыхлителя за счет повышения скорости
движения агрегата без снижения качества обработки почвы.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Бартенев, И.М. Борьба с сорной растительностью в защитных лесных
насаждениях [Текст] / И.М. Бартенев. – М.: Колос, 1991. – 47 с.
2. Вершинин, В.И. Технологии, машины и оборудования в лесном хозяйстве: [Учебное пособие] [Текст] / В.И. Вершинин, Л.Т. Свиридов. – Воронеж: Воронеж. гос. лесотехн. акад., 2002. – 312 с.
3. Аравийский, В.Л. Статический анализ микрорельефа поверхности
почвы после обработки культиватором КРЛ – 1А. [Текст] / В.Л. Аравийский.
– М.: ВНИИАЛМИ, 1981. – Вып. 2. – С. 40 – 43.
УДК 630*:65.011.54
О ПРИМЕНЕНИИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ
РЕАКТИВНЫХ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА РАБОЧИЕ ОРГАНЫ
ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН
И.М. Бартенев (ВГЛТА), П.В. Захаров (ВГЛТА)
Теория подобия и размерностей ставит условия, которые должны соблюдаться в опытах в подобных физических или математических условиях.
Преимущество методов теории подобия и размерностей проявляется, если в
решении механической задачи встречаются непреодолимые трудности, но
задача имеет замкнутую систему уравнений; не имеется математической постановки задачи, так как исследуемое механическое явление настолько сложно, что для него нет удовлетворительной схемы и уравнений движения; в
этих случаях главную роль играют экспериментальные методы исследований.
В земледельческой механике чаще всего встречается второй случай. В
процессе взаимодействия почвообрабатывающего орудия с почвой имеется
три составляющих элемента системы: двигатель, рабочий орган и среда. Каждая составляющая представлена размерными и безразмерными параметрами. В исследованиях должны охватываться три вида подобия — физическое,
механическое и геометрическое. Первый элемент системы в схеме взаимодействия почвообрабатывающего органа с почвой представляется силой тяги
или внешней силой F, действующей на пласт. Для характеристики рабочего
© Бартенев И.М., Захаров П.В., 2010
21
органа применяются различные сочетания параметров: ширина захвата и
скорость перемещения, ширина захвата и глубина обработки, скорость перемещения и геометрические параметры рабочего органа.
Академик М. В. Кирпичев в работах [1 –4] показал, что теория подобия
является теорией эксперимента и моделирования, что она указывает, как
нужно ставить опыт, обрабатывать опытные данные, а также обобщать и
распространять полученные результаты на другие объекты.
Эксперимент с моделями, выполненный на основе теории подобия, освобождает от необходимости аналитического решения задачи, не всегда являющегося возможным [5].
В ряде отраслей современной науки далеко не всегда удается составить
строгую математическую модель просто постольку, поскольку существуют
такие процессы, для которых математический аппарат недостаточно разработан. В подобных случаях на помощь исследователю приходит физическое
моделирование.
Часто пользуются устройствами, представляющими, в определенном
смысле, копию изучаемых. При этом первостепенное значение имеет теория
подобия. Модели могут быть устройствами той же физической природы, что
и исследуемая система взаимодействующих объектов, но изготовленными в
заданном масштабе. В зависимости от величины объекта и изучаемых процессов модели могут быть меньше или больше оригинала. В качестве может
быть применено устройство, имеющее и иную физическую природу, отличную от природы явлений оригинала.
С элементами физического моделирования мы встречаемся и тогда, когда в сложной системе взаимодействующих объектов один или несколько из
них замещены имитаторами, которые полностью или частично выполняют
функции этих объектов, т.е. обеспечивают приближенное подобие явлений в
местах сочленения имитаторов с остальными объектами системы.
Полное моделирование комплекса явлений, относящихся к сложному
объекту, часто представляет большие трудности. Из-за погрешности в задании параметров оригинала и неточности их воспроизведения в модели на
практике удается осуществить подобие лишь с той или иной степенью точности, т.е. приближенно. Снижение погрешностей измерения различных величин в процессе моделирования зависит от правильного выбора измерительных приборов, методики измерения и точек, в которых необходимо измерять
величины. При испытании моделей приходится учитывать возможный масштабный эффект, который связан с несоответствием натуральных наблюдений результатам перерасчета модельных испытаний, так как при малых размерах модели бывает трудно соблюсти все условия полного подобия. Физические модели обычно не требуют специальных преобразователей для подключения к ним реальной аппаратуры управления и контроля и дают наглядное представление о моделируемых объектах [6].
В работах академика В.П. Горячкина [7] и профессора Н.Д. Лучинского
[8] показано применение принципа подобия для построения серии разнооб-
22
разных сельскохозяйственных машин, определения значения различных сил,
выяснения зависимости сопротивления от размеров.
Применение моделирования для экспериментальных исследований
процессов обработки почвы дает возможность распространять результаты
испытаний моделей на весь класс рабочих органов данного типа. Основным
вопросом при этом является определение критериев подобия и масштабных
коэффициентов перехода от параметров модели к параметрам оригинала.
Система критериев подобия процесса обработки почвы может быть записана в следующем виде:
τ
γ ⋅A
;
ϑ2
q⋅A
; ρ; δ; α;
Ai
,
A
(1)
где τ – обобщенное напряжение сдвига; γ – объемный вес почвы; A –
определяющий линейный размер; v – скорость резания почвы; q – ускорение
силы тяжести; ρ – угол внутреннего трения почвы; δ – угол внешнего трения
почвы; α – угловой параметр рабочего органа; A i – сходственные линейные
размеры.
При испытаниях модели (индекс «М») и оригинального образца (индекс «Н») в одной и той же естественной почве обеспечивается равенство
следующих показателей, характеризующих свойства почвы и геометрическое
подобие рабочих органов:
τМ =τН ; γМ =γН ;
qM = qH ; ρ M = ρ H ;
δМ = δН ; αМ = αН ;
A iМ A iН
.
=
AМ
AН
(2)
Однако выполнение условий (2) еще не обеспечивает подобия рассматриваемого процесса. Как видно из системы (1), кроме этого необходимо равенство следующих критериев:
τМ
=
τН
γ М ⋅AМ γ Н ⋅AН
v M2
v Н2
=
qM ⋅ A M qН ⋅ A Н
(3)
(4)
При использовании моделирования для определения реактивных сил в
критерии (3) следует выразить τ через обобщенную реактивную силу R:
τ=
R
;
A2
(5)
Тогда получим критерий следующего вида:
RМ
RН
.
=
3
γ М ⋅ A М γ Н ⋅ A 3Н
(6)
Далее, приняв коэффициент геометрического подобия
KA =
AН
,
AМ
(7)
23
определим из (4) и (5) соотношения скоростей и сил, необходимых для
соблюдения условий подобия:
1
v Н = v M ⋅ K A2 ;
(8)
RН = RМ ⋅ K A3 .
(9)
Однако переход от параметров модели к параметрам оригинала по соотношению (8) возможен лишь при условии проведения испытаний модели в
специально приготовленной модельной почве, отличающейся от естественной механическими свойствами или объемным весом. Так, подставив в (3)
полученное из (7) соотношение:
A Н = A М ⋅ КA ,
(10)
имеем
τМ =
τН
(при γ M = γ H )
КA
(11)
или
γ М = γ H ⋅ K A (при γ M = γ H )
(12)
В. И. Баловнев установил, что моделирование процесса можно осуществить без изменения свойств почвы, заменив соотношение (9) следующим:
RH = RM ⋅ K An ,
(13)
где n – некоторый показатель степени.
Однако методика определения величины n требует проведения дополнительных экспериментов и большого объема вычислительных работ, что
значительно усложняет организацию экспериментальных исследований и
снижает их точность.
При экспериментальном определении реактивных сил, действующих на
рабочие органы почвообрабатывающих машин, методику моделирования
можно значительно упростить.
Как известно, все реактивные силы приводят к трем составляющим:
продольной Rx, поперечной Ry и вертикальной Rz. При этом, в ряде случаев
важно знать не только абсолютные значения этих составляющих, но и их отношение, например, при исследовании устойчивости хода рабочих органов
на заданной глубине, поперечной устойчивости машины и т. п.
Рассмотрим для подобных случаев условия моделирования.
На основании (9) запишем следующие соотношения:
R XH = R XМ ⋅ K A3
RYH = RYМ ⋅ K A3
RZH = RZМ ⋅ K .
3
A
Перейдем к отношениям сил:
(14)
24
RYH
R
= YM
R XH R XM
RZH
R
= ZM .
R XH R XM
(15)
Как видно из (15), эти соотношения не зависят от масштаба моделирования, т.е. при испытаниях модели и оригинала в одних и тех же почвенных
условиях отношения сил остаются неизменными. Поэтому данные отношения, полученные для модели, можно непосредственно использовать для перехода к оригиналу без каких-либо поправочных коэффициентов. При этом
достаточно лишь соблюдения условий подобия (2) и (4).
Следует отметить, что независимость отношений
RY RZ
,
от масштаба
RX RX
моделирования позволяет упростить также методику экспериментального
определения абсолютных значений реактивных сил. При полевых испытаниях оригинальных образцов достаточно ограничиться определением лишь
продольной составляющей RXH, которую легко измерить простым динамометрированием. Поперечная и вертикальная составляющие могут быть рассчитаны по формулам, полученным из соотношений (15):
RYM
;
R XM
R
(16)
RZH = R XH ⋅ ZM .
R XM
R
R
Для определения отношений YM , ZM следует провести испытания
R XM
R XM
RYH = R XH ⋅
геометрически подобной модели. Приведенные в статье рекомендации могут
найти практическое применение при изучении реактивных сил, действующих
на рабочие органы почвообрабатывающих машин.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1 Кирпичев, М.В. Приложение теории подобия к опыту. [Текст] / М.В.
Кирпичев, А.А Глухман. – Труды ЛОТИ, 1931. – Вып. 1. – 85 с.
2 Кирпичев, М.В. Теория подобия как основа эксперимента. [Текст] /
М.В. Кирпичев // Юбилейный сборник АН СССР. – 1947. – Ч. II. – 167 с.
3 Кирпичев, М.В. Математические основы теории подобия. [Текст] /
М.В. Кирпичев, П.К. Конаков. - М. – Л.: Изд-во АН СССР, 1949. – 139с.
4 Кирпичев, М.В. Теория размерности и теория подобия. Теория подобия и моделирование. [Текст] / М.В. Кирпичев. - М.: Изд-во АН СССР, 1951.
– 275 с.
5. Алабужев, П.М. Теория подобия и размерностей. Моделирование.
[Текст] / П.М. Алабужев, В.В. Геронимус, Л.М. Минкевич, Б.А. Шеховцов,. –
М.: изд-во «Высшая школа», 1978. – 208 с.
6. Григорьев, Л. Г. Моделирование и технические науки [Текст] / Григорьев Л. Г. – М.: изд-во «Знание», 1967. - 64 с.
25
7. Горячкин, В.П. Принцип подобия и однородности. [Текст] / В.П.
Горячкин. – М.: Сельхозиз. Труды ВИСХМ, 1935. – Т. I. – 102 с.
8. Лучинский, Н.Д. Принцип механического подобия в применении к
сельскохозяйственным машинам. [Текст] / Н.Д. Лучинский.– М.: Сельхозиз.
Труды ВИСХМ, 1935. – Т. I. – 102 с.
УДК 630+378
ПРИМЕНЕНИЕ ТРАНСПОРТНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СХЕМ
ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ВОДНОЙ ДОСТАВКИ
ИЗМЕЛЬЧЕННОЙ ДРЕВЕСИНЫ
И.В. Четверикова, А.И. Гончаров (ВГЛТА)
Для того чтобы обеспечить сохранность потребительских качеств технологической щепы при ее контейнерной доставке по воде, нужно выбрать
схему ее транспортирования, соответствующую конкретным условиям плавания. Краткий обзор и сравнительный анализ схем позволил выявить их
преимущества и недостатки [1].
Схема плотового транспорта щепы аналогична традиционной для секционных плотов с продольным расположением пучков, отличаясь только тем,
что секции из контейнеров под действием ветра и волн более интенсивно совершают возвратно-вращательное движение (секционный дифферент) вокруг
технических поперечных осей. Это позволяет осуществлять переменное перемешивание (рыхление) технологической щепы.
Следующая схема по принципу действия аналогична предыдущей, отличаясь тем, что каждый контейнер (или поперечный ряд) снабжен индивидуальными поперечными техническими осями, позволяющими создавать
контейнерные дифференты, возвратно-вращательные или другие движения с
выбранными режимами, что обеспечивает перемешивание щепы, исключая
неравномерность распределения влажности щепы в продольно-поперечных
плоскостях. Радикальным недостатком этой схемы является сложность технического решения и системы управления индивидуальными оснастками и
приводами, упрощаемыми при переходе на рядовые системы, которые являются более рациональными.
Существуют схемы, содержащие внешне сходный признак – продольные, проходящие вдоль и поперек продольных рядов контейнеров в плоту
соответственно, технические оси, передающие крутящий момент, создающие
возвратно-вращательное движение контейнеров. Существенное различие
этих схем в том, что вращение контейнеров плота может происходить в пределах его транспортных габаритов, а может и в вертикальных плоскостях,
перпендикулярных технической оси, то есть вне транспортных габаритов.
Эта особенность должна учитываться при организации по такой схеме транспортирования контейнерных плотов и увязываться с нормирующим парамет© Четверикова И.В., Гончаров А.И., 2010
26
ром водного пути – глубиной, от которой зависит как длина контейнеров, так
и режим их вращения (круговое или возвратно-вращательное при общем поступательном движении плота). Достоинство рассмотренных схем – объемное перемешивание щепы в контейнерах.
Схема, аналогичная ранее применявшемуся сортиментному плоту типа
“Ерш”, отличается от него наличием поперечных технических осей, передающих вращение моменту внешних сил, под действием которых контейнеры совершают возвратно-вращательные или колебательные движения в синхронном или асинхронном режиме, что обеспечивает перемешивание щепы,
встряхивая, смещая ее по сложным физическим законам.
При схеме трюмной загрузки судна контейнерами, щепа в них уплотняется под действием гравитационных сил, а при качке судна в самих контейнерах может происходить смещение щепы.
Щепа также может контейнироваться как в трюмы, так и посредством
акваториального грузового устройства с грузовым коромыслом навьючиваться по бортам судна в виде дополнительных контейнеров. Эта схема может
использоваться в специальных условиях, на больших акваториях, обеспечивая плавучесть и не расходуя грузоподъемности судна. По той же аналогии
создана кильватерно-буксирная схема, отличающаяся продольным размещением акваториальных грузов относительно направления движения.
Есть схема, отличающаяся от всех предыдущих вертикальным расположением контейнеров и горизонтальным расположением технических осей
вращения. Эта схема может иметь несколько модификаций, обусловленных
величиной расстояния между контейнерами, требованиями перемешивания
щепы и характером водного пути. Такую схему следует отнести к перспективным.
Предпринятая попытка систематизации существующих и предложенных схем служит импульсом для создания более эффективных решений в области создания перспективных разработок, а так же общей технологии перевозки измельченной древесины в плавучих контейнерах.
Эти предварительные исследования узкопланового характера были
проведены для обоснования нового технического решения и методики технико-экономического расчета, для разработки новой схемы доставки измельченной древесины по воде в контейнерах с естественным воздушным подплавом (патент № 39585), которая избежит недостатков уже существующих
схем, обеспечит резкое снижение трудозатрат на обмерно-учетные операции,
погрузочно-выгрузочные работы и сохранение потребительских качеств технологической щепы при ее транспортировке.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Чубов Н. И. Транспортно-технологический потенциал контейнирования технологической щепы при водных перевозках [Текст] / Н. И. Чубов, Р.
В. Попов, И. В. Переславцева; ВГЛТА. – Воронеж, 1994. – 16 с. – Деп. в
ВИНИТИ 09.12.94, № 2874 – В 94.
27
УДК 621.396
НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ УПРАВЛЕНИЯ
ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНЫМИ МАШИНАМИ
Ю.В.Авдеев, А.В.Василенко, В.И.Енин, А.А.Кононов, В.Н.Аникин (ВГАСУ)
В работе [1] указывалось, что для исследования возможностей человека-оператора
по
управлению
несколькими
дистанционнорадиоуправляемыми землеройно-транспортными машинами (ЗТМ) при работе с индивидуального переносного пульта управления или с подвижного
мобильного средства [2] нужно решить следующие задачи: оценить объем
предъявляемой информации (рабочую нагрузку) с учетом ответных реакций
и утомляемости человека-оператора; оценить точность и надежность человека-оператора в контуре управления (тип ошибок, причина их возникновения,
их количество); оценить время, которое человек-оператор затрачивает на обработку предъявляемой информации для принятия решения (время реакции);
рассмотреть особенности обучения операторов на специально созданных
тренажерах.
Факторы, влияющие на рабочую нагрузку, рассмотрены в [1].
Надежность оператора - это его свойство безотказно выполнять заданные функции, сохраняя свои психофизиологические показатели в течение
определенного промежутка времени при заданных внешних условиях [3]. Это
качественное определение, пользоваться которым на практике затруднительно, что вызывает необходимость использовать в практических целях определенные количественные критерии надежности. К ним относятся: вероятность безотказной работы; среднее время безотказной работы; частота отказов; интенсивность отказов. Использовать эти критерии для оценки надежности оператора надо с осторожностью, т.к. они разработаны для оценки надежности технических систем. Оценку надежности человека-оператора нужно рассматривать, исходя из исследования его психофизиологических возможностей.
Все ошибки человека-оператора условно можно разделить на три группы: ошибки времени выполнения действий, ошибки самих действий и грубые
ошибки типа промахов [3].
Ошибки времени выполнения действий включают полностью невыполненные или несвоевременно выполненные действия. Первые (например,
вследствие пропуска сигнала) обычно являются отказами в системе. К причинам, вызывающим ошибки этого вида, можно отнести недостатки конструкции и компоновки пульта, отвлечение внимания оператора, дефицит времени и др. Несвоевременно выполненные действия могут быть в тех случаях,
когда по каким-либо причинам оператор запаздывает с началом действия, а
затем не может компенсировать это запаздывание скоростью самого действия.
© Авдеев Ю.В., Василенко А.В., Енин В.И., Кононов А.А., Аникин В.Н., 2010
28
Ко второй группе относятся отклонения значений параметров сенсорных и двигательных актов в рабочей деятельности оператора.
Ошибки операторов типа промахов, как правило, бывают связаны с
профессиональной неподготовленностью оператора, с его утомлением, детренированностью и др. Иногда они допускаются и опытными операторами,
что объясняется, по-видимому, рассеянием внимания. Эти ошибки в большинстве случаев являются отказами для системы.
Очевидно, что если оператор будет выполнять одновременно несколько
задач, то он будет допускать ошибки чаще. Чтобы избегать такого многоцелевого использования оператора, ему надо оставить лишь роль исполнителя в
каждый момент времени только одной целостной операции, а другие операции "переключить на автомат" [2].
Установлено, что надежность оператора не является постоянной в течение рабочего дня [4]. Весь рабочий день можно представить состоящим из
трех характерных этапов. Первый этап характеризуется большим количеством ошибочных действий оператора и называется периодом "врабатываемости". Со временем надежность оператора на этом этапе возрастает - уменьшается число ошибок. Затем начинается второй этап, который характеризуется минимальным относительно постоянным числом ошибок, наиболее продолжителен и соответствует максимальной надежности и эффективности оператора. Третий этап характеризуется падением надежности
(увеличением числа ошибок), которое вызывается утомлением оператора.
При этом ослабляется память, снижается внимание, нарушается мышечная
координация и происходит изменение других психических и физиологических функций.
Для анализа эффективности работы сложных систем "человек-машина"
часто используется информационный подход, в соответствии с которым, одним из наиболее узких звеньев прохождения и обработки информации является человек-оператор. Поиски способов повышения пропускной способности и надежности человека-оператора приводят к необходимости измерения его временных характеристик при работе в условиях дефицита времени.
Дефицит времени создается кратковременностью сигнального воздействия на
человека-оператора и высоким темпом поступления сигналов, требующих
немедленного реагирования.
Одним из самых удобных и доступных показателей при исследовании
работы человека-оператора является время его реакции на раздражитель. В
случае, когда рабочая деятельность оператора жестко детерминирована временем выполнения задания Т всей системой управления, должно выполняться условие
n
∑t
i =1
i
= t1 + t 2 + t 3 < T ,
(1)
где t1 - время, необходимое оператору для восприятия информации и
ее переработки, t2 - время, необходимое оператору для принятия решения, t3 время двигательной или другой реакции.
29
n
Если же ∑
, то в этом случае нельзя гарантировать надежность работы всей системы управления. Между информацией, воздействующей на
оператора в качестве раздражителя, и его ответными реакциями устанавливаются многообразные, но вполне закономерные отношения. Одной из форм
выражения этих отношений является скорость протекания психических процессов при разных условиях их осуществления, которая оценивается по времени реакции ti.
Методика определения времени реакция ti состоит в регистрации промежутка времени между началом ответной реакции. Самой элементарной
разновидностью реакции является простая сенсомоторная реакция. В подобных реакциях человек выполняет то или иное движение на заранее известный, но внезапно появляющийся сигнал с максимальной скоростью. Время
задержки складывается в этом случае из периода реакции (времени от момента появления сигнала до начала движения) и времени моторного компонента (длительности ответного движения).
Помимо таких простейших реакций, известны сенсомоторные реакции,
в которых происходит различение сигналов и выбор одного из нескольких
ответов. Деятельность человека порождает многообразие его реакций в ответ
на раздражители. Время реакции обусловлено чувствительностью, которую
можно характеризовать абсолютным порогом и дифференциальным, а также
временным и пространственным. Временной порог – это длительность воздействия, необходимая для возникновения ощущения. Под пространственным порогом понимается величина, определяемая размерами раздражителя,
площадью рецепторов, на которую он воздействует, а также их взаимным
расположением.
Период простой сенсомоторной реакции зависит главным образом от
того, на какой анализатор воздействует сигнал - раздражитель.
Во-первых, при раздражении различных рецепторов, условия воздействия раздражителей на периферические нервные аппараты различны.
Во-вторых, время реакции на сигналы, поступающие к разным рецепторам, зависит от особенностей преобразования этих сигналов в нервный физиологический процесс. От разных рецепторов центральная нервная система
получает не одинаковое количество энергии.
В-третьих, анализаторы по-разному приспосабливаются к различным
по интенсивности и длительности раздражителям. Экспериментами доказано
[4], что чем больше интенсивность сигнала, тем короче составляющие времени реакции. С увеличением контрастности раздражителя по отношению к
фону время реакции сокращается. Время реакции зависит от функционального состояния анализаторов и по мере их адаптации падает примерно так же,
как с ростом интенсивности сигнала. Зависимость времени реакции от качества сигнала-раздражителя, его интенсивности и других особенностей, обнаруженная при изучении простых сенсомоторных реакций, проявляется и в
других их разновидностях. Зависимость времени реакции от интенсивности
сигнала-раздражителя аналитически выражается формулой [3]
i =1
ti > T
30
t p = ai − n + k ,
(2)
где tp - время реакции, k - некоторая константа, т.е. минимальное
время реакции в оптимальных условиях, i - интенсивность раздражителя, а и
n - коэффициенты, зависящие от конкретных характеристик сигналов и условий эксперимента.
Если слабый сигнал имеет особую значимость для оператора (например, аварийный сигнал), то время реакция на него может быть короче, чем на
более сильный, но менее значимый сигнал. Установлено [5], что при идентификации одномерных символов человек способен передавать информацию в
пределах 1,6 - 3,9 бит.
Между временем реакции выбора и числом дифференцируемых раздражителей существует функциональная зависимость [3]
T = a ⋅ log N ,
(3)
где Т - среднее время реакций на один символ, N - число альтернатив, a - коэффициент, зависящий от условий эксперимента.
Одним из основных понятий, характеризующих процесс управления в
системе "человек-машина", является цикл регулирования, под которым понимается промежуток времени от момента изменения состояния управляемого объекта до момента перехода его в новое состояние. Оператор, как звено
системы «человек – машина» характеризуется быстродействием, надежностью и точностью работы. Быстродействие прямо пропорционально количеству передаваемой человеком информации [3]
(4)
T = a + bH ,
где а и b - некоторые постоянные (a = 0,2 с - скрытое время реакции,
то есть промежуток времени от момента появления сигнала до реакции на
него оператора, b ≈ 0,25 + 0,5 с/дв.ед. - величина, обратная скорости переработки информации оператором), H - количество перерабатываемой информации.
Необходимое быстродействие оператора определяется продолжительностью цикла регулирования, которая должна быть задана:
n
Tц = τоп + ∑ t i ,
(5)
i =1
где Тц - продолжительность цикла регулирования, n - количество
машинных звеньев, ti - время задержки сигнала в звене машины.
При известных Тц и ti (они обычно известны из паспортных данных
технических устройств) от оператора требуется быстродействие:
n
τоп ≤ Tц − ∑ t i .
(6)
i =1
Надежность деятельности оператора определяется вероятностью правильного решения задачи
Pоп =
m
,
N
(7)
где m - количество правильно решенных задач, N - общее количество
решаемых задач.
Требуемая надежность оператора определяется надежностью проведе-
31
ния цикла регулирования
n
Р ц = Р оп ∏ Pi ( Tц ) ,
(8)
i =1
где
Тц.
Pi (Tц) - надежность работы i-го звена машины в течение времени
Зная Pi (Tц) и задаваясь требуемой надежностью проведения цикла регулирования Pц находим требуемую надежность оператора
Р
.
(9)
Р оп ≥ n ц
∏ Pi ( Tц )
i =1
Следующей характеристикой оператора является точность его работы.
Другими словами, это степень отклонения некоторого параметра, регулируемого оператором, от своего заданного значения.
Точность работы оператора определяется величиной погрешности, с
которой оператор регулирует заданный параметр
γ=Y −Y ,
(10)
где Yп - заданные значения параметра, Yоп - фактическое значение
параметра, регулируемое оператором.
Под предельно допустимыми нормами деятельности оператора понимаются максимальные значения параметров, превышение которых может
привести к нежелательным последствием в работе оператора.
Рассмотрим предельно допустимые нормы, характеризующие значения
информационной нагрузки оператора.
Коэффициент загруженности оператора:
n
η = 1−
оп
τ раб
(11)
где τраб - общее время, в течение которого оператор не занят обработкой поступающей информации, Т - общее время нахождения оператора на
рабочем месте.
Из физиологии труда следует [5] , что для операторной деятельности
около 25% рабочего времени должно быть предоставлено оператору для отдыха, следовательно, ηmax = 0,75.
Для операторской деятельности должна быть обеспечена не только допустимая загруженность, но и определенное чередование периодов работы и
отдыха (оперативного покоя). Поэтому вводится понятие периода занятости
Тзан, под которым понимается время непрерывной, без пауз, работы. Для деятельности оператора рекомендуется, чтобы это время не превышало 15 - 20
мин [5].
На деятельность оператора большое влияние оказывает скорость поступления информации. Она не должна превышать пропускную способность
оператора, которая в среднем равна 2-4 дв.ед./с [4,6].
При исследовании возможности устройства пульта ручного управления
человек-оператор обычно представляется элементом, имеющим визуальный
вход и выход по перемещению, либо по силе на рукоятке управления. Очевидно, что для выполнения перемещения рукоятки требуется создание силы,
определяемой механическим импедансом (характеристикой, определяющей
T
,
32
зависимость силы от смещения) рукоятки управления: создание желаемой
силы требует некоторого смещения, также определяемого импедансом.
Не вызывает сомнений, что характеристика импеданса рукоятки управления может привести к возникновению серьезных проблем, либо облегчить
процесс управления. Большая инерционность может привести к значительной ошибке слежения, если управляемый процесс быстро реагирует на смещение рукоятки управления. С другой стороны, очень малая инерционность
может быть использована для сглаживания входа управления, когда высокочастотные составляющие могут вызвать неустойчивость или привести к потреблению управляемыми процессом чрезмерного количества энергии. Разработчики обычно стараются свести до минимума статическое трение и люфты, однако полностью избавиться от них невозможно [6].
Органы ручного управления или управляемые процессы, имеющие статическое трение, зоны нечувствительности или гистерезиса, приводят к скачкообразным ответам, частично из-за самой нелинейности, а частично благодаря стремлению человека непрерывно проверять наличия нелинейности и в
связи с этим калибровать свои управляющие движения. Когда человекуоператору приходится выполнять движения вблизи границ его достижимости
или прилагать усилия, приближающиеся к пределу его возможностей, то это
приводит к нелинейности типа насыщения.
Нелинейности в нажимных кнопках полезны для создания обратной
связи с тем, чтобы оператор фактически ощущал сам процесс приведения в
действие, как, например, в перекидных переключателях.
Очень важно, чтобы направления движения или уровень силы передаваемые рукой или ногой органу управления, соответствовали направлению
или интенсивности предъявляемого оператору сигнала обратной связи и направлению или интенсивности, которые человеку-оператору кажутся естественным. Органы управления, которыми манипулирует человек-оператор,
должны быть расположены таким образом, чтобы при перемещении указателя прибора в заданном направлений он перемещал рукоятку управления в
том же самом направлении.
Движения глаз включают как быстрые скачкообразные движения позиционирования глаз, обычные при чтении, так и более медленные, следящие
движения, при помощи которых глаза перемещаются вслед за медленно движущимися целями.
При движении глаз наблюдается период психологической невосприимчивости: если происходит неожиданное перемещение зрительной цели
в новое положение и менее чем через 0,2 с возврат ее в первоначальное положение, то реакцией наблюдателя является пара равных по величине и противоположных по направлению скачков (ступенчатых реакций глаз), разделенных интервалом в 0,2 с. Движение глаз также имеет локальный максимум
в частотном спектре при 2,5 Гц, связанный с наличием механизма дискретизации, действующего с интервалом 0,2 с.
На основе полученных при обучении на тренажерах знаний человекоператор вырабатывает умения, т.е. способность решать практические зада-
33
чи. Действия, доведенные до автоматизма, определяют навыки. Навыки бывают умственные, сенсорные, моторные и комбинированные. Приобретение
навыков осуществляется путем неоднократных повторений, тренировки действий оператора. Таким образом, тренировка по сути является процессом
функционального совершенствования различных систем организма путем
систематических упражнений возрастающей сложности. Оператора необходимо обучать и тренировать различным операторским функциям в зависимости от выполняемой задачи. Обучение и тренировки необходимо проводить
на современных тренажерах, в состав которых должна быть включена управляющая ЭВМ. В режиме обучения она формирует адаптивные программы
обучения, на основе объективных данных управляет программами и временем обучения, а в режиме контроля определяет уровень натренированности и
качество подготовка обучаемого. В управляющую ЭВМ должны быть заложены:
- психофизиологические константы обучаемого, полученные на основе
аппаратурной оценки типологических особенностей его высшей нервной
деятельности;
- критерии оценки динамического стереотипа управления, формируемые на основе текущих параметров управляющих воздействий оператора;
- критерии оценки уровня психофизиологической напряженности оператора, получаемые на основе анализа текущих параметров функционального
состояния обучающегося;
- объективные критерии оценки точности управления, формируемые на
основе текущих параметров функциональной задачи.
Оценка уровня психофизиологической напряженности оператора на
тренажере должна осуществляться с помощью регистрации психофизиологических показателей с параллельной обработкой на ЭВМ.
Текущие значения управляющих воздействий, информация о функциональном состоянии оператора и значении параметра управления агрегатами поступает в ЭВМ, которая вычисляет оценку стереотипа управления агрегатами, значения критериев психофизиологической напряженности оператора и критериев оценки точности управления. Параметром оцениваются
также показатели, по которым инструктор может судить о возможности допуска к тренировке на тренажере. В результате этих данных ЭВМ формирует
уравнение функционального гистерезиса (устойчивого равновесия) системы,
определяющее уровень обученности оператора.
Выводы
1. Коэффициент загруженности оператора должен быть = 0,75, т.е. для
операторной деятельности около 25% рабочего времени должно быть предоставлено оператору для отдыха.
2. Период занятости - время непрерывной, без пауз, работы не должно
превышать 15 - 20 мин.
3. Скорость поступления информации не должна превышать пропускную способность оператора, которая в среднем равна 2-4 дв.ед./с.
4. Управление человеком-оператором группой из нескольких дистан-
34
ционно-радиоуправляемых ЗТМ возможно лишь при условии полной, комплексной автоматизации, позволяющей значительно уменьшить нагрузки на
оператора.
Решение всех указанных в данной работе задач приведет к получению
полностью адекватной модели функционирования системы оператор – ЗТМ в
процессе разработки грунта.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Авдеев Ю.В. О моделировании управления землеройнотранспортными машинами [Текст]/Ю.В.Авдеев, А.В.Василенко, В.И.Енин,
А.А.Кононов, А.М.Демин //Математическое моделирование, компьютерная
оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления:
межвуз. сб. науч. тр. под ред. В.С.Петровского – Воронеж: ВГЛТА, 2009. – С.
25–29.
2. Кононов А.А. Развитие научных основ повышения эффективности
управления рабочими процессами землеройно-транспортных машин: Автореф. дис. ... д-ра техн. наук: спец. 05.05.04 [Текст]/А.А.Кононов. – Воронеж,
2007. – 36 с.
3. Мейстер Д. Эргономические основы разработки сложных систем
[Текст] / Д.Мейстер. – М.: Мир, 1979. – 235 с.
4. Остапенко В.Н. Надежность человека-оператора в процессе производства радиоэлектронной аппаратуры [Текст] / В.Н.Остапенко // Инженерно-психологическая оценка сложных систем. – Харьков, 1973. – С. 125 – 131.
5. Середа Г.К. Инженерная психология [Текст] / Г.К.Середа. – Киев:
Виша школа, 1976. – 368с.
6. Павлов В.В. Начала теории эргатических систем [Текст] /
В.В.Павлов. – Киев: Наукова думка, 1975. – 298с.
УДК 674.053:621.933.61
О ДИНАМИКЕ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА В
ЛЕНТОЧНОПИЛЬНОМ СТАНКЕ
К.А. Чернышков, С.А. Чепелев, П.И. Попиков (ВГЛТА)
Использование для внутренних нужд лесных хозяйств малогабаритных ленточнопильных станков относительно небольшой производительности становится доступным и экономически выгодным делом. Для иллюстрации идеи настоящей статьи
воспользуемся наиболее полным анализом, который был сделан Л.Т. Свиридовым и А.И. Максименковым в работе [1].
Устройство горизонтального ленточнопильного станка представлено на
рис. 1. Балка 1, которая удерживает стационарный приводной шкив 2 и суппорт с натяжным шкивом 3. может перемещаться по направляющим двух вертикальных стоек 4. Рукояткой 5 пилу вертикально перемещают на заданную толщину очередного отпила.
© Чернышков К.А., Чепелев С.А., Попиков П.И., 2010
35
Рис.1 – Принципиальная схема горизонтального ленточнопильного
станка: а – с тележкой, б – двухпильный с вальцевой подачей
Подающая тележка 6 для распила бревен движется по рельсовому пути от
тросовой или реечной тяги. Бревно фиксируется несколькими парами захватов.
Частота и амплитуда собственных колебаний пильной ленты в режиме
холостого хода (без контакта режущего инструмента с бревном) являются
функцией поперечного сечения, свободной длины ветвей пилы, силы натяжения и скорости ее движения. Для уменьшения амплитуды поперечных колебаний рабочую зону пилы ограничивают направляющими и применяют успокоительный ролик. Анализируя записи колебаний пилы, авторы работы [1] приводят формулу для определения величины наибольшего отклонения пилы от
плоскости ее натяжения и пришли к выводу, что частота колебаний не бывает
менее 60 Гц, т.е. укладывается в звуковой диапазон частот. Это дает возможность
продолжить исследования с использованием современных аудио записывающих
технических средств.
В данной статье предлагается итерационный метод (последовательного
приближения) идентификации режущего инструмента ленточнопильного
станка математическим описанием колебаний упругой струны. Учитывая
плоское сечение ленты, достаточно рассматривать одномерный вариант. Основанием для подобного взгляда послужило представление ленты пилы подобием натянутой струны с принципиальным отличием, что она не закреплена на концах, а находится в непрерывном движении на вращающихся опорах
– шкивах.
В постановке задачи для решения в первом приближении предлагается
гипотеза квазистационарного состояния стоячей волны, т.е. отсутствие перемещения экстремума первой гармоники и точек покоя высших гармоник по
координате 0 ≤ х ≤ L , где L – длина пилы между точками опоры. Предложенная гипотеза позволяет сохранить однородность волнового уравнения.
В неподвижном состоянии и отсутствии внешних воздействий поперечные смещения упругой струны удовлетворяют одномерному волновому
уравнению [2]
∂ 2Ф 1 ∂ 2Ф
−
= 0,
∂х 2 с 2 ∂t 2
(1)
36
начальным условиям:
Ф( х, 0) − Ф0 ( х),
∂Ф
∂t
t =0
= ν 0 ( x)
(0 ≤ x ≤ L) ,
(2)
и краевым условиям:
Ф(0, t ) = Фa (t ),
Ф( L, t ) = Фb (t ) .
(3)
В частном случае, когда краевые условия заданы равенством
Фa (t ) = Фb (t ) = 0 ,
(4)
стоячим волнам одномерного волнового уравнения (1) соответствуют
π
λ π
γ 2 = − , а половина длины волны = целое число раз укладывается в дли2
2
не струны L, при этом
k=
nπ
,
L
ω = kc =
k
nπ c
L
(n = 0,1, 2,...) .
(5)
Решение представляет собой сумму частных решений, т.е. сумму гармонических стоячих волн, возбужденных заданными начальными условиями:
∞
Ф( x, t ) = ∑ (an cos
n =1
nπ c
nπ c
nπ
t + bn sin
t ) sin
x.
L
L
L
(6)
Коэффициенты an и bn определяются из начальных условий, по формулам для коэффициентов Фурье:
2
nπ
an = ∫ Ô 0 ( x) sin
xdx
L0
L
L
nπ
bn =
xdx
ν 0 ( x) sin
∫
nπ c 0
L
2
(n = 1, 2,...),
(7)
L
(n = 1, 2,...).
Во втором приближении необходимо учесть возмущающие воздействия при движении ленты пилы, которые оказывает ее стык, образованный
при соединении начала с концом ленты. Ударяясь о шкив, он наносит на систему ступенчатое воздействие, которое необходимо учесть в краевых условиях (3). На данном этапе предлагается не рассматривать быстротечные переходные процессы, вызванные столкновением стыка ленты со шкивом. Тогда
в волновом уравнении (1) не появится правая часть (неоднородность) и решение уравнения (6) не потребуется дополнять частным решение нового неоднородного уравнения.
В третьем приближении осуществляется переход от, рассматриваемого до настоящего момента, режима холостого хода к рабочему режиму. Для
этого необходимо учесть контакт ленты с ограничительными упорами, успокоительным валиком и, наконец, с предметом труда – бревном, что приведет
к «членению» режимов движения ленты по принципу кусочной аппроксимации.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Свиридов Л.Т. Ленточнопильное оборудование для лесоматериалов
[Текст]/ Л.Т. Свиридов, А.И.Максименков. – Воронеж: ВГЛТА, 2004. – 239 с.
2. Корн Г. Справочник по математике [Текст] /Корн Г. – М.: «Наука»,
1973. – 831с.
37
УДК 532.54; 532.57
РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
ДВИЖЕНИЯ ТОНКОЙ ВЯЗКОЙ ПЛЕНКИ В ПОДШИПНИКАХ
СКОЛЬЖЕНИЯ
П.В. Мурзинов (ВГЛТА)
Современные подшипники используются в пищевой, химической, медицинской, автомобильной, авиационной, судостроительной и многих других
отраслях промышленности. В процессе развития науки создаются и совершенствуются инновационные методики изготовления и испытания новых материалов и деталей, обладающих наилучшими прочностными и износостойкими характеристиками. В этом свете, благодаря экономичности, снижению
металлоемкости и высоким техническим характеристикам подшипники
скольжения начинают активно применяться в большинстве выпускаемых изделий.
Поэтому представление о гидродинамических процессах, протекающих
в подшипниках скольжения, помогает подобрать нужные параметры и характеристики подшипников для конкретной ситуации, возникающей в процессе
проектирования нового оборудования [1].
Рассмотрим течение вязкой пленки в упорном подшипнике скольжения,
имеющем эксцентриситет e (рис.1) [2]. Радиус внешнего вала равен R, радиус
внутреннего – r. Внутренний вал вращается с угловой скоростью ω0 по часовой стрелке. Пусть давление в сечении h1 равно p0, а в сечении h2 – px, причем
давление px>p0. Дуги внешнего и внутреннего валов ограниченные сечениями
h1 и h2 равны соответственно L и l.
Рис. 1 – Сечение упорного подшипника скольжения
Развернем дуги окружностей валов в прямые отрезки (рис.2). Часть дуги
окружности внутреннего вала будет двигаться прямолинейно со скоростью
u 0 = ω0 r .
(1)
Рис. 2 – Развертка упорного подшипника скольжения
© П.В. Мурзинов, 2010
38
Проведя геометрические преобразования, получим
e
ε = ϕ − arcsin( sin ϕ ) ,
R
l = rφ
,
L = Rε
h1 =
(2)
(3)
(4)
(5)
,
R
−r ,
e
ϕ
1 + cos( )
R
h2 = R − r − e .
(6)
В реальных условиях масляная пленка очень тонка h << l , а угол наклона
между поверхностями валов мал α << 1 . Давление меняется только вдоль оси
абсцисс. Граничные условия следуют из того, что вязкая жидкость прилипает
к поверхности, т.е. скорость жидкости равна нулю на поверхности внешнего
вала и равна u0 на поверхности внутреннего вала. Также можно сказать, что
скорость значительно интенсивнее изменяется поперек слоя, чем вдоль течения. На основании этих упрощений уравнение Навье–Стокса примет вид
dp
∂ 2u
=μ 2
dx
∂y
,
(7)
где μ – коэффициент динамической вязкости жидкости; p – давление жидкости; u – скорость жидкости.
Если количество жидкости, протекающее через любое поперечное сечение пленки, постоянно, то получим уравнение неразрывности
h( x)
Q=
∫ udy = const .
(8)
0
Для решения уравнений (7) и (8) зададим граничные условия для скорости
при y=0: u=u0, при y=h: u=0
и давления
при x=0: p=p0, при x=l: p=px,
где h = h(x) – толщина масляного слоя.
Проинтегрируем уравнение (7) по y, определим постоянные интегрирования из граничных условий для скорости и получим
1
dp u0
(9)
u=
+ (h − y ) .
( y 2 − hy )
2μ
dx
h
Подставим выражение (9) в уравнение неразрывности (8) и проинтегрируем поперек масляного слоя от 0 до h
Q=
u0 h h 3 dp
−
.
2 12μ dx
(10)
Для того чтобы найти распределение давления вдоль оси абсцисс, выразим dp из формулы (10) и проинтегрируем полученное выражение по х
dx
⎛u
p = 12 μ ⎜ 0
⎜ 2
⎝
где С – постоянная интегрирования.
x
dx
∫h
0
2
x
−Q
∫
0
dx ⎞⎟
+C ,
h3 ⎟
⎠
(11)
39
Для упрощения вычисления интегралов преобразуем
как угол α мал, то можно записать
(h − h )
α= 1 2 ,
h = h(x)
в
h = h1 − αx ,
dx = −
α
Так
(12)
l
dh
x = x (h) .
(13)
.
(14)
Заменим в выражении (11) x на h, с учетом (13) и (14) получим
⎛
⎜ u
p = 12μ ⎜ − 0
⎜ 2α
⎝
h
dh
∫h
2
⎞
dh ⎟
+C .
h3 ⎟⎟
h1
⎠
h
−Q
h1
∫
(15)
Упростим (15) и получим
p=
⎛ 1
6μ ⎡ ⎛ 1 1 ⎞
1 ⎞⎤
⎢u0 ⎜⎜ − ⎟⎟ + Q⎜⎜ 2 − 2 ⎟⎟⎥ + C .
α ⎢⎣ ⎝ h h1 ⎠
⎝ h1 h ⎠⎥⎦
(16)
Найдем постоянные интегрирования C и Q с помощью граничных условий для давления, причем при x=0: h=h1, а при x=l : h=h2
C = p0 ,
(17)
Q=
h1h2 ( p xαh1h2 − 6μu0 h1 + 6μu0 h2 − p0αh1h2 )
6μ (h22 − h12 )
.
(18)
После подстановки формул (13), (17) и (18) в выражение (16) получим
окончательную формулу для распределения давления по длине в слое смазки
упорного подшипника
p = p0 +
+
h12 h22 ( p x − p0 )
6 μu0
6 μu0 h22 ( p x − p0 )
+
−
+
+
α (h1 − αx ) αh1
h22 − h12
(h12 − h22 )(h1 − αx) 2
6 μh22u0
−
6 μh1h2u0
αh1 (h22 − h12 ) α (h1 − h2 )(h1 − αx) 2
−
6μh2u0
α (h22 − h12 )
(19)
.
На рис.3 показано распределение давления по длине в слое смазки упорного подшипника при различных величинах давления в сечении h2.
Рис. 3 – Распределение давления в слое смазки упорного подшипника
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Самойлович, Г.С. Гидроаэромеханика [Текст]: учеб. для вузов/ Г.С.
Самойлович - М.: Машиностроение, 1980. – 280 с.
2. Емцев, Б.Т. Техническая гидромеханика [Текст]: учеб. для вузов/ Б.Т.
Емцев – М.: Машиностроение, 1978. – 463 с.
40
УДК 678.762.2
ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА МОДИФИКАЦИИ
ДРЕВЕСНОВОЛОКНИСТЫХ ПЛИТ НЕФТЕПОЛИМЕРНОЙ
СМОЛОЙ ФРАКЦИИ С9
А.Н.Черная (ВГТА)
Нефтеполимерные смолы в настоящее время представляют значительный интерес в качестве заменителей природных продуктов (растительных
масел, канифоли, альбумина), а также дорогих и более дефицитных синтетических смол (инден-кумароновых, стирольно-инденовых, древеснопирогенных и др.) [1]. Одним из интересных и перспективных направлений
использования нефтеполимерных смол может стать защитная обработка древесины и древесных материалов, позволяющая придать повышенные гидрофобные свойства изделиям, стабилизировать размеры, защитить от гниения и
др.
В данной работе исследована возможность применения нефтеполимерной смолы на основе углеводородной фракции С9 для защитной обработки
древесноволокнистых плит (ДВП).
Изучение процесса модифицирующей пропитки образцов ДВП проводили по плану греко-латинского квадрата четвертого порядка [2]. Преимуществом данного метода планирования является значительное сокращение объемов эксперимента для выявления и оценки влияния отдельных факторов и
получение регрессионных уравнений, позволяющих одновременно оценить
влияние всех этих факторов.
В качестве основных факторов, оказывающих наибольшее влияние на
свойства ДВП, были выбраны: продолжительность пропитки – 30, 60, 90 ,120
с (фактор А); температура пропиточного состава – 20, 40, 60, 80 оС (фактор
В); температура термообработки – 90, 120, 150, 180 оС (фактор С); продолжительность термообработки – 1, 3, 5, 7 ч (фактор D). В качестве функций отклика выбраны изменения таких показателей ДВП, как прочность при изгибе,
водопоглощение, разбухание по толщине.
Обработку проводили следующим образом. Предварительно высушенные, взвешенные и измеренные образцы ДВП погружали в пропиточную
ванну, содержащую 50 %-ный раствор нефтеполимерной смолы фракции С9 в
углеводородном растворителе, и выдерживали согласно плану эксперимента
в течение необходимого времени при заданной температуре. Пропитанные
образцы извлекали из ванны, подсушивали и подвергали термообработке, после чего охлаждали до комнатной температуры, взвешивали, фиксировали
размеры и проводили испытания по определению предела прочности, а также
водостойкости согласно общепринятой методике.
Содержание нефтеполимерной смолы в образцах ДВП в зависимости
от технологических условий модификации изменялось от 12,3 до 17,5 % массы плиты.
© А.Н.Черная, 2010
41
После обработки экспериментальных результатов с применением
средств программирования получены уравнения регрессии, описывающие
влияние основных технологических параметров процесса на показатели модифицированных образцов ДВП:
- предел прочности при изгибе ДВП, МПа
Yпрочн. = 6,31·10-6·(52,36 + 2,37·10-2·а)·(54,21 – 9·10-4·b)·(42,04 + 9,18·10-2·с)×
×(53,10 + 0,27·d);
- водопоглощение (через 24 ч), %
Yводопогл. = 2,23·10-4·(17,90 – 1,83·10-2·а)·(17,83 – 2,61·10-2·b)·(20,12 – 2,66·102
·с)×
×(16,38 + 3,15·10-2·d);
- разбухание по толщине (через 24 ч), %
Yразбух. = 4,82·10-4·(13,02 – 8,60·10-2·а)·(12,77 – 10-4·b)·(16,65 – 2,86·10-2·с)×
×(14,34 – 0,37·d).
Анализ результатов показывает, что условиями, обеспечивающими
наилучшие показатели получаемых плит, являются: продолжительность пропитки 30 с при температуре 80 оС; температура термообработки 180 оС при
продолжительности 7 ч.
Влияние таких факторов как продолжительность и температура пропитки на свойства ДВП в исследованных интервалах незначительно. Это связано с тем, что ДВП обладают малой плотностью, и нефтеполимерная смола
легко проникает в их структуру за короткий промежуток времени. Наиболее
существенное влияние на повышение водостойкости образцов оказывает
температура термообработки. Это связано с тем, что при повышенных температурах ускоряются процессы структурирования молекул нефтеполимерной смолы, снижается их непредельность: чем больше в полимере двойных
связей, тем выше его гидрофильность. Образующийся пространственноструктурированный полимерный каркас и его химическая связь с древесным
волокном повышает не только гидрофобные свойства, но и прочностные показатели древесноволокнистых плит.
Визуальный осмотр срезов пропитанных ДВП показал равномерное
распределение нефтеполимерной смолы в объеме получаемой плиты, заполнение производственных дефектов, микро- и макропор.
Таким образом, нефтеполимерная смола фракции С9 может быть использована для модификации древесноволокнистых плит с целью повышения
их водостойкости и прочности при изгибе.
БИБЛИОГАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Думский, Ю.В. Нефтеполимерные смолы [Текст] / Ю.В. Дум1.
ский. - М.: Химия, 1988. – 168 с.
Ахназарова, С.Л. Методы оптимизации эксперимента в химиче2.
ской технологии [Текст] / С.Л.Ахназарова, В.В. Кафаров. - М.: Высш. шк.,
1985. – 328 с.
42
УДК 536.21
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
ПРЕССОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ, ПРОПИТАННОЙ ТЕТРА
КАРБОНИЛОМ НИКЕЛЯ, МЕТОДОМ ТЕМПЕРАТУРНОВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ
А. И. Анучин (ВГЛТА)
С трением связана одна из самых острых проблем современности —
износ машин и механизмов. Расходы на восстановление машин в результате
износа огромны, причем ежегодно они увеличиваются. Увеличение срока
службы машин и оборудования даже в небольшой степени равносильно вводу значительных, новых производственных мощностей.
Большинство машин (85—90 %) выходит из строя по причине износа деталей. Затраты на ремонт и техническое обслуживание машин в несколько
раз превышают их стоимость: для автомобилей в 6 раз, - для станков до 8 раз,
тракторов – в 4 раза. На запасные части расходуется более одной пятой выплавляемого металла.
Большие материальные потери народное хозяйство терпит от
потерь на трение в узлах машин.
В целом потери, связанные с трением и износом машин, для промышленно развитых стран, составляют 3…10 % валового национального продукта, а из потребляемой промышленностью энергии 15% расходуется на преодоление сил трения. Поэтому борьба с трением и износом во всех странах
мира превратилась в одну из важнейших технических и экономических проблем [1].
По износостойкости в узлах трения прессованная древесина не уступает бронзе и латуни и превосходит другие антифрикционные материалы.
Подшипники из прессованной древесины работают при удельных нагрузках
и скорости их скольжения больших, чем подшипники из других антифрикционных материалов [2].
Несмотря на ряд явных преимуществ, прессованная древесина до сего
времени еще не получила широкого применения в машиностроении и ремонтном хозяйстве.
Причина этого – недостаточная изученность ее антифрикционных, теплофизических, химических и других свойств.
Недостатками прессованной древесины являются низкая теплопроводность (как и у всех неметаллических материалов) и усиленное разбухание во
влажной среде. Однако знание физико-механических свойств и особенностей
строения прессованной древесины позволяет во многих случаях снизить эти
недостатки до минимума, а в ряде случаев использовать их по назначению
(например, применение ДП в уплотнениях узлов машин).
© А. И. Анучин, 2010
43
Большинство узлов трения машин и механизмов работает в различных
климатических условиях и средах: при низких и высоких температурах, разной влажности и степени запыленности окружающего воздуха песком, цементом и другими пылеобразными материалами или даже в их среде [2].
Многолетние исследования подтвердили,
что работоспособность
подшипников из ДП ограничивается в основном не пределами допускаемых
скоростей скольжения и нагрузок, а температурными напряжениями, сопровождающими работу узлов трения. Изучение комплексного влияния параметров и факторов, характеризующих климатические условия, агрессивные
и абразивные среды, на работоспособность подшипников из ДП, может быть
достигнуто путем глубоких исследований процессов теплофизических
свойств материала [1].
Целью работы является разработка и исследования способа улучшения
антифрикционных и теплофизических свойств, прессованной древесины путем ее модифицирования.
Нами разработана технология модифицирования древесины парами
тетра карбонила никеля с последующим применением процесса прессования
и пропиткой антифрикционным наполнителем с торца под давлением позволяет получать новый конструкционный материал с высокими физикомеханическими, технологическими и эксплуатационными свойствами [3].
Теплофизические характеристики натуральной древесины известны и
широко представлены в справочной литературе. Однако для древесины, пропитанной тетра карбонилом никеля, их численное значение необходимо определить экспериментальным путем.
Для осуществления аналитических расчетов распределения температурных полей при нестационарном теплообмене необходимо экспериментально определить теплофизические показатели древесины пропитанной тетра карбонилом никеля.
Аналитические пути определения температурного поля при нестационарном теплообмене основаны на решении дифференциального уравнения в
частных производных для конвективного теплообмена. Для этого необходимо иметь точные значения теплофизических констант, характеризующих интенсивность теплообмена на поверхности с окружающей средой и полных
теплоемкостей натуральной древесины и пропитанной хлоридом натрия. Под
полной теплоемкостью двух материалов понимают отношение их толщин,
коэффициентов теплопроводности и удельной теплоемкости.
Анализ современных методов определения коэффициента теплопроводности [4] показывает, что несмотря на значительное количество разработанных методов сложно выбрать метод, отвечающий специфике формирования температурного поля в древесине. Наиболее приемлемым для исследования теплопроводности тонкослойных материалов в режиме нестационарности представляется так называемый метод двух температурно-временных интервалов [5]. Незначительная по объему модернизация метода позволяет его
значительно упростить.
44
На рис. 1 представлена схема двухсоставной системы с исследуемым
образцом.
Как видно из этого рисунка, один из спаев дифференциальной термопары помещен внутри теплоприемника, а другой - в нагревателе постоянной
температуры. При этом показание No гальванометра, включенного в цепь
термопары, соответствует разности температур tn - to.
При соприкосновении системы из теплоприемника и образца в виде
тонкой плавны с нагревателем температура системы возрастает и показания
N гальванометра уменьшаются. Определение коэффициента теплопроводности исследуемого образца сводится к фиксированию двух промежутков времени: Δτ 1 = τ 2 − τ 1 и Δτ 2 = τ 3 − τ 1 соответствующих двум заданным изменениям показаний гальванометра ΔN1 = N1 − N 2 и ΔN 2 = N1 − N 3 (рис. 1).
Рис. 1 – Схема двухсоставной системы для определения коэффициента
теплопроводности древесины методом двух температурно-временных интервалов: 1 - теплоприемник; 2 - нагреватель; 3 - образец; 4 - гальванометр; R –
реостат
Полученные значения Δτ 1 и Δτ 2 позволяют найти коэффициент теплопроводности исследуемого образца из выражения
b ⋅ε ⋅ h
λ = b ⋅ε a =
,
2 ⋅ P ⋅ Δτ
(1)
где в - постоянная теплоприемника, характеризующая его тепловую
активность;
Р и – безразмерные параметры;
h - толщина образца, м.
Входящие в (1) безразмерные параметры находятся из рабочих таблиц
дающих зависимость Р и от найденных в опыте значений Δτ 1 и Δτ 2 [5].
Изменение показаний гальванометра со временем
связано с изменением относительной температуры θ = t в точке О системы соотношением
tн
45
N tН − t
=
=1−θ .
(2)
N0
tН
Уравнение θ = f (τ ) описывающее изменения относительной температуры
в точке О системы, имеет вид
α
= F (α , y ) .
erfc ( y ) − αerfc(3 y ) + ...
В этом уравнении
ε −1
α=
,
ε +1
λ
ε=
,
b a
λ
b= T ,
θ =1+
aT
h
y=
,
2 α ⋅τ
erfc( y ) = 1 − erf ( y ) ,
erf ( y ) =
2
π
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
y− y2
∫e,
(9)
0
где dy - интеграл Гаусса;
- коэффициенты теплопроводности и температуропроводности теплоприемника, Вт/(м 2·°С) и м2 /с;
X , а - коэффициенты теплопроводности и температуропроводности исследуемого образца, Вт/(м2-°С) и м2/с
При работе по данной методике необходимо стремиться к увеличению
меряемых промежутков времени Δτ 1 и Δτ 2 , для чего необходимо использовать теплоприемник с большим значением постоянной в. При создании экспериментальной установки использовался теплоприемник, изготовленный из
свинца, имеющий наибольшую из возможных значений постоянную в.
46
Время , ч
Рис. 2 – График зависимости показаний гальванометра по времени
Узловые точки можно отыскать по зависимости ε
y
= f (ε ) . Из соот-
ношения M = ε
следует y = ε
тогда для выбранного промежутка
y
M
Δθ = θ 2 − θ1 параметр Р определяется из выражения:
y12
P=
(
откуда
y1
y2
ε
) −1
(ε
=
2
(
M2
M
M1
)2
) −1
= M 22 − M 12 ,
,
P
где M 2 и M 1 – значения величин М, соответствующее значениям
θ1 = 1 − N 1 − N 0 ,
θ2 = 1 −
N2
.
N1
(10)
2
(11)
(12)
(13)
Отсюда коэффициент теплопроводности с учетом (11) принимает вид
b⋅h
λ=
⋅ M 22 − M 12 .
(14)
2 ⋅ Δτ
47
Таким образом, измерение коэффициента теплопроводности образца
сводится к определению промежутка времени
[5], соответствующего
разности Δθ = θ 2 − θ1 , где θ1 и θ 2 – удобные для измерений значения
θ1 = 1 −
N2
,
N1
(15)
θ2 = 1 −
N2
.
N0
(16)
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Мышкин, Н. К. Трибология и триботехника [ Текст ] : моногр./ Н.
К.Мышкин – Гомель.: НАН Белоруссии, 2002. – 523 с.
2. Винник, Н.И. Исследование процессов тепло и массообмена в узлах
трения строительных и лесозаготовительных машин с подшипниками из
прессованной древесины [Текст]/ Н. И. Винник - Воронеж, 1972. - 55 с.
3. Чаадаев, А.Е. Модифицирование прессованной древесины церезином
- [Текст]: автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Воронеж, 2008. - 16 с.
4. Вержинская, А. Б. Исследование теплофизических характеристик
материалов в форме пластин и покрытий методом постоянной мощности
[Текст]/ А. Б. Вержинская // Инженерно-физический журнал 1964. – Т. 7, №
4. – С. 48-51.
5. Волькенштейн, В. С. Скоростной метод определения теплофизических материалов [Текст]/ В. С. Волькенштейн. – Л. : Энергия, 1971.
УДК 536.24
ИДЕНТИФИКАЦИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
КЛЕЕВЫХ ПРОСЛОЕК В РЕАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ
ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Е.Н. Лушникова, А.А. Тиньков, Е.В. Поздняков (ВГЛТА)
Во многих теплонапряженных системах в процессе их эксплуатации
надежность функционирования клеевых соединений между деталями и узлами требует информации о коэффициентах теплопроводности или температуропроводности непосредственно клеевых прослоек. В наиболее упрощенном
и в тоже время приближенном к реальным условиям варианте следует рассматривать математическую модель нестационарных тепловых процессов,
протекающих в двухслойных системах с неидеальным контактом. Возникающее в процессе прохождения теплового потока контактное термосопротивление [1] по существу имитирует сопротивление клеевой прослойки, по
которому можно найти коэффициент теплопроводности непосредственно
клеевой прослойки.
© Лушникова Е.Н., Тиньков А.А., Поздняков Е.В., 2010
48
Имеется несколько решений данной задачи. Так, в работе [2] принято
считать, что если в процессе нагрева двух контактирующих тел произвести
измерения температуры в n точках второго тела, достаточно удаленных от
поверхности контакта, то величину термосопротивления в зоне контакта
можно определить из условия приближения расчетных кривых Ti = (τ ) к экспериментальным Ti = (τ ), где i = 1, 2,..., n .
Поскольку опытные данные температуры содержат случайные ошибки
измерения, то за меру приближения следует принять величину среднеквадратичного отклонения измеренных значений температуры, вычисленных на
рассматриваемом отрезке времени (0,τ ) . При обработке m экспериментов
среднеквадратичное отклонение для всей совокупности опытных данных
имеет вид
1
τy
⎧ m ny
⎫ 2
2
1
1 ⎡
⎪1
⎪
ý
δ = ⎨ ∑ ∑ ∫ Tiy (τ )Tiy (τ ) ⎤ dτ ⎬ .
(1)
⎣
⎦
m
n
τ
y
⎪⎩ i =1 i =1
⎪⎭
0
Функция R(Tк ) ≥ 0 ( Tк - температура в зоне контакта), сообщающая ми-
нимум функционалу [1], будет определяемой зависимостью контактного
термосопротивления от температуры для данного соединения. Получаемая в
результате решения величина минимального функционала (1) позволяет судить о степени соответственно выбранного представления зависимости
R(Tк ) реальному изменению контактного термосопротивления от температуры. Таким образом, зависимость R(Tк ) считается найденной, если величина
δ мин находится в пределах погрешности измерения температуры. При невыполнении данного условия следует учитывать принятое описание зависимости R(Tк ) , а при разложении R(Tк ) в ряд увеличить число членов ряда. Получив данные о термосопротивлении Rk, легко найти значение коэффициента
теплопроводности λ для клеевой прослойки заданной толщины.
По другому решается задача авторами работы [3]. Здесь приводятся результаты математического моделирования решения коэффициентной обратной задачи теплопроводности по определению зависимости контактного
термосопротивления в двухслойной неограниченной пластине с граничными
условиями первого рода от температуры. Зависимость R(Tк ) рекомендуется
находить с помощью аппарата коэффициентных обратных задач или задач
идентификации. При подобном подходе по данным одного эксперимента искомая зависимость может быть найдена сразу в широком диапазоне температур.
В качестве критерия, минимизация которого позволяет выбирать искомые характеристики, выступает среднеквадратичное отклонение температур,
рассчитанных по заданной математической модели в точках заделки датчиков температуры от опытных. Находятся функции R(Tк ) и Ti ( х,τ ) , i = 1, 2 из условия минимума функционала
49
2
mi τ m
(
y =1 0
У = ∑ ∑ ∫ Ti (Yi , y,τ ) − fi, y (τ )
i =1
)
2
dτ .
(2)
Здесь fi, y (τ ) - измеренная зависимость температуры от времени в точке
с координатами Y i, y .
Линейная часть приращения целевого функционала (2) представляется
в форме
2
mi τ m
(
)
У = ∑ ∑ ∫ Ti (Yi , y,τ ) − fi , y (τ )ϑi (Yiyτ ) dτ ,
i =1 y =0 0
(3)
которая преобразуется к виду
τm
∂ψ 2,1 ( x2 ,τ ) ∂T1 ( x2 ,τ )
⋅
dτ ,
∂x
∂x
(4)
∂ψ 2,1 ( x2 ,τ ) ∂T1 ( x2 ,τ )
⋅
Bк (Т )dτ .
∂x
∂x
(5)
ΔУ = ∫ ΔRλ1 (T )λ2 (T )
0
где ψ ( x,τ ) - сопряженная переменная.
Используя (4), формулу для составляющих вектора градиента (2) можно представить в виде
J к'
τm
= ∫ λ1 (T )λ2 (T )
0
Здесь К = −1, 0,...., A + 1 и Вк – сплайн на сетке [4].
Зная градиент целевого функционала, можно построить итерационный
алгоритм обратной задачи.
Приведенные выше методические основы нахождения контактных
термосопротивлений позволяют по ограниченным опытным данным температуры в достигнутых местах заделки датчиков находить значения Rк и отсюда рассчитать значения теплофизических характеристик клеевой прослойки.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Мадхусудана, К.В. Контактная теплопередача. Исследования последнего десятилетия [Текст] / К.В. Мадхусудана, Л.С. Флетчер // Аэрокосмическая техника, 1987. - №3. - С. 103 - 120.
2. Смышляева, С.В. Экспериментальное исследование термического
сопротивления в конструктивных соединениях [Текст] / С.В. Смышляева,
В.М. Юдин // Ученые записки ЦАГИ: сб. науч. тр. ЦАГИ .- М., 1971.- Т.2. №2.- С. 66 -72.
3. Артюхин, Е.А. Восстановление термического контактного сопротивления из решения обратной задачи теплопроводности [Текст] / Е.А. Артюхин, А.В. Ненарокомов // Инженерно - физический журнал, 1984. - Т.56.- №4.
- С. 677 - 682.
4. Стечкин, С.Б. Сплайны в вычислительной математике [Текст]: моногр./ С.Б. Стечкин, Ю.Н. Субботин.- М.: Наука, 1976. - 248 с.
50
УДК 674.028.9
ПОВЫШЕНИЕ ПРОЧНОСТИ КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ
ДРЕВЕСИНЫ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ МАГНИТНЫМ ИЛИ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПОЛЕМ НА КЛЕЙ
А.В. Иванов, М.А. Шендриков, Э.А. Черников, В.М. Попов (ВГЛТА)
А.В. Жабин (ВГУ)
На современных деревообрабатывающих предприятиях широко применяется технологический прием соединения деталей из древесины путем
склеивания [1]. При склеивании массивной древесины требуется создание
клеевых соединений повышенной прочности. Известные на сегодняшний
день способы повышения прочности клеевых соединений древесины себя
практически исчерпали [2].
Предлагается интенсивный способ склеивания древесины, когда используемый для склеивания клей подвергается воздействию магнитным или
электрическим полем. Для реализации предлагаемого способа созданы запатентованные установки по обработке полимерных компонентов клеев в магнитном [3] или электрическом [4] поле.
Обработке подвергались полимерные смолы двухкомпонентных клеев
КФЖ и Клейберит “SUPRATERM 436” и однокомпонентный клей ПВА. Исследуемые смолы или клей подвергались воздействию постоянным магнитным полем напряженностью Н от 0 до 24·104 А/м при температуре 20 ºС в течение 20 минут. После этого в смолу добавлялся отвердитель в виде раствора
щавелевой кислоты из расчета 5 % отвердителя на 1 массовую часть сухого
остатка смолы. Полученные клеевые композиции или однокомпонентный
клей наносились на поверхности образца из дуба, применяемого для испытаний на прочность при скалывании вдоль волокон. Отверждение клеевой прослойки осуществлялось при давлении 0,3 МПа, температуре 25 ºС в течение
суток.
Полученные образцы испытывались на стенде марки МИ – 20 на предел прочности при скалывании τ.
Результаты исследований представлены на рис. 1.
Для тех же клеев проводилась операция по воздействию постоянным
электрическим полем напряженностью Е от 0 до 1484 В/см при аналогичных
для магнитного поля параметрах. Результаты испытаний приведены на рис. 2.
© Иванов А.В., Шендриков М.А., Черников Э.А., Попов В.М., Жабин А.В., 2010
51
Рис. 1 – Зависимость предела прочности клеевого соединения на скалывание от напряженности магнитного поля: 1 – клей КФЖ; 2 – клей ПВА; 3
– Клей Клейберит “SUPRATERM 436”
Рис. 2 – Зависимость предела прочности клеевого соединения на скалывание от напряженности электрического поля: 1 – клей ПВА; 2 – Клей
Клейберит “SUPRATERM 436”; 3 – клей КФЖ
Анализ опытных данных рис. 1 и 2, представленных в виде зависимостей τ = f(Н) и τ = f(Е), показывает, что с повышением напряженности магнитного или электрического поля растет прочность клеевых соединений древесины. Для исследуемых клеев при напряженности магнитного поля выше
20·104 А/м и электрического поля выше 1300 В/см зависимости τ = f(Н) и τ =
f(Е) вырождаются, что объясняется окончанием процесса упорядоченного
структурирования полимерной основы клея [5]. Структурные преобразования
в обработанном клее подтверждаются микрофотографиями, полученными с
помощью электронного растрового микроскопа Jeolio 6380 – Lf.
Предлагаемый способ получения клеевых соединений из массивной
древесины повышенной прочности может быть легко реализован в условиях
деревообрабатывающих производств или на предприятиях, где изготавливаются клеи.
52
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Темкина, Р.З. Синтетические клеи в деревообработке [Текст]: моногр. / Р.З. Темкина. – М.: Лесная пром-сть, 1971. – 286 с.
2. Фрейдин, А.С. Прогнозирование свойств клеевых соединений древесины [Текст]: моногр. / А.С. Фрейдин, К.Т. Вуба. – М.: Лесная пром-сть,
1980. – 224 с.
3. Пат. 2328788 МПК H01F 13 / 00. Устройство для намагничивания
[Текст] / В.М. Попов, А.В. Иванов, В.С. Мурзин, А.П. Новиков, В.В. Шестакова, А.В. Латынин; Заявитель и патентообладатель ВГЛТА. – № 2007
115746 / 09; заявл. 25.04.2007; опубл. 10.07.2008, Бюл. № 19. – 4 с.
4. Пат. 2382806 МПК С01J 5 / 00. Способ склеивания древесных материалов [Текст] / В.М. Попов, А.В. Иванов, А.П. Новиков, В.С. Мурзин, А.Д.
Платонов, А.В. Латынин, М.А. Шендриков; Заявитель и патентообладатель
ВГЛТА. – № 2008 126804 / 04; заявл. 01.07.2008; опубл. 27.02.2010, Бюл. № 6.
– 4 с.
5. Молчанов, Ю.М. Структурные изменения полимерных материалов в
магнитном поле [Текст] / Ю.М. Молчанов, Э.Р. Кисис, Ю.П. Родин // Механика полимеров, 1973. – № 4 С. 737 – 738.
УДК 674.093
ВЛИЯНИЕ УСУШКИ И РАЗБУХАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ
НА ФОРМУ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ ИЗ СЕКТОРОВ И ДЕФОРМАЦИЮ
КЛЕЕВЫХ ШВОВ
В.А. Червинский, В.С. Болдырев, В.Б. Щепкин (ВГЛТА)
Одним из изделий секторно-совмещенного способа раскроя [1] может
быть обрезная клееная доска (рис.1, поз. а). В процессе эксплуатации вследствие изменения относительной влажности воздуха доска может изменять
свое первоначальное сечение. Целью нашей работы являлась разработка методик расчета окончательных размеров доски после завершения усушки или
разбухания древесины и остаточных напряжений клеевого шва.
На рис. 1 представлены 4 этапа последовательного графического построения окончательного сечения двухсекторной доски: а – первоначальное
сечение; б – показаны направления, по которым перемещаются угловые точки сечения при усушке и разбухании: точки вершин центрального угла секторов по биссектрисам углов, точки прямых углов секторов по линиям перпендикулярным биссектрисам; в – на установленных направлениях откладывают величины перемещений угловых точек в радиальном и тангенциальном
направлениях и получают угловые точки после завершения усушки или разбухания; г – соединяют полученные точки прямыми линиями и получают
окончательное сечение доски.
© Червинский В.А., Болдырев В.С., Щепкин В.Б., 2010
53
а – первоначальное
сечение.
б – направления,
по которым перемещаются угловые
точки сечения при
усушке и разбухании
в – точки после
усушки и разбухания.
г – окончательные
сечения после
усушки и разбухания.
Рис. 1 – Этапы построения сечения клееной доски из 2 секторов при
усушке и разбухании
54
Рис. 2 – Поперечное сечение цельной радиальной доски (а) после
усушки (б) и разбухания (в)
Из рис. 1 видно, что полученные сечения 2-секторной доски при усушке и разбухании представляют собой параллелограммы с центром симметрии
в точке пересечения диагоналей (клеевого шва). На рис. 2 для сравнения показано поперечное сечение радиальной доски из цельной древесины, ширина
которой равна половине диаметра бревна. В отличие от рис. 1, где перемещения угловых точек происходят симметрично относительно центральной точки симметрии, у фигуры рис. 2 перемещения угловых точек происходят параллельно осям симметрии на величину, равную половине расчетной величины радиальной и тангенциальной усушки или разбухания. Так как величина тангенциальной усушки значительно превышает величину радиальной
усушки или разбухания, то поперечное сечение такой доски после усушки
или разбухания будет иметь форму равнобедренной трапеции.
Ниже даны формулы для расчета размеров полученных после усушки
или разбухания сечений досок.
Двухсекторная доска:
HУ = H −
HР = H +
α
(ΔТУН ⋅ cos
α
+ Δ РУВ ⋅ sin )
2
2 ,
cos
(Δ ТРН ⋅ cos
α
2
BУ = B −
α
α
2
)
2 ,
(Δ ТРН ⋅ sin
α
cos
2
(3)
α
+ Δ РРВ ⋅ cos )
2
2 .
α
(2)
α
α
2
(1)
α
+ Δ РУВ ⋅ cos )
2
2 ,
cos
BР = B +
2
+ Δ РРВ ⋅ sin
cos
(Δ ТУН ⋅ sin
α
(4)
55
Радиальная доска из цельной древесины:
H У 1 = Н − Δ РУН ,
(5)
H У 2 = Н − Δ ′ТУН ,
(6)
BУ = В − Δ ′РУВ ,
(7)
(8)
H Р1 = Н + Δ РРН ,
(9)
H Р 2 = Н + Δ ТРН ,
(10)
B Р = В + Δ РРВ ,
где Н , H У 1 , HУ 2 , H Р1 , H Р 2 - соответственно толщина доски первоначальная,
после окончания усушки первая, после окончания усушки вторая, после
окончания разбухания первая, после окончания разбухания вторая;
B , BУ , BР - соответственно ширина доски первоначальная, после окончания
усушки, после окончания разбухания;
ΔТУН - тангенциальная усушка по толщине ( BBУ );
Δ РУВ - радиальная усушка по ширине ( AAУ ) или ( CCУ );
Δ ТРН - тангенциальное разбухание по толщине ( BB Р );
Δ РРВ - радиальное разбухание по ширине ( AAР ) или ( CC Р );
Доска из цельной древесины:
Δ РУН - радиальная усушка по толщине;
Δ ′ТУН - радиальная усушка по ширине;
Δ ′РУВ - радиальная усушка по ширине;
Δ РРН - радиальное разбухание по толщине;
Δ ТРН - тангенциальное разбухание по толщине.
Величину линейной и объемной усушки вычисляют от размеров образца при пределе гигроскопической влажности:
Уw =
a пг − a w
⋅ 100 , % ,
a пг
(11)
где У w - усушка образца при достижении данной влажности, %;
aпг - размеры образца при пределе гигроскопичности, мм;
aw - размер образца при данной влажности, мм.
В производственных условиях пиломатериалы и детали доводят при
сушке до эксплуатационной влажности и при этой влажности склеивают.
Начиная с момента склеивания любые изменения температурновлажностных условий окружающей среды вызывают в деревянных клееных
изделиях изменение размеров и соответственно изменение внутренних напряжений клеевых швов, возникающих по причине усадки клеевых материалов. Поэтому в качестве базовых необходимо принимать размеры пиломатериалов и деталей, имеющих эксплуатационную влажность. В этому случае
формула (11) принимает следующий вид:
У эw =
aэ − aw
⋅ 100 , % ,
аэ
(12)
где У эw - усушка образца при достижении эксплуатационной влажности, %;
56
a э - размер образца при эксплуатационной влажности (до нанесения клея),
мм.
Если расчеты производить не в процентах, то получим относительную
величину усадки:
У оэw =
aэ − aw
,
аэ
(13)
где У оэw - относительная величина усушки при достижении эксплуатационной влажности древесины.
Применительно к клеевым соединениям формулу (13) можно записать
следующим образом:
У оэw =
LЭ − LW
,
LЭ
(14)
где LЭ - длина клеевого шва в момент нанесения клея, при эксплуатационной влажности, мм;
LW - длина клеевого шва в момент нанесения клея, при текущей влажности
подложки, мм;
Особенностью клееных изделий из секторов является строго радиальная направленность клеевых швов. При формировании клеевых швов в них
возникают внутренние усадочные напряжения, соответствующие величине
деформации от задержанной усадки. Относительная величина деформации от
задержанной усадки ε озу может быть вычислена по формуле
εозу =
LЭ − LТ ,
LЭ
(15)
где LЭ , LТ - длина клеевого шва, соответственно в момент нанесения клея и
при окончании твердения клеевой прослойки, мм.
При усушке образца относительная величина усушки древесины в направлении клеевого шва вычитается из относительной величины деформации
от задержанной усадки. В результате остаточная деформация оказывается
равной:
ε оозу =
LЭ − LТ LЭ − LW
,
−
LЭ
LЭ
(16)
где ε оозу - относительная остаточная задержанная усадка клеевого шва после
окончания усушки.
Анализ формулы (16) показывает, что с ростом усушки древесины
(второй член) величина деформации от задержанной усадки (первый член)
будет уменьшаться и при достижении равенства правая часть уравнения обращается в нуль, что приводит к исчезновению в клеевом шве или покрытии
усадочных напряжений. Полученный результат имеет важное значение, так
как позволяет получать клеевые соединения без усадочных напряжений в
клеевых швах, по крайней мере хотя бы в одном радиальном направлении.
Следует заметить, что при превышении величины второго члена над первым
появляются отрицательные (сжимающие) внутренние напряжения, которые
ведут к быстрому разрушению клеевого соединения.
57
При разбухании размеры образца увеличиваются, увеличивается и длина клеевого шва (18). Увеличение будет происходить до тех пор, пока относительная остаточная деформация при разбухании ε îîäð клеевого шва не достигнет предела допустимой деформации клеевого шва.
ε ор =
ε оодр =
LW − LЭ
,
LЭ
LЭ − LТ LW − LЭ
+
LЭ
LЭ
(17)
,
(18)
Вышеприведенные рассуждения привели нас к следующим условиям
стабильного состояния клеевого шва:
ε оозу ≥ 0 ,
(19)
ε оодр < ε др ,
(20)
где ε др - относительная величина предельно-допустимой деформации разрушения клеевого шва.
Выводы
1. При усушке и разбухании двухсекторных клееных первоначальное прямоугольное поперечное сечение досок преобразуется к сечениям в виде параллелограмма. Для расчета окончательных размеров толщины и ширины таких
пиломатериалов предложены формулы.
2. Предложена методика расчета линейной усушки и разбухания пиломатериалов склеенных из секторов.
3. Установлены условия стабильного состояния клеевого шва в процессе эксплуатации.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. А.с. 490651 СССР, МКИ 1 В27Д 1/100. Способ получении клееных
заготовок радиальной распиловки/ В.А.Червинский – Опубл. 05.11.75., Бюл.
№41.
2. Хрулёв, В.М. Долговечность клееной древесины [Текст] / В.М. Хрулев, - М.: Лесная пром-сть, 1971. – 150с.
УДК 674.09
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГОДИЧНЫХ
СЛОЕВ НА ВЕЛИЧИНУ ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ
КЛЕЕВОГО ШВА
В.А. Червинский, В.С. Болдырев, В.Б. Щепкин (ВГЛТА)
Годичные слои относятся к одной из наиболее часто встречаемых надмолекулярных структур древесины. Главной особенностью годичного слоя
является деление его на две зоны: зоны поздней и ранней древесины, механические свойства этих зон сильно отличаются. Так, у древесины лиственницы, например, плотность поздней древесины более чем в два раза, объемная
© Червинский В.А., Болдырев В.С., Щепкин В.Б., 2010
58
усушка почти в два раза, предел прочности на разрыв вдоль волокон почти в
четыре раза, а предел прочности при статическом изгибе вдоль волокон более чем в пять раз выше тех же показателей ранней древесины [1]. Подложка
является единственной причиной возникновения в клеевом шве внутренних
усадочных напряжений. Величина этих напряжений напрямую связана с физико-механическими свойствами подложек [2]. На схеме рис. 1 показано напряженное состояние в двух парах точек: в клеевой прослойке и поздней
древесине, в клеевой прослойке и ранней древесине вблизи границы раздела.
Точки в древесине находятся в состоянии плоского напряжения сжатия, точки, расположенные в клеевой прослойке - в состоянии плоского напряжения
растяжения.
Ниже даны все 8 уравнений связи деформации и напряжений для четырех показанных на схеме точек в скалярном виде.
Для поздней древесины:
ε xnд =
ε ynд =
Для ранней древесины:
ε хрд =
ε урд =
σ xnд
E xnд
σ ynд
E ynд
−
E ynд
−
σ хрд
−
Е хрд
σ урд
μ ynд
μ xnд
E xnд
μ урд
Е урд
⋅ σ ynд ,
(1)
⋅ σ xnд ,
(2)
⋅ σ урд ,
(3)
μ хрд
⋅ σ хрд .
Е урд Е хрд
Для клеевой прослойки вблизи поздней зоны древесины:
ε хпкл =
ε упкл =
−
σ хпкл
Екл
σ упкл
Екл
−
μ кл
−
μ кл
Екл
Екл
(4)
⋅ σ упкл ,
(5)
⋅ σ хпкл .
(6)
Для клеевой прослойки вблизи ранней зоны древесины:
ε хркл =
ε уркл =
σ хркл
Екл
σ уркл
Е кл
−
μ кл
Екл
−
⋅ σ уркл ,
μ кл
Е кл
⋅ σ хркл ,
(7)
(8)
59
Рис. 1 – Схема внутренних напряжений в поздней и ранней древесине и
клеевой прослойке вблизи границы раздела сред
где εхпд; εупд; εхрд; εурд; εхпкл; εупкл; εхркл; εуркл – соответственно относительная деформация поздней древесины в направлении оси ОХ, то же в направлении
оси ОY; относительная деформация ранней древесины в направлении оси
ОХ, то же в направлении оси OY; относительная деформация клеевой прослойки вблизи поздней зоны древесины в направлении оси ОХ, то же в направлении оси ОY; относительная деформация клеевой прослойки вблизи
ранней зоны древесины в направлении оси ОХ, то же - в направлении оси
OY;
σхпд; σ упд; σхрд; σурд – соответственно внутренние напряжения поздней древесины в направлении оси ОХ, то же в направлении оси ОY; внутренние напряжения ранней древесины в направлении оси ОХ, то же в направлении оси
OY;
σхпкл; σ упкл; σ хркл; σ уркл – соответственно внутренние напряжения вблизи
поздней зоны в клеевой прослойке в направлении оси ОХ, то же в направлении оси ОY; внутренние напряжения вблизи ранней зоны в клеевой прослойке в направлении оси ОХ, то же в направлении оси ОY;
Ехпд; Еупд; Ехрд; Еурд – соответственно модули упругости поздней зоны древесины в направлении оси ОХ, то же в направлении оси ОY; модули упруго-
60
сти ранней зоны древесины в направлении оси ОХ, то же в направлении оси
ОY;
Екл – модуль упругости клеевой прослойки;
μхпд; μупд; μхрд; μурд – соответственно коэффициент Пуассона поздней зоны
древесины в направлении оси ОХ, то же в направлении оси ОY; коэффициент
Пуассона ранней зоны древесины в направлении оси ОХ, то же в направлении оси ОY;
μкл – коэффициент Пуассона клеевой прослойки.
Восемь уравнений напряженного плоского состояния вблизи границы
раздела содержат 26 членов. Из них неизвестных (внутренних напряжений) 8.
Если остальные члены будут найдены экспериментальным путем, система
уравнений окажется разрешаемой относительно всех внутренних напряжений
и в клеевой прослойке и в древесине. Рассмотрим деформацию элементов,
показанных на рисунке 1 равновесной системы.
В рассматриваемой на рисунке системе все деформации в парах подложка-клеевая прослойка осуществляются совместно. Все деформации и в
поздней и в ранней зоне в направлении оси OY осуществляется совместно.
Все деформации и в древесине и в клеевой прослойке в направлении оси ОХ
складываются в общую деформацию. На основании сказанного получены
следующие равенства:
εхрд = εхркл; (10)
εхпд = εхпкл; (9)
εурд = εуркл; (12)
εупд = εупкл; (11)
εупкл = εуркл; (14)
εупд = εурд; (13)
(15)
εхпд + εхрд = εхоб.д;
(16)
εхпкл + εхркл = εхоб.кл;
(17)
εхоб.д = εхоб.кл.
Превратим полученные равенства в уравнения подстановкой в них правых частей уравнений (1) – (8):
σ xnд
E xnд
σ хрд
Е хрд
σ ynд
E ynд
σ урд
Е урд
σ ynд
E ynд
σ упкл
Е кл
μ ynд
−
−
−
E ynд
μ урд
Е урд
μ xnд
E xnд
μ хрд
−
−
Е хрд
μ xnд
E xnд
−
μ кл
Е кл
σ хпкл
⋅ σ ynд =
μ кл
−
μ кл
−
μ кл
Екл
σ хркл
⋅ σ урд =
Е кл
σ упкл
⋅ σ xnд =
Е кл
⋅ σ хрд =
⋅ σ xnд =
−
σ уркл
Екл
σ урд
Е урд
⋅ σ хпкл =
−
σ уркл
Е кл
⋅ σ упкл ;
(18)
⋅ σ уркл ,
(19)
⋅ σ хпкл ,
(20)
Екл
Е кл
Е кл
−
μ кл
Е кл
μ хрд
Е хрд
−
⋅ σ хркл ,
⋅ σ хрд ,
μ кл
Е кл
⋅ σ хркл ,
(21)
(22)
(23)
61
σ xnд
E xnд
σ хпкл
Е кл
−
−
μ ynд
E ynд
μ кл
Е кл
⋅ σ ynд +
⋅ σ упкл +
σ хрд
Е хрд
σ хркл
Е кл
−
−
μ урд
Е урд
μ кл
Е кл
⋅ σ урд = ε хоб .д ,
⋅ σ уркл = ε хоб .кл ,
(24)
(25)
где εх об - общая (суммарная) деформация поздней и ранней древесины или
клеевой прослойки вблизи поздней и ранней древесины. Находят экспериментально.
Таким образом, полученная нами система из восьми линейных уравнений, при известных всех упругих постоянных для клеевой прослойки, поздней и ранней зон древесины, позволяет определить все величины внутренних
напряжений для рассматриваемой схемы.
Уравнения (1) – (8) в сущности представляют собой самую общую математическую модель напряженного состояния системы подложка–клеевая
прослойка, позволяющую вычислять величины внутренних напряжений, образующихся при самых разнообразных случаях существования клеевого шва:
при формировании клеевой прослойки, при усушке или разбухании подложки и клеевой прослойки, при термическом сжатии или расширении подложки
и клеевой прослойки. При этом необходимо использовать величины упругих
характеристик подложки и клеевой прослойки, соответствующих температурно-влажностным условиям среды. При совместном действии изменяющихся условий среды величины относительных деформаций образцов необходимо складывать с соответствующими знаками.
Предложена математическая модель напряженного состояния системы
подложка-клеевая прослойка, позволяющая вычислять величины внутренних
напряжений вблизи границы раздела сред.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Уголев Б.Н. Древесиноведение и лесное товароведение [Текст] / Б.Н.
Уголев, - М.: ВПО МГУЛ, 2007. – 351 с.
2. Хрулёв, В.М. Долговечность клееной древесины [Текст] / В.М. Хрулев, - М.: Лесная пром-сть, 1971.–150с.
УДК 684.4.053
ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПРОЦЕССА РЕМОНТА
СТОЛЯРНЫХ ЩИТОВ
А.А. Грибанов, И.И. Манькова (ВГЛТА)
Для исследования протекания процессов во времени необходимо знание
таких величин, как размерные характеристики объекта, скорости перемещения отдельных его частей, а также влияние самой технологии и возможностей оборудования на вероятностную предельную производительность. Ремонт столярных щитов может быть представлен в виде рисунка.
© Грибанов А.А., Манькова И.И., 2010
62
Рис. 1 – Производственный участок ремонта столярных щитов: 1 – ленточный подающий транспортер №1; 2 – ультразвуковой дефектоскоп; 3 –
щитовые заготовки; 4 – ленточный подающий транспортер № 2; 5, 6 – манипуляторы; 7 – стол для пробок; 8 – фрезерный станок
На данном участке производятся следующие операции:
1. Перемещение щита из стопы на транспортер №1.
2. Ультразвуковое сканирование поверхности щита.
3. Перемещение щита на стол фрезерного станка.
4. Вырезка и заделка дефекта.
5. Обрезка щита по формату.
6. Перемещение щита со стола фрезерного станка на транспортер №2.
Перемещение щита из стопы на транспортер №1 (рис.15), производится
манипулятором, который для перемещения 1-го щита совершает поворот на
угол ϕ = 2200 с угловой скоростью ω = 200 / с .
Время перемещения 1-ой заготовки на транспортер рассчитывается по
формуле
tпере1 = tω + t п + t з + tоп ,
где tω – время, затрачиваемое на поворот манипулятора на угол 2200, рассчитывается по формуле tω =
ϕ
; t – время затрачиваемое на подъем щита на
ω п
высоту транспортера рассчитывается по формуле t п =
H тр
ϑпер
, где Нтр – высота
верхнего края транспортера относительно пола, ϑпер – скорость вертикального
перемещения транспортера; tз – время захвата; tо – время опускания щита на
транспортер.
Во время перемещения щита по транспортеру №1, производится сканирование его поверхности, поэтому для расчета времени на сканирование необходимо учитывать время движения щита до конца транспортера. Время
сканирования
tскан = t1 + t 2 + t3 ,
63
где t1 – время движения щита от края транспортера, до начала сканирования
t1 =
S1
ϑ1
, S1 – расстояние от края щита до дефектоскопа, ϑ1 – скорость движения
транспортера; t2 – время сканирования щита, которое рассчитывается по
формуле t2 =
Sщ
ϑ1
, Sщ – длина щита; t3 – время движения щита до края транс-
портера, которое рассчитывается по формуле t3 =
S2
ϑ1
, где S2 – длина транспор-
тера от дефектоскопа до края.
Время, затрачиваемое на перемещение заготовки с транспортера на стол
фрезерного станка
t пере 2 = tω + tп + t з + tоп
где tω – время, затрачиваемое на порот манипулятора на угол 2700. Время, затрачиваемое оборудованием на ремонт одного щита разное, так как количество дефектов на одном щите различно. Время ремонта щита с двумя пороками, рассчитывается по формуле
t рем1 = 2 ⋅ t1 + 2 ⋅ t2 + 2 ⋅ t3 ,
где t1 – время смены инструмента; t2 – время вырезки дефекта, которое учитывает время позиционирования шпинделя станка относительно центра дефекта, время вырезки, время необходимое на подъем режущего инструмента;
t3 – время, необходимое манипулятору на заделку места вырезки дефекта
пробкой.
Время обрезки щитов определяется выражением
tобрез = t1 + 2 ⋅ t2 ,
где t1 – время холостого хода станка при перемещении режущего инструмента от одного края щита до другого и от центра щита до одного из краев; t2 –
время обрезки одного края щита.
Проведенное исследование динамики процессов ремонта столярных щитов позволяет выявить узкие места технологий и оборудования, применяемых на предприятиях.
УДК 621.1
ВЛИЯНИЕ КОМБИНИРОВАННОГО ФИЗИЧЕСКОГО ПОЛЯ НА
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДИСПЕРСНОНАПОЛНЕННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
В.М. Попов, А.П. Новиков, И.Ю. Кондратенко, А.Н. Швырев, Е.А. Бабенкова (ВГЛТА)
Дисперсно-наполненные полимерные материалы (ДНПМ) находят широкое применение в наукоемких областях техники. В зависимости от областей применения этих материалов требуется широкий спектр свойств, которыми должны они обладать. В частности, при использовании ДНПМ в тех© Попов В.М., Новиков А.П., Кондратенко И.Ю., Швырев А.Н., Бабенкова Е.А., 2010
64
нических системах с теплонапряженными узлами сдерживающим фактором
их применения является низкая теплопроводность полимерной основы материалов. Введение металлических порошков в качестве наполнителя в полимерную матрицу незначительно увеличивает коэффициент теплопроводности
отвержденной композиции и сопровождается резким снижением ее прочностных характеристик [1].
Достаточно перспективным представляется способ направленного
структурирования в виде цепочек из частиц наполнителя под воздействием
магнитных [2] либо электрических [3] полей. Вместе с тем, как показывает
микроструктурный анализ магнито- и электрообработанных ДНПМ, образовавшиеся цепочки из частиц наполнителей даже при высоких значениях напряженностей магнитных и электрических полей носят рыхлый характер, что
снижает перенос тепла по цепочкам. В этом случае напрашивается вывод о
дополнительном воздействии на ДНПМ в неотвержденном состоянии, которое позволит более плотно упаковать частицы наполнителя.
Из работы [4] известно, что при вибрационном воздействии на наполненные полимерные композиции в неотвержденном состоянии наблюдается
агрегативная активность по формированию структурных образований из частиц наполнителя. Установлен также эффект повышения механических характеристик полимерной композиции в отвержденном состоянии.
Для реализации задачи создания более плотноупакованных цепочек в
полимерной матрице создана установка, позволяющая проводить операцию
по воздействию на расплав ДНПМ магнитовибрационным полем.
В качестве исследуемых образцов применялись прокладки на основе
смолы ЭДП с 10% по массе в качестве отвердителя полиэтиленполиамина и
наполнителя в виде никелевого порошка ПНК. Температура отверждения образца поддерживалась на уровне 700С. Установка позволяет создавать статическое магнитное поле напряженностью до Н = 24 ⋅104 А / м и виброполе с частотой колебаний до 40 Гц.
Опыты проводились в следующей последовательности. Кювета с неотвержденной полимерной композицией помещается на вибростенд, находящийся между полюсами электромагнита.
Вначале включались вибростенд и электромагнит с заданными напряженностью магнитного поля и частотой колебаний. В этот момент интенсивно протекает процесс формирования цепочечных структур из частиц наполнителя с одновременным их уплотнением под воздействием вибрационного
поля с частотой 16 Гц. Через 5 минут вибростенд выключался и функционировал только электромагнит дополнительно в течение 15 минут. Изготовленные таким образом образцы затем исследовались на теплопроводность на установке, работающей по методике Волькенштейна [5].
Полученные в процессе проведения опытов результаты приведены в
табл. 1.
Таблица 1
Зависимость коэффициента теплопроводности λ (Вт/м·К) прокладок от напряженности магнитного поля при различной концентрации наполнителя.
65
Напряженность
магнитного
поля
Н·10-4, А/м
0
2
5
13
17
24
Концентрация наполнителя С, % массы
0
10
20
30
40
0,17
0,18
0,18
0,19
0,19
0,19
0,28
0,61
0,64
0,77
0,82
0,82
0,37
0,64
0,76
0,83
0,85
0,86
0,41
0,72
0,79
0,9
0,92
0,92
0,42
0,74
0,84
0,98
1,15
1,22
Анализ табл. 1 показывает, что обработка ДНПМ в магнитовибрационном поле приводит к заметному росту теплопроводности материала. При
этом сравнение данных табл. 1 с данными из работы [2] для магнитообработанных образцов ДНПМ показывает преимущество предлагаемой технологии
обработки расплавов ДНПМ комбинированными полями.
Для установления влияния магнитовибрационного поля на механические характеристики проведены исследования микротвердости ДНПМ. Исследования микротвердости производились на образцах в виде таблеток диаметром 10 мм и толщиной 3 мм, полученных из клея марки ВК–9 при различной напряженности магнитного поля. Для исследований применялся прибор ПМТ–3.
Полученные результаты представлены в табл. 2.
Таблица 2
Зависимость микротвердости отвержденных образцов ДНПМ
от напряженности магнитовибрационного поля при различной концентрации
наполнителя
Напряженность магнитного
поля Н · 10-4, А/м
1
0
0
12
12
18
18
24
24
Концентрация наполнителя
С, %
2
10
50
10
50
10
50
10
50
Микротвердость τ, кгс/мм2.
3
5,2
6,86
6,2
7,24
8,44
9,54
10,43
12,1
Из табл. 2 видно, что повышение напряженности магнитной составляющей комбинированного поля ведет к повышению микротвердости отвержденного ДНПМ.
В заключении можно отметить, что применение комбинированных физических полей на примере магнитовибрационного поля имеет перспективу
считаться интенсивной технологией, позволяющей, в частности, повышать
теплопроводность и прочность ДНПМ.
66
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Айбиндер, С.Б. Влияние наполнителей на теплофизические, механические и антифрикционные свойства полимеров [Текст] / С.Б. Айбиндер, Н.Г.
Андреева // Изв. АН ЛАТ ССР, Сер. физ. и техн. наук, 1983. – № 5. – С. 3-18.
2. Новиков, А.П. Влияние магнитного поля на физико-механические
свойства полимерных материалов [Текст] / А.П. Новиков, И.Ю. Кондратенко,
А.В.Иванов // Математическое моделирование, компьютерная оптимизация
технологий, параметров оборудования и систем управления: сб. науч. тр. –
Воронеж: ВГЛТА, 2005. – Вып. 10. – С. 33-36.
3. Шендриков, М.А. Влияние постоянного электрического поля на
прочность клееной древесины [Текст] / М.А. Шендриков, В.М. Попов // Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления: сб. науч. тр. – Воронеж: ВГЛТА,
2008. – Вып. 13. – С. 106-109.
4. Ганиев, Р.Ф. О влиянии волновых эффектов на полимерные материалы [Текст] / Р.Ф. Ганиев, А.А. Берлин, В.Н. Фомин // Докл. АН РФ, 2002. – Т.
385. – № 4. – С. 517-520.
УДК 536. 21
КОНТАКТНЫЙ ТЕПЛООБМЕН В ТЕПЛОНАПРЯЖЕННЫХ
СИСТЕМАХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
О.Л. Ерин (ВГЛТА)
Развитие энергетики сопровождается интенсивным повышением теплонапряженности элементов конструкций. Во многих случаях при проведении тепловых расчетов появляется необходимость учета термосопротивления
контакта металлических поверхностей, вызванного дискретным характером
соприкосновения. Появление контактного термосопротивления (КТС) приводит к температурному скачку между соприкасающимися поверхностями и в
связи с этим к увеличению общего температурного перепада в составных деталях и узлах.
Контактному теплообмену посвящен большой объем экспериментальных и теоретических исследований [1-2]. Вместе с тем ни все факторы, оказывающие влияние на формирование КТС, нашли свое отражение в проведенных ранее исследованиях. Так, недостаточно изучены до настоящего
времени процессы контактного теплообмена через малонагруженные соединения, которые имеют место в энергетических установках.
В проведенных ранее экспериментальных исследованиях в основном
рассматривались контактные пары, подвергнутые значительным механическим нагрузкам (Р>10 МПа). Опытами установлено [2], что даже при значительных усилиях прижима в зоне контакта формируются достаточно высокие
контактные термосопротивления Rk. Основываясь на физических представлениях о механизме теплопередачи через зону контакта металлических по© Ерин О.Л., 2010
67
верхностей [1], можно ожидать формирования для малонагруженных соединений более высокого КТС.
В данном сообщении приводятся результаты опытных исследований
зависимости КТС от механической нагрузки на соприкасающиеся поверхности. Исследования проводились на установке стержневого типа [2], функционирующей в стационарном температурном режиме. Основным узлом установки является рабочий участок в виде двух контактирующих по торцам
между собой цилиндрических стержней из исследуемых металлов или сплавов. Верхний стержень играет функцию нагревателя, питаемого от электросети, второй – холодильника за счет приточной воды. В каждом стержне в
сверлениях на расстоянии радиуса установлены по пять хромель-копелевых
термопар. Электродвижущая сила, развиваемая термопарами, измерялась
компенсационным методом при помощи потенциометра. Специальное устройство позволяло создавать на контактных поверхностях давление до Р=3
МПа.
При установлении стационарного температурного режима, когда имеет
место линейное изменение температуры вдоль стержней, термосопротивление в зоне контакта находится из зависимости
Rk =
2ΔTk
.
q1 + q2
(1)
Здесь q1 и q2 – удельные тепловые потоки для стержней. При этом
q1 =
Q1
Q
, q2 = 2 ,
SH
SH
(2)
где Q1 и Q2 – соответственно тепловые потоки по стержням, определяемые из одномерного уравнения Фурье; S H – номинальная поверхность
касания стержней.
Входящий в (1) перепад температур в зоне контакта ΔТ k определяется
методом линейной экстраполяции по значениям температур из показаний
термопар.
Торцевые поверхности стержней подвергались механической обработке для создания плоскошероховатых поверхностей заданной чистоты.
Результаты проведенных исследований приведены в табл. 1 и 2. Как
видно из приведенных в таблицах опытных данных, при малых нагружениях
контактных пар сохраняется установленная ранее для высоких нагрузок [1,2]
тенденция снижения Rk при повышении Р.
Таблица 1
Зависимость КТС от нагрузки для контактной пары из стали 1Х18Н10Т
2
Средняя
4⎛ м ⋅К ⎞
Значение
R
·10
k
⎜
⎟ от нагрузки Р (МПа)
Способ обравысота
⎝ Вт ⎠
ботки помикроверхностей
выступов
0,3
0,6
1,0
1,5
2,0
2,7
Rz, мкм
Фрезерование
11,2
6,9
6,0
5,1
4,9
4,7
4,6
Фрезерование
8,5
6,0
5,2
4,4
4,2
4,2
Шлифование
4,2
5,4
4,5
4,0
3,8
3,7
68
Таблица 2
Зависимость КТС от нагрузки для контактной пары из сплава Д16Т
Способ обработки поверхностей
Строгание
Фрезерование
Шлифование
Средняя высота
микровыступов
Rz, мкм
9,8
7,6
4,1
⎛ м2 ⋅ К ⎞
⎟ от нагрузки Р (МПа)
⎝ Вт ⎠
Значение Rk·104 ⎜
0,3
2,3
2,1
1,4
0,6
1,5
1,25
0,8
1,5
1,2
0,8
0,6
2,3
1,0
0,7
0,4
2,7
1,0
0,6
0,3
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Мадхусудана К.В. Контактная теплопередача. Исследования последнего десятилетия [Текст] / К.В. Мадхусудана, Л.С. Флетчер // Аэрокосмическая техника. 1987. – № 3. – С. 103–120.
2. Шлыков Ю.П. Контактное термическое сопротивление [Текст]/.
Ю.П. Шлыков, Е.А. Ганин, С.И. Царевский – М.: Энергия, 1977. – 328 с.
УДК 551.51
ДИНАМИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СИНОПТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В
АТМОСФЕРЕ
А.Д. Данилов (ВГЛТА), А.В. Пилеич (КВВАУЛ(ВИ))
В основе расчетных методов анализа и прогноза изменения метеорологических элементов лежит представление об атмосфере, как о непрерывной
воздушной среде [1]. Синоптически значимые процессы в этой среде описываются фундаментальными законами физики, к числу которых относятся:
− закон изменения количества движения в зависимости от импульса силы;
− закон сохранения массы;
− закон сохранения энергии (в форме первого начала термодинамики).
Применительно к задаче анализа и прогноза изменений метеоэлементов
эти общие законы формулируются с учетом ряда физических процессов, являющихся специфическими для атмосферы. К их числу относятся:
тепловое и механическое взаимодействие воздушных масс с не−
однородной подстилающей средой (море, горы, равнина и др.);
−
перенос и фазовые преобразования влаги в атмосфере; образование облачности и осадков;
−
поглощение в атмосфере излучения Солнца, а также теплового
излучения подстилающей среды и излучения различных слоев атмосферы и
облаков.
Изменение со временем полей основных метеорологических величин
(атмосферного давления, температуры и влажности воздуха, скорости и направления ветра), а также образование облаков и выпадение осадков есть результат совокупного действия вышеназванных факторов. Для количественно-
© Данилов А.Д., Пилеич А.В., 2010
69
го представления физических закономерностей строится система уравнений
динамики и термодинамики атмосферы [2].
Система уравнений гидротермодинамики атмосферы
Для представления системы уравнений с целью диагноза и прогноза
процессов синоптического масштаба наряду со сферической системой координат, наиболее точно учитывающей сферичность Земли при описании процессов в атмосфере, может быть применена прямоугольная система координат, связанная с плоскостью бланка синоптической карты. В практике используются синоптические карты, составляемые в стереографической и некоторых других проекциях. Карты, составленные в стереографической проекции, могут охватывать целиком полушарие или любую его часть. В пределах
таких карт масштаб изменяется с широтой (в 2 раза на протяжении меридиана от полюса до экватора). Изменение масштаба карты с широтой должно
учитываться в уравнениях с помощью специальных коэффициентов (масштабных множителей), зависящих от широты.
При применении системы уравнений динамики атмосферы к задачам
краткосрочного прогноза, когда достаточно рассматривать процессы над относительно небольшой областью полушария (например, 4 - 8 млн. км2), изменение масштаба карты в пределах области расчетов не столь значительно.
Поэтому в приводимых далее уравнениях масштабные множителя хотя и
включены, однако в последующем изложении они будут опущены (т. е. приняты равными единице, что справедливо, строго говоря, только на шпроте
60°).
При записи уравнений в прямоугольной системе координат для относительно небольшой области обычно принимается, что в пределах этой области
ось X направлена к востоку, а ось Y - к северу. С учетом существующей практики представления полей метеоэлементов с помощью карт барической топографии, в приводимой ниже системе уравнений динамики атмосферы в качестве вертикальной координаты вместо геометрической высоты принято давление p, являющееся мерой высоты, тогда как расстояния по осям X и Y измеряются вдоль горизонтальной плоскости (как и по системе ХYZ). Соответственно тому, что давление p в атмосфере увеличивается при приближении к
поверхности Земли, координатная ось P направлена вниз (в отличие от оси Z,
направленной вверх). Заметим, что в задачах локального прогноза, а также
при описании процессов внутри приземного пограничного слоя атмосферы
иногда предпочтительнее использовать систему координат XYZ [1].
Применительно к процессам и явлениям тех масштабов, которые существенны при прогнозе барического поля, ветра, температуры и других элементов на срок до 2-3 суток система уравнений динамики и термодинамики
атмосферы в независимых переменных x, y, p, t может быть записана в следующем виде:
а) уравнения движения в проекциях на оси X и Y:
du
∂H
= −m
+ lv + Fx
dt
∂x
,
(1)
70
dv
∂H
= −m
+ lu + Fy
dt
∂y
,
(2)
б) уравнение статики, отвечающее уравнению движения в проекции на
ось P (в предположении отсутствия вертикальных ускорений):
0=−
∂H 1
−
∂p ρ ,
(3)
в) уравнение неразрывности
⎛ ∂u ∂v ⎞ ∂τ
=0
m⎜⎜ + ⎟⎟ +
⎝ ∂x ∂y ⎠ ∂p
,
(4)
г) уравнение притока тепла
⎛ ∂T
∂T
∂T ⎞ γ a − γ
ε
⎟⎟ −
+ m⎜⎜ u
+v
τ=
∂t
∂y ⎠
gρ
cρ ρ
⎝ ∂x
,
(5)
д) уравнение переноса массовой доли водяного пара
dq 1 ⎡ ∂ ⎛ ∂q ⎞⎤ mq
=
⎜ kρ ⎟ −
dt ρ ⎢⎣ ∂z ⎝ ∂z ⎠⎥⎦ ρ ,
(6)
Здесь ν, u, - составляющие скорости ветра по осям X и Y, Н =gz - геопотенциал на изобарической поверхности, выражаемый в м2/с2 (z - геометрическая высота изобарической поверхности, g=9,8 м/с2 - ускорение свободного
падения), l=2ωsinφ - параметр Кориолиса (ω - угловая скорость вращения
Земли, φ - географическая широта места), Fx и Fy - составляющие силы турбулентного трения (или турбулентной вязкости) по осям X и Y, ρ - плотность
воздуха, τ=dр/dt - аналог вертикальной скорости в р-системе координат, Т температура воздуха (в абсолютной шкале), R - газовая постоянная для сухого воздуха, ε - суммарный приток тепла за единицу времени к единице объема воздуха в единицу времени вследствие радиации, конденсации влаги и
турбулентного теплообмена, сР - удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении, γа и γ - адиабатический и фактический вертикальные градиенты температуры в атмосфере:
γ =−
∂T
gρ ∂T
=−
∂z
RT ∂p ,
q — массовая доля водяного пара; k — коэффициент турбулентного
обмена для влажности, тq — масса водяного пара, конденсирующаяся (испаряющаяся) в единицу времени (тq есть функция от ρ, Т, τ и q) [3]. Величины
р, ρ и Т связаны уравнением состояния
p=RρT.
(7)
Отметим, что слагаемые уравнений (1), (2), (4), (5) с частными производными по х и у содержат масштабный множитель m, который равен отношению расстояния между двумя пунктами на плоскости, отображающей поверхность Земли в проекции, принятой для используемой синоптической
карты, к реальному расстоянию между этими пунктами на поверхности сферической Земли. Множитель учитывает отличие значений производных по х
и у, вычисленных по данным в точках сетки на плоскости проекции, от значений производных, определенны х1 по данным в тех же точках на сфериче-
71
ской поверхности Земли. При использовании карт, составленных в стереографической проекции, этот множитель зависит от широты φ следующим
образом:
m=
⎛ r2 ⎞
1 + sin 60 D
≈ 0,933⎜⎜1 + 2 ⎟⎟
1 + sin ϕ
⎝ r0 ⎠ ,
где r — расстояние на бланке карты от полюса до рассматриваемой
точки на широте φ, а r0— расстояние на том же бланке от полюса до экватора
(или радиус круга экватора на бланке карты). При φ= 60° m=1, при φ= 0°
m=1,866, а при φ=90° m=0,933 [2].
Выводы: данные уравнения (1)-(7) в совокупности являются основой
для прогностического вычисления метеоэлементов, их система является основой всех численных методов прогнозов погоды, базирующихся на решении
уравнений гидродинамики и термодинамики атмосферы.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Матвеев Л. Т. Основы общей метеорологии [Текст]/ Л.Т.Матвеев.
1.
Физика атмосферы, –Л., 1965; –СПб: Гидрометеоиздат, 2000.
Руководство по краткосрочным прогнозам погоды. Ч I, – Л.: Гид2.
рометеоиздат, 1986г.
Руководство по практическим работам метеоподразделений
3.
авиации ВС. – М.: Воениздат, 1992
УДК 697.34
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТОВ
ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЗДАНИЙ НА ЭВМ
М.С.Кононова (ВГАСУ)
В структуре городов жилищно-коммунальный сектор является крупнейшим потребителем энергии, большая часть которой расходуется на отопление. При этом значительная часть зданий построена до 2000 года и не соответствует современным требованиям по тепловой защите зданий по [1].
По различным оценкам потенциал энергосбережения за счёт повышения сопротивления теплопередаче наружных ограждений составляет 20-30%.
В работе [2] приведены результаты расчётов показателей, входящих в состав
теплоэнергетических паспортов зданий различной этажности в соответствии
с требованиями [1]. Одним из основных теплоэнергетических показателей
является удельный расход теплоты на отопление qуд, кДж/(м2 ·0С · сут.).
Для выявления зависимости удельного расхода теплоты на отопление от
отапливаемого объёма здания была проведена аппроксимация полученных
расчётных значений qуд с помощью программы Advanced Grapher. При
этом использовались три функции: гиперболическая, логарифмическая, степенная. На рис.1 в качестве примера приведены графики, иллюстрирующие
© Кононова М.С., 2010
72
результаты аппроксимации для коэффициента остеклённости здания Р = 0,25.
На основе сравнения среднеквадратических отклонений выявлено, что
наилучшее приближение даёт степенная зависимость. В таблице приведены
аналитические выражения для зависимости удельного расхода теплоты на
отопление от отапливаемого объема при различных значениях коэффициента
остеклённости здания. Следует отметить, что приведённые в таблице формулы справедливы для климатологических характеристик г. Воронежа при условии соответствия сопротивления теплопередаче наружных ограждений современным нормам [1].
Таблица
Результаты аппроксимации значений удельного расхода теплоты на
отопление зданий при использовании степенной функции.
Значение коэффициента
остеклённости Р
Р=0
Р = 0,10
Р = 0.15
Р = 0,20
Р = 0,25
Р = 0,30
Р = 0,35
Р = 0,40
Р = 0,50
Формула аппроксимации
qуд = 121,674 Vот - 0,0518
qуд = 136,256 Vот - 0,0571
qуд = 143,506 Vот - 0,0594
qуд = 150,986 Vот - 0,0618
qуд = 157,985 Vот - 0,0633
qуд = 165,195 Vот - 0,0649
qуд = 172,461 Vот - 0,0665
qуд = 179,697 Vот - 0,0680
qуд = 194,365 Vот - 0,0709
73
а)
qуд,
__кДж___
м2 ·0С · сут.
200
175
150
б)
10
20
30
10
20
30
40
Vот, тыс. м3
50
60
70
50
60
70 Vот, тыс. м3
qуд,
__кДж___
м2 ·0С · сут.
200
175
150
в)
40
qуд,
__кДж___
м2 ·0С · сут.
200
175
150
10
20
30
40
50
60
70 Vот, тыс. м3
Рис. 1 Аппроксимация значений удельного расхода теплоты на отопление в зависимости от отапливаемого объёма здания различными функциями:
а - гиперболическая; б-степенная; в - логарифмическая
Полученные зависимости могут быть использованы при ориентировочной оценке энергосберегающего потенциала зданий, связанного с повышением сопротивления теплопередаче наружных ограждений зданий, и принятия
решения о целесообразности утепления наружных ограждений.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий [Текст]. – М.: Госстрой
России, 2003.-28с.
2. Кононова М.С. Влияние некоторых геометрических параметров зданий на их теплозащитные свойства [Текст] / М.С. Кононова, М.В. Петухов //
сб. матер. междунар. научно-практической конференции «Проблемы инновационного биосферно-совместимого социально-экономического развития в
строительном, жилищно-коммунальном и дорожном комплексах». - Брянск:
БГИТА, 2009. Т. 1. – С. 212-215.
74
УДК 621.391.1
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПОЛЯРИЗОВАННОГО
РАДИОСИГНАЛА В КАНАЛАХ СВЯЗИ СО СЛУЧАЙНО
МЕНЯЮЩИМИСЯ ПАРАМЕТРАМИ
А.Д.Кононов (ВГАСУ)
В задачах определения отражающих свойств реальных объектов и сред,
оценки качества дорожных покрытий, управления мобильными объектами,
картографирования местности, оптимизации проектирования и прокладки
железнодорожных и автомобильных магистралей весьма важно оценить
трансформацию структуры зондирующего сигнала в канале со случайно изменяющимися параметрами. В работе [1] предлагается использовать для решения перечисленных задач пространственные эффекты электромагнитных
волн, что может быть полезно, в частности, для повышения помехоустойчивости систем управления движением мобильных объектов в лесном и строительном комплексе.
В работе [2] установлены соотношения между функциями корреляции
и спектром мощности на входе и выходе линейных четырехполюсников с переменными параметрами.
При использовании двумерных сигналов аналогом функции передачи
четырехполюсника является комплексная поляризационная матрица пропускания, учитывающая свойства среды распространения.
Преобразование параметров сигнала в канале радиосвязи может быть
записано
′
e1 (t ) = α 11 ( jω ,t ) ⋅ e1 (t ) + α 12 ( jω ,t ) ⋅ e2 (t )
′
e2 (t ) = α 21 ( jω ,t ) ⋅ e1 (t ) + α 22 ( jω ,t ) ⋅ e2 (t ),
′
(1)
где e (t ) , ek (t ) и α ( jω ,t ) при i, k = 1, 2 – функции времени, характеризующие соответственно входной сигнал, выходной сигнал и элементы поляризационной матрицы передачи канала [3],
k
ik
α ( jω ,t ) α 12 ( jω ,t )
T ( jω ,t ) = 11
α 21 ( jω ,t ) α 22 ( jω ,t )
.
Первое из равенств может быть переписано в виде интегральной свертки
∞
∞
⎤
1 ⎡
′
jω t
jω t
e1 (t ) =
⎢ ∫ α 11 ( jω ,t ) ⋅ E1 ( jω )e dω + ∫ α 12 ( jω ,t ) ⋅ E2 ( jω )e dω ⎥
2π ⎣ −∞
−∞
⎦.
(2)
Здесь
и
– преобразования Фурье соответственно от входных
′
сигналов e1 (t ) и e2 (t ) . Записав e (t + τ ) и заменив ω на ω ′ , после перемножения и
усреднения по случайным переменным e1 (t ) и e2 (t ) , получим
E 1 ( jω )
E2 ( jω )
1
′
′
−1 ⎡
e1 (t ) ⋅ e1 (t + τ ) = (2π ) ⎢ ∫ ∫ α 11 ( jω ,t ) ⋅ α 11 ( jω ′,t + τ ) ⋅ E1 ( jω ) ⋅ E1 ( jω ′) ×
⎣ −∞
∞
∞
× e jω t ⋅ e jω′(t +τ )dω dω ′ + ∫ ∫ α 11 ( jω ,t ) ⋅ α 12 ( jω ′,t + τ ) ⋅ E1 ( jω ) ⋅ E2 ( jω ′) ×
−∞
© А.Д.Кононов, 2010
75
∞
× e jω t ⋅ e jω′(t +τ )dω dω ′ + ∫ ∫ α 12 ( jω ,t ) ⋅ α 11 ( jω ′,t + τ ) ⋅ E2 ( jω ) ⋅ E1 ( jω ′) ×
×e
jω t
⋅e
jω ′ (t +τ )
−∞
∞
dω dω ′ + ∫ ∫ α 12 ( jω ,t ) ⋅ α 12 ( jω ′,t + τ ) ⋅ E2 ( jω ) ⋅ E2 ( jω ′) ×
× e jω t ⋅ e jω′(t +τ )dω dω ′
],
−∞
(3)
где черта сверху означает усреднение по ансамблю.
Для любых стационарных сигналов e (t ) и e (t )
i
k
∞
Ei ( jω ) ⋅ Ek ( jω ′) = ∫ ∫ ei (t ) ⋅ ek (t + τ ) ⋅ e − jω t e − jω′(t +τ )dt dτ = 2π Sik ( jω )δ (ω + ω ′)
,
(4)
где δ (ω + ω′) – единичный импульс на оси частот;
S ( jω )
– спектры мощности поляризационно-ортогональных компонент
входного сигнала;
S ( jω )
– взаимные спектры мощности, i, k = 1, 2.
С учетом (4) подынтегральное выражение в уравнении (3) не равно нулю только при ω + ω ′ = 0 . Поэтому выражение (3) может быть переписано
−∞
i
ik
∞
′
′
−1 ⎡
e1 (t ) ⋅ e1 (t + τ ) = (2π ) ⎢ ∫ α 11 ( jω ,t ) ⋅ α 11 (− jω ,t + τ ) ⋅ S1 ( jω ) ⋅ e − jωτ dω +
⎣ −∞
∞
+ ∫ α 11 ( jω ,t ) ⋅ α 12 (− jω ,t + τ ) ⋅ S12 ( jω ) ⋅ e − jωτ dω +
−∞
∞
+ ∫ α 12 ( jω ,t ) ⋅ α 11 (− jω ,t + τ ) ⋅ S 21 ( jω ) ⋅ e − jωτ dω +
−∞
∞
⎤
+ ∫ α 12 ( jω ,t ) ⋅ α 12 (− jω ,t + τ ) ⋅ S 2 ( jω ) ⋅ e − jωτ dω ⎥
−∞
⎦.
(5)
Для того чтобы получить корреляционную функцию e (t ) , необходимо
дополнительно усреднить правую и левую части выражения (5) на этот раз
по случайным переменным α ( jω ,t ) :
′
1
ik
1 ⎡
′
′
− jωτ
B1 (τ ) = e1 (t ) ⋅ e1 (t + τ ) =
⎢ B1111 (τ ) ⋅ S1 ( jω ) ⋅ e dω +
2π ⎣ −∫∞
∞
∞
∞
−∞
−∞
+ ∫ B1112 (τ ) ⋅ S12 ( jω ) ⋅ e − jωτ dω + ∫ B1211 (τ ) ⋅ S 21 ( jω ) ⋅ e − jωτ dω +
⎤
+ ∫ B1212 (τ ) ⋅ S 2 ( jω ) ⋅ e − jωτ dω ⎥ =
−∞
⎦
∞
= F −1 [B1111 (τ ) ⋅ S1 ( jω )] + F −1 [B1211 (τ ) ⋅ S12 ( jω )] +
+ F −1 [B1112 (τ ) ⋅ S 21 ( jω )] + F −1 [B1212 (τ ) ⋅ S 2 ( jω )] ,
(6)
где B (τ ) = α ( jω ,t ) ⋅ α (− jω ,t + τ ) при i, j, k, l = 1, 2 – функции корреляции
функций передачи;
F символизирует обратное преобразование Фурье.
Аналогично
ijkl
ij
kl
−1
B2 (τ ) = B2 (− τ ) = F −1 [B2121 (τ ) ⋅ S1 ( jω )] + F −1 [B2221 (τ ) ⋅ S12 ( jω )] +
+ F −1 [B2122 (τ ) ⋅ S 21 ( jω )] + F −1 [B2222 (τ ) ⋅ S 2 ( jω )].
(7)
Функции взаимной корреляции поляризационно-ортогональных ком-
76
понент сигнала на выходе канала с параметрами, изменяющимися во времени, имеют вид
B12 (τ ) = F −1 [B2111 (τ ) ⋅ S1 ( jω )] + F −1 [B2211 (τ ) ⋅ S12 ( jω )] +
+ F −1 [B2112 (τ ) ⋅ S 21 ( jω )] + F −1 [B2212 (τ ) ⋅ S 2 ( jω )],
(8)
B21 (τ ) = F [B1121 (τ ) ⋅ S1 ( jω )] + F [B1221 (τ ) ⋅ S12 ( jω )] +
+ F −1 [B1122 (τ ) ⋅ S 21 ( jω )] + F −1 [B1222 (τ ) ⋅ S 2 ( jω )] .
−1
−1
(9)
На основе приведенных выражений можно рассчитать корреляционные
функции и спектры мощности поляризационно-ортогональных компонент
сигнала в канале со случайно изменяющимися параметрами. Соответствующая обработка сигналов с использованием микропроцессорных средств может повысить помехозащищенность систем дистанционного управления технологическими машинами строительного комплекса от ошибок передачи команд.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Аникеенко Г.Н. Поляризационная селекция мешающих отражений от
земли при передаче сигналов в СС ПИЧ [Текст] / Г.Н. Аникеенко,
А.Д.Кононов // Радиотехника. – 1987.– №12. – С. 69 – 71.
2. Zade L.A. Frequency Analysis of variable Netwarks [Текст] / L.A. Zade
// Proc.IRE, March, 1950, 38.
3. Кононов А.Д. Использование поляризационных эффектов электромагнитных волн при картографировании местности с помощью спутников
Земли [Текст] / А.Д.Кононов, А.А.Кононов // Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и
систем управления: межвуз. сб. науч. тр. под ред. В.С.Петровского – Воронеж: ВГЛТА, 2004. – С. 235–237.
УДК 517.92
МЕТОД ВЕЩЕСТВЕННЫХ ГРАНИЧНЫХ ЗАДАЧ ВЫРАБОТКИ
ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫХ НАЧАЛЬНЫХ И ГРАНИЧНЫХ УСЛОВИЙ
П.А. Котов (Воронеж)
Задача:
Найти решение
u ( x, y , z , t )
cρ
уравнения
∂u
∂ 2 u ∂ 2u ∂ 2u
= k 2 + 2 + 2 + ru + q, q > 0; r > 0;
∂t
∂x
∂y
∂z
удовлетворяющее заданному скалярному начальному условию
u ( x, y, z , t 0 ) = u ( x, y, z,0); u ( x, y, z,0) = u0
и детерминированному граничному условию
u ( x, y , z , t ) = ψ (ξ ,η , ς , t ); t ≥ 0; ψ (ξ ,η , ς , t ) = u1 ;
Для заданного начального условия u0>0 получается:
u0 + qr −1 = B cos 3k
© Котов П.А., 2010
−
1
1
2 2r 2 x
+ y + z + Q sin 3k
−
1
1
2 2r 2 x
+ y + z,
77
где
−
1
1
u0 + qr −1 − Q sin 3k 2 2r 2 x + y + z
−
1
2
1
2
≠ 0,
cos 3k 2r x + y + z
С учетом граничного условия u1 представляется возможным записать:
1
1
1
1
−
−
u1 + qr −1 = B exp − cρ −1rt cos 3k 2 2r 2 ξ + η + ς + Q exp − cρ −1rt sin 3k 2 2r 2 ξ + η + ς ,
откуда
−
1
1
−
tg 3k 2 2r 2 x
+ y + z exp − cρ
1
1
2 2r 2 x
−
u1 + qr −1 − (u 0 + qr −1 ) cos −1 3k
+ y + z exp − cρ −1rt cos 3k
1
1
−
−1
rt cos 3k 2 2r 2
−
1
1
2 2r 2
−1
ξ + η + ς + exp − cρ rt sin 3k
ξ +η + ς
−
1
1
2 2r 2
≠0
ξ +η + ς
Тогда искомое решение предлагается таким:
1
−
u 0 + qr −1 −
1
−
1
1
u1 + qr −1 − (u 0 + qr −1 ) cos −1 3k 2 2r 2 x + y + z exp− cρ−1rt cos 3k 2 2r 2 ξ + η + ς
−
1
1
−
1
1
−
1
−
1
1
sin 3k 2 2r 2 x + y + z
1
− tg3k 2 2r 2 x + y + z exp− cρ−1rt cos 3k 2 2r 2 ξ + η + ς + exp− cρ−1rt sin 3k 2 2r 2 ξ + η + ς
−
1
2
⋅
1
2
cos 3k 2r x + y + z
exp− cρ −1rt cos 3k
−
1
2
1
2r 2 x + y + z − qr −1 +
−1
−1
−1
u1 + qr − (u0 + qr ) cos 3k
− tg 3k
−
1
2
−
1
2
1
2r x + y + z exp− cρ rt cos 3k
1
2r 2 x + y + z exp − cρ −1rt cos 3k
−1
exp− cρ rt sin 3k
−
1
1
2 2r 2 x
−1
2
−
1
2
−
1
2
1
2r 2 ξ + η + ς
1
2r 2 ξ + η + ς + exp− cρ −1rt sin 3k
−
1
2
⋅
1
2r 2 ξ + η + ς
+ y + z,
причем
u 0 + qr
−1
u1 + qr −1 − (u 0 + qr −1 ) cos −1 3k
−
− tg 3k
−
1
2
1
−
1
2
1
2r 2 x + y + z exp − cρ −1 rt cos 3k
2r 2 x + y + z exp − cρ −1 rt cos 3k
−
1
2
u1 + qr −1 − (u 0 + qr −1 ) cos −1 3k
− tg 3k
−
1
2
1
2
−
1
2
1
2
1
2
−
1
2
1
sin 3k
−
1
2
1
2r 2 x + y + z
2r 2 ξ + η + ς
> 0;
1
2
2r x + y + z
1
2
−
1
2r 2 ξ + η + ς
1
2r x + y + z exp − cρ −1rt cos 3k
2r x + y + z exp − cρ rt cos 3k
−1
1
2
2r 2 ξ + η + ς + exp − cρ −1 rt sin 3k
cos 3k
1
−
2
−
−
1
2
1
2r 2 ξ + η + ς
2r ξ + η + ς + exp − cρ rt sin 3k
−1
−
1
2
1
2
> 0.
2r ξ + η + ς
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Сабитов К.Б. Уравнения математической физики: учеб. пособие для вузов
[Текст] / К. Б. Сабитов. – Высш. шк., 2003
УДК 517
ОСОБЕННОСТИ ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ НЕОДНОРОДНЫХ
ШАРОВ ЭМДЕНА
П. А. Котов (Воронеж)
В известной работе [1] обсуждаются теоретические аспекты устойчивости состояния гидростатического равновесия шара сплошной сжимаемой
© Котов П.А., 2010
78
материи в поле сил только собственной гравитации. Предполагается, что материал шара не излучает. Если ρ - плотность, а р – давление на расстоянии r
от центра шара, то уравнение, определяющее внутреннее строение, рассматривается таким:
1 d ⎛ r 2 dP ⎞
⎜
⎟ = −4πGρ,
r 2 dr ⎝ ρ dr ⎠
(1)
если считать, что давление связано с плотностью по известному закону. Рассматриваются ли шары из идеального газа с постоянной повсюду внутри теплоемкостью или нет, наиболее широким законом считают [1]:
(2)
p = Kρ γ ,
где К – некоторая постоянная, а γ - постоянная, характеризующая сжимаемость материи шара.
Заслуживает внимания исходный вариант уравнения (1) при детерминированном соотношении (2) такого вида:
1 d ⎛ r 2 dP ⎞
G
⎜
⎟ + 4π p = 0.
2
r dr ⎝ ρ dr ⎠
K
(3)
Возможный вариант конструктивного решения предлагаемого вещественного уравнения (3) разработан так:
1 d ⎛ r 2 dP ⎞
⎜
⎟ / 4πGK −1 + p = 0.
2
r dr ⎝ ρ dr ⎠
(4)
Общий вариант исходного уравнения сформирован таким:
1 d ⎛ r 2 dKρ γ ⎞
⎜
⎟ + 4πGρ = 0.
r 2 dr ⎝ ρ dr ⎠
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Северный А.Б. Об устойчивости сжимаемых неоднородных шаров
Эмдена // ДАН т.30, вып.5, 1941.
УДК 517
ПРОБЛЕМЫ БАЗОВЫХ ЧИСЛЕННЫХ МЕТОДОВ И МЕТОДОВ
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
П.А. Котов (Воронеж)
Пусть рассматриваемый вариант динамической модели представим таким дифференциальным уравнением:
dy
= f (t , y (t )),
dt
(1)
где функция f (t , y (t )), в некоторой области D изменения t, y удовлетворяет условиям теоремы существования и единственности решения, и
пусть (t0 , y0 ) ∈ D [1].
Решение задачи Коши
dy
= f (t , y (t )),
dt
© Котов П.В., 2010
(2)
79
(3)
полагают равносильно решению некоторого интегрального уравнения,
т.е. уравнения, в которое неизвестная функция входит под знаком интеграла.
Пусть y = y (t ) - решение уравнения (2), заданное в некоторой окрестности t0
и удовлетворяющее начальному значению (3). Тогда имеет место тождество:
y (t0 ) = y0
dy
≡ f (t, y(t)),
dt
Интегрируя это тождество по t и учитывая (3), получается:
t
y ≡ y0 + ∫ f (t , y (t ))dt , t ∈ (t0 − h, t0 + h)
t0
так что решение y(t ) задачи Коши удовлетворяет интегральному уравнению
t
y = y0 + ∫ f (t , y (t ))dt .
t0
t
Отсюда y − y0 = ∫ f (t , y (t ))dt .
t0
При каких начальных значениях будет действительное решение задачи
Коши исходного вещественного скалярного дифференциального уравнения?
1. Разработка теоретических основ формирования действительных начальных условий.
Предполагаем, что вещественное соответствие решения задачи Коши
представляется выражением
t
y = y0 + ∫ f (t , y (t ))dt .
t0
где функция y удовлетворяет начальному значению y0 , т.е.
y (t0 ) = y0 , t0 ∈ R .
Заслуживают внимания вопросы обоснования начальных значений
функции y0 ,t0 , обеспечивающие выполнение равенства
dy − y0 d
=
dt
dt
t
∫ f (t , y(t ))dt .
t0
Записанный вариант вещественного равенства выполним при фиксированных измеримых t0 и постоянном измеримом y0 , когда
dy − y0
= f (t , y (t )) .
dt
Теоретический интерес представляет другой вариант интегрального
уравнения
t
y + y0 = ∫ f (t , y (t ))dt ,
t0
80
dy + y0
= f (t , y (t )) ,
dt
t0 ≥ 0 .
Вариант отличительного соотношения формирования действительных
измеримых начальных значений:
где
dy d
=
dt dt
t
y0 + ∫ f (t , y (t )) ,
t0
t
y0 + ∫ f (t , y (t ))dt ≠ ∞
где
t0
Вариант решения задачи Коши такого дифференциального уравнения
dy
=C, C ; 0
dt
y (t0 ) = y0
t∈R
удовлетворяет интегральному уравнению при t0 ≠ ∞ вида
t
y = y0 + ∫ Cdt .
t0
В случае постоянного измеримого C представляется возможным записать
t
y − y0 = C ∫ dt .
t0
Тогда, с учетом теоремы Коши о среднем значении [2], запишем соотношение вида:
t0 = t − yC −1 + y0C −1 ,
причем при t0 = 0 :
t
Ct + y0 = y0 + ∫ Cdt .
0
Отсюда
dCt + y0 d
=
dt
dt
t
y0 + ∫ Cdt ,
0
t
y0 + ∫ Cdt ≠ ∞
0
При выполнении такого соотношения C −1 =
возможно записать:
dCt + y0
d
⋅C =
dy
dt
t
y0 + ∫ Cdt ,
0
откуда
dCt + y0 − dy = 0 .
dt
dy
81
Актуальными представляются вопросы решения задачи Коши исследуемого вещественного уравнения первого порядка вида
dy
= ln x( x −1 + 1) ,
dx
y ( x0 ) = y0 .
Отдельного внимания заслуживают вопросы задания начальных значений, формирования систем действительных начальных значений.
Здесь уместны предварительные расчеты элементов задаваемых систем
начальных данных, различные подходы обоснованного формирования интеграла от рассматриваемого подынтегрального выражения с обоснованием
возможных границ и различных их окрестностей действительного отрезка
интегрирования.
Следует заметить о наличии особенностей для общепринятого подхода
распространенного задания нулевого начального аргумента произвольно
ориентированного отрезка интегрирования относительно неподвижного координатного полюса.
Приведенные особенности решения задачи Коши исследуемого вещественного скалярного уравнения первого порядка с измеримыми начальными
условиями следует учитывать в методических разработках эффективных
компьютерных испытаний подобных непрерывных динамических, статических систем с известным содержанием математического и программного
обеспечения.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Краснов М.Л. Обыкновенные дифференциальные уравнения: учебное пособие для втузов [Текст] / М.Л. Краснов. – М.: Высшая школа. 1983. –
128 с.
2. Каазик Ю.Я. Математический словарь [Текст] / Ю.Я. Каазик – Таллин: Валгус, 1985. – 296 с.
РАЗДЕЛ II КОМПЬЮТЕРНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЙ,
ПАРАМЕТРОВ ОБОРУДОВАНИЯ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
УДК 674.038.3: 674.032.16
ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ СОСНОВЫХ ДРЕВОСТОЕВ
В ПРОЦЕССЕ ПРОРЕЖИВАНИЙ РАЗЛИЧНОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ
В. В. Малышев (ВГЛТА)
В процессе формирования высокопродуктивных хозяйственно-ценных
хвойных насаждений важное значение имеет раскрытие особенностей строения их основного компонента – древостоя, в котором порядок сочетания деревьев отражает закономерности распределения, изменчивость и взаимосвязь
таксационных показателей.
© Малышев В.В., 2010
82
Распределение деревьев по естественным ступеням толщины наиболее
тесно связано с характером рубок ухода, в меньшей степени с возрастом древостоя и не зависит от породы, класса бонитета и полноты [1].
Исследование динамики распределения деревьев в процессе рубок ухода дает общее представление о строении древостоя. Вскрытие особенностей
распределения деревьев сосны под воздействием рубок ухода различными
способами и интенсивностями позволяет определить наиболее рациональные
пути по выращиванию высокопродуктивных и устойчивых деревьев.
При выборочном разреживании древостоя происходит наиболее значительное перераспределение деревьев по классам роста. С увеличением интенсивности рубки отмечена постепенно усиливающаяся концентрация деревьев
в первом и особенно во втором классе роста.
Реализуя рубки ухода, можно целенаправленно изменять распределение деревьев по классам роста. Путем удаления угнетенных, сильно отставших в росте экземпляров достигается увеличение деревьев-лидеров. С повышением интенсивности рубки более 35 %; в древостое остаются расти в основном деревья I и II классов роста.
При линейно-выборочном разреживании древостоя происходит менее
значительные перераспределения сосен по классам роста, чем при выборочном. Наблюдается концентрация деревьев в высших классах роста, которая
незначительно зависит от интенсивности разреживания. Самые малые перемены в распределении количества сосен по классам роста происходит при
линейном разреживании древостоя, так как полностью удаляются ряды в которых деревья отражают его общее состояние.
Распределение в культурах сосен по диаметру характеризует степень
участия, которая имеет большое значение в их концентрации относительно
среднего дерева, а, следовательно, и определяет устойчивость выращиваемых
насаждений искусственного происхождения.
Раскрытие особенностей распределения числа деревьев по ступеням
толщины, как важной составной части строения древостоев под влиянием
прореживания разной интенсивности, представляет определенный теоретический интерес и имеет большое практическое значение.
Выяснение указанных закономерностей предопределяет целенаправленное ведение рубок ухода, позволяет применять наиболее рациональные
приемы выращивания высокопродуктивных и устойчивых сосновых насаждений искусственного происхождения.
Моделирование пространственного размещения деревьев при регулярном типе их расположения, которое характерно для лесных культур, позволяет определить оптимальные режимы выращивания лесов и применения лесохозяйственной техники на рубках ухода.
Умеренная и сильная интенсивности прореживания выборочным способом отвечают лесоводственно-биологическим задачам в повышении продуктивности древостоев. Однако при реализации этого важного лесоводственного мероприятия традиционным выборочным способом затрачивается сравнительно много ручного труда и денежных средств, недостаточно ис-
83
пользуется маломерная, малоценная древесина и другие виды фитомассы,
получается низкий выход деловых сортиментов.
При проведении опытных рубок на пробных площадях «А» было выбрано около 18 % запаса, что достаточно близко к рекомендациям «Наставления по рубкам ухода». На пробных площадях «Б» было выбрано около 35
% запаса, т.е. рубка была проведена в два раза интенсивнее. На пробных
площадях «В» рубок ухода не проводилось. Они были оставлены в качестве
контрольных. На пробных площадях «Г» рубки ухода проводились по методу
«физиологического омолаживания» В. Г. Нестерова с выборкой 25 % запаса.
Таблица
Таксационная характеристика культур сосны обыкновенной
№
п.п.
Возраст,
лет
1
2
Средняя
высота,
м
3
А
12
28
50
6,4
11,9
16,2
Б
12
28
50
5,7
12,0
15,9
12
28
2
50
6,2
11,7
3
15,5
12
28
50
6,1
11,1
16,0
В
1
Г
Число
деревьев на 1 га, Полнота
шт.
4
5
6
Выборка 18 % по запасу
6,4
8588
1,27
10,5
3440
1,04
14,6
1732
0,80
Выборка 35 % запаса
6,3
8884
1,38
10,6
3500
1,08
13,9
1856
0,78
Рубка не проводилась (контроль)
6,4
9132
1,22
10,4
3444
1,03
4
5
6
13,0
2096
0,78
Выборка 25 % запаса
6,3
8732
1,30
9,7
3852
1,00
14,2
1776
0,77
Средний
диаметр, см
Запас стволовой
древесины, м3/га
7
115
189
240
105
199
229
103
176
7
224
116
157
226
Повышение экономических и технических условий возможно путем
широкого внедрения средств механизации и разработки более совершенной
технологии лесосечных работ. Это позволит значительно сократить применение ручного труда, снизить стоимость работ, повысить выход деловой древесины.
Разная интенсивность прореживания линейным способом в сочетании с
выборочным не только не нарушает строения формирующего древостоя, но и
несколько улучшает его показатели. Следовательно, этот способ рубок ухода
отвечает лесоводственным устоям важнейшего лесохозяйственного мероприятия.
Применение линейного способа разреживания молодого сосняка искусственного происхождения в сочетании с выборочным не ухудшает строения
формирующего древостоя [2]. Реализация этого способа умеренной интен-
84
сивности (26-35 %) не только не снижает, но даже улучшает лесоводственное
значение прореживания. Кроме того, применение линейного способа в соединении с выборочным позволяет механизировать лесосечные работы, увеличить выход деловой древесины. Применение линейного способа разреживания соснового молодого древостоя искусственного происхождения в сочетании с выборочным, дает положительные результаты как с лесоводственной, так и технологической точек зрения. Наилучший конечный итог прореживания получается при удалении каждого пятого ряда и изъятия из состава
древостоя между рядами деревьев IV и V класса роста.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Анучин, Н. П. Лесная таксация. Изд. 5-е [Текст] / Н. П. Анучин. – М.:
Лесн. пром-сть, 1982. – 552 с.
2. Малышев, В. В. Математическое моделирование и оптимизация режимов выращивания лесных культур сосны [Текст] / В. В. Малышев, В. С.
Петровский, В. К. Попов, А. И. Журихин. – Воронеж.: ВГУ, 2004. – 211 с.
УДК 674.038.3
ВЛИЯНИЕ РУБОК УХОДА НА МОЛОДЫЕ НАСАЖДЕНИЯ СОСНЫ
ОБЫКНОВЕННОЙ
В.В. Малышев (ВГЛТА)
При проведении опытных рубок на семи постоянных пробных площадях под литером «А» проводились рубки слабой интенсивности с выборкой
около 15% запаса. На пробных площадях под литером «Б» рубки не проводились. Они были оставлены в качестве контроля. На пробной площади под литером «В» рубки ухода проводились с выборкой около 20% запаса. На пробных площадях под литером «Г» рубки ухода проводились сильной интенсивности с выборкой 30 % запаса или 50 % по числу стволов.
Рубки ухода вызвали некоторое повышение средних высот и средних
диаметров насаждения на всех пробных площадях серии А, В, Г, так как вырубались в основном деревья из низших ступеней толщины, что привело к
механическому повышению средних диаметров и высот [1].
На пробных площадях серии «Б» средние диаметр и высота остались
без изменения. Это объясняется тем, что рубки ухода здесь не проводились.
Проведенные рубки сказались на снижении полноты насаждений на 0,3-0,5.
© Малышев В.В., 2010
85
Таблица 1
Таксационная характеристика пробных площадей до проведения рубок
ухода в чистых культурах сосны обыкновенной (возраст 12 лет, густота посадки 10,0 тыс. шт./га, размещение 2,0 х 0,5 м)
№
п.п.
Нср,
м
Dср,
см
А
Б
В
Г
6,4
5,7
6,2
6,1
6,4
6,3
6,4
6,3
Сохранность,
%
85,9
88,8
91,0
87,3
Число стволов, шт./га
8588
8884
9132
8732
Сумма площадей сечений, м2/га
27,6
27,3
25,8
27,2
Полнота
Запас,
м3/га
1,27
1,38
1,22
1,30
115,0
105,0
103,0
116,0
Чтобы объективно оценить влияние рубок ухода на рост и продуктивность древостоя необходимо учесть изменения в насаждении, произошедшие
после рубок ухода, которые могли существенно повлиять на таксационные
показатели. К числу таких изменений относится значительный отпад, имеющий место в насаждениях, как пройденных рубками ухода, так и не пройденных ими.
Обращает на себя внимание тот факт, что на контрольных пробных
площадях литера «Б» отпад деревьев идет значительно быстрее. Однако наблюдается общая закономерность, что по мере увеличения интенсивности
изреживания отпад уменьшается как по числу стволов, так и по сумме площадей сечения и запасу. Повышение интенсивности рубок ухода значительно
снижает повреждения насаждений. Увеличение числа стволов на 1 га влечет
за собой увеличение отпада.
Таблица 2
Таксационная характеристика пробных площадей после проведения
рубок ухода в чистых культурах сосны обыкновенной (возраст 12 лет, густота посадки 10,0 тыс. шт./га, размещение 2,0 х 0,5 м)
№
п.п.
Нср,
м
Dср,
см
А
Б
В
Г
6,7
5,7
6,6
6,7
7,2
6,3
7,1
7,5
Число
стволов,
шт./га
5648
8884
5512
4544
Сумма площадей сечений,
м2/га
32,6
27,3
20,2
19,9
Полнота
Запас м3/га
1,01
1,38
0,91
0,81
96,0
105,0
82,8
85,2
Таблица 3
Таксационная характеристика культур сосны в возрасте 19 лет
№
п.п.
Нср,
м
Dср,
см
А
Б
В
Г
10,6
9,5
10,8
10,4
9,2
8,3
9,3
9,8
Число
стволов,
шт./га
5412
7364
5284
4388
Сумма площадей сечений,
м2/га
35,7
40,0
36,9
32,7
Полнота
Запас м3/га
1,28
1,48
1,32
1,21
213
225
224
202
86
Таблица 4
Таксационная характеристика культур сосны в возрасте 28 лет
№
п.п.
Нср,
м
Dср,
см
А
Б
В
Г
13,8
13,1
14,2
14,5
11,1
10,6
11,3
12,0
Число
стволов,
шт./га
4320
5378
4016
3545
Сумма площадей сечений,
м2/га
41,8
47,4
40,3
40,1
Полнота
Запас м3/га
1,39
1,38
1,34
1,33
322
326
311
308
Таблица 5
Изменение средних диаметров на пробных площадях
№
п.п.
А
Б
В
Г
До ухода
6,4
6,3
6,4
6,3
Средний диаметр после ухода, см в возрасте, лет
12 лет
19 лет
28 лет
7,2
9,2
11,1
6,3
8,3
10,6
7,1
9,3
11,3
7,5
9,8
12,0
Если сопоставить средний диаметр насаждений в возрасте 19 лет к со
средним диаметром до рубок ухода в возрасте 12 лет, то на всех пробных
площадях мы видим увеличение диаметров. Наименьшее увеличение средних
диаметров мы видим на контрольных пробных площадях. Если в первые годы после рубок шло интенсивное увеличение средних диаметров на пробных
площадях серии «А», «В» и «Г», то последующие годы прирост по диаметру
на всех пробных площадях сравнялся.
Таблица 6
Изменение сумм площадей сечений на пробных площадях
№
п.п.
А
Б
В
Г
До ухода
27,6
27,3
25,8
27,2
Сумма площадей сечения после ухода, м2/га в возрасте, лет
12 лет
19 лет
28 лет
22,6
35,7
42,8
27,3
40,0
47,4
20,2
36,9
40,3
19,9
32,7
40,1
После проведения рубок ухода произошло максимальное увеличение
сумм площадей сечений стволов. На контрольной пробной площади сумма
площадей сечения возросла в 1,46 раза, а на пройденных рубками площадях в
1,6–1,82 раза. В последующие годы сумма площадей сечений стволов возросла, на контрольной пробной площади «Б» в 1,18 раза, на «А» в 1,17 раза,
на «В» – 1,1 раза, на «Г» – 1,21 раза, т.е. почти сравнялись.
На всех сериях пробных площадей суммы площадей сечений на контрольных пробных площадях выше, чем на участках, пройденных рубками
ухода, причем, чем выше интенсивность изреживания, тем ниже суммы площадей сечений, но тем выше прирост сумм площадей сечений. Несмотря на
87
высокий прирост сумм площадей сечений на участках, пройденных рубками
ухода, он не может компенсировать той части, которая была вырублена в
процессе рубок ухода. Запасы стволовой древесины повторяют положение,
отмеченное выше, при рассмотрении изменений сумм площадей сечений
стволов, максимальные запасы древесины имеются на контрольных пробных
площадях, не подвергавшимся рубкам ухода.
Рубки ухода оказали положительное влияние на увеличение высоты и
диаметра. После рубок ухода средний диаметр увеличился пропорционально
интенсивности изреживания. Если выразить прирост по диаметру в процентах от диаметра после рубок ухода, то по мере увеличения интенсивности изреживания диаметр также увеличивался. Но увеличение не столь существенно по отношению к контрольной площади, а также по отношению к пробной
площади с меньшей интенсивностью изреживания.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Попов, В. К. Математическое моделирование динамики хода роста, реакций на рубки ухода березовых и сосновых насаждений [Текст] / В. К. Попов,
В. С. Петровский, С. А. Черепухин. – Воронеж: ВГЛТА, 1999. – 128 с.
УДК 519.6
АЛГОРИТМ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЯ ПРИ
МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА
УПРАВЛЕНИЯ КОМПЛЕКСОМ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИХ МАШИН
К.А. Яковлев (ВГЛТА)
Одной из областей применения математических методов оптимизации
является эксплуатация подвижного состава транспортно-технологических
машин, составляющих, в частности, парк лесотехнической техники. В связи с
чем можно обозначить круг главных задач, связанных с эксплуатацией комплекса лесотехнических машин, в которых целесообразно приложение методов поиска оптимального решения (рис. 1).
Задача оценки подвижности носит многокритериальный характер, где
частные критерии зависят от некоторых обобщенных величин, составляющих
аргументы рассматриваемых целевых функций. В качестве аргументных
обобщенных величин используются параметры и характеристики, описывающие конструкцию машины, ее эксплуатационные свойства и режимы
движения. В связи с этим формулируются четыре постановки задачи оценки
подвижности:
1) в заданных условиях эксплуатации при принятых режимах движения
определить оптимальную конструкционную конфигурацию машины;
© Яковлев К.А., 2010
88
Рис. 1 – Взаимосвязи методов многокритериальной оптимизации и основных характеристик лесотехнической техники
2) при заданных конструкционной конфигурации машины и условиях
эксплуатации определить оптимальные режимы ее движения;
3) при заданной конструкционной конфигурации машины и выбранных режимах ее движения определить критические (оптимальные) условия эксплуатации;
4) определить экстремумы обобщенных целевых функций лесотехнических средств как показателей их подвижности и провести их сравнение с целью поиска наилучшего варианта.
Последняя задача граничит с задачей оценки конкурентоспособности.
Задача оценки конкурентоспособности опирается на неограниченное множество частных целевых функций, которые описывают конструкционные, эксплуатационные и режимные показатели, а так же экономические, технологические и потребительские свойства машин. Задача конкурентоспособности
формулируется следующим образом: определить оптимальные конструкционные, эксплуатационные, технологические, экономические и потребительские свойства с целью достижения наивысшей конкурентоспособности лесотехнических машин. Однако определение обобщенной целевой функции,
описывающей оценку конкурентоспособности, может производиться и для
сравнения качества двух и более образцов машин. При этом задача формулируется таким образом: определить оптимальные значения обобщенных целе-
89
вых функций, описывающих конкурентоспособность лесотехнических
средств, с целью их качественного сравнения.
Никакая конкурентоспособная машина не сможет обладать достаточной
подвижностью без грамотной ее эксплуатации. Достижение этого связано со
своевременным проведением технического обслуживания и ремонтов. На сегодняшний день основой постановки машины на техническое обслуживание
являются косвенные показатели (пробег машины) или физическое разрушение систем, агрегатов, узлов и деталей машины. Основой грамотной эксплуатации и эффективного функционирования техники является своевременная
ее диагностика. Наиболее выгодной формой является бортовая диагностика.
Она позволяет не только своевременно предупредить о необходимости обслуживания или ремонта, но и в ходе активной эксплуатации настраивать
системы, агрегаты и узлы машины на оптимальную их работу.
Задачи создания надежных диагностических систем сложных технических объектов решаются с применением методов многокритериальной оптимизации. Для лесотехнической техники эта задача формулируется следующим образом: определить оптимальную совокупность считываемых параметров и характеристик с каждой точки контроля для оценки подвижности и работопригодности при оптимальном количестве точек контроля с точки зрения распознавания дефектов любой кратности и минимизации затрат на создание системы бортовой диагностики разрабатываемой машины.
Для выделенных задач, возникающих в ходе эксплуатации комплекса
лесотехнических машин, существует множество различных алгоритмов принятия многокритериальных решений и соответственно различных способов
адаптации этих алгоритмов. Для сравнительной оценки эффективности их
использования в конкретных задачах бывает недостаточно только теоретического анализа. Хотя очевидно, что при принятии решений целесообразно в
максимальной степени руководствоваться формальными методами их оценки
и оптимизации.
При реализации многокритериального выбора даже в условиях значительной неопределённости (к таким задачам относится, в частности, оценки
подвижности и конкурентоспособности лесотехнических средств), лицо принимающее решение (ЛПР) обязан осуществить выбор из конечного числа
альтернатив A = {a i }, i = 1, m . Последствия каждого выбора в силу неопределённости неочевидны, поскольку зависят от некоторого количества внешних факторов и ситуаций, в формируемой модели принятия решений являющихся для ЛПР неуправляемыми переменными. Условимся считать количество таких состояний конечными (это всегда можно обеспечить, объединив
несколько неопределённостей в одну), образующим конечное множество
S = {s j }, j = 1, n . Выбирая для каждого состояния s j некоторую альтернативу
a i , ЛПР получает и должен проанализировать некоторые последствия c ij из
соответствующего множества C.
90
Задачей формального выбора является объединение множеств A, S и C
некоторой функцией F, определив меру эффективности W и количественное
(качественное) объяснение принимаемых решений.
Несмотря на широкие исследования в области принятия решений, до сих
пор не найден оптимальный подход к задачам выбора.
Анализ существующих алгоритмов и методов показывает, что все они
имеют свои недостатки и достоинства [2, 3]. При их использовании в конкретных системах не только приходится учитывать противоречивые требования по обеспечению быстродействия и точности выбора, но и характер самих
задач (количество влияющих критериев, их взаимосвязь, относительная важность и т.д.). Это значит, что даже для однотипных задач при разных исходных данных эффективность различных методов не одинакова.
На практике часто встречаются ситуации, когда при сравнении двух альтернатив использование аддитивного критерия может привести к ошибке выбора [3]. Таким образом, при существенно разных значениях соответствующих критериев двух альтернатив, для получения адекватного результата, целесообразно использовать другие методы, например, метод парных компенсаций.
Следовательно, для автоматизированного управления парком лесотехнической техники, где очень широк диапазон возможных ситуаций, к традиционной задаче выбора альтернатив необходимо добавить процедуру определения самого метода их выбора. Формально эту задачу можно сформулировать следующим образом.
Имеется несколько описанных функций (процедур, алгоритмов или методов) Ft , позволяющих при любом состоянии системы найти альтернативу
A (вариант действий) получения заданных последствий C: A = Ft (S, C ) . В
данном выражении t – это конкретный метод, эффективность W которого
также зависит от конкретной ситуации S: W = l t (S) .
Проанализировав актуальный в заданном временном интервале диапазон
v k , можно оценить наибольшую эффективность l k и, соответственно, выбрать оптимальный метод
SV ,
T = t , при max
t, k
( )
k
где Vk ∈ (1; n ), k = 1, K, K << n .
Таким образом, для достижения заданных последствий целесообразно
выбрать для управления альтернативу A.
A = Ft (S, C ) .
В такой постановке для оценки множества C в реальном масштабе времени эффективным представляется создание автоматизированной системы
управления парком лесотехнических машин. Концептуальная модель СППР
(систем поддержки принятия решений) содержит в себе следующие блоки
[1]: интерфейс “пользователь-система”; блок анализа проблем; блок принятия
решений; база данных; база моделей; база знаний.
91
Большинство существующих СППР не обладают полным набором перечисленных выше блоков и ориентированы на сравнительно узкий круг задач.
Анализируя задачи управления парком лесотехнических машин и использование для этого СППР становится ясным необходимость дополнить
рассмотренную выше модель подсистемой оперативной “подгонки” алгоритмов под весь диапазон возможной динамики реальной обстановки. Эта
задача реализуется введением блока моделирования изменений обстановки и
блока автоматизированного анализа эффективности.
В классических СППР происходит распознавание текущей ситуации,
т.е. подбор из базы моделей наиболее адекватной, после этого, используя базу знаний, ЛПР выполняет соответствующую процедуру принятия решения
[4].
Предлагается для более правильного выбора нужной процедуры принятия решения после подбора основной модели проблемы (альтернативы)
варьировать составляющие этой модели (атрибуты). В диспетчерских системах это эквивалентно тому, что после распознавания текущей обстановки
смоделировать возможные изменения.
Таким образом, основная задача блока моделирования обстановки –
формирование набора значения параметров, описывающих ситуацию, по определённым характеристикам отличную от данной. Во всех существующих
СППР именно ЛПР на основании анализа проблемы уточняет свои предпочтения и вырабатывает наилучший вариант её решения. Однако для тестирования выбранных и близких процедур и методов в нужном диапазоне необходима оперативная оценка их эффективности по выбранным ЛПР критериям. Для решения этой задачи служит блок анализа эффективности.
Кроме оперативного выбора наиболее подходящего алгоритма принятия
решений возникает возможность наиболее быстро подобрать наиболее эффективный в данной ситуации алгоритм адаптации за счёт уменьшения размерности перебора (тестирование только вблизи реальных значений).
После предварительной работы СППР и ЛПР, традиционными методами
распознаётся текущая ситуация и выбираются группы методов, наиболее
подходящих для решения текущей проблемы. После уточнения своих предпочтений ЛПР выбирает критерии эффективности методов. Далее предлагаемая (модернизированная) СППР может дополнительно решать следующие
задачи:
1. Моделирование обстановки, т.е. набора значений характеризующих
её параметров, в заданном диапазоне.
2. Решение задачи принятия решения для всех смоделированных ситуаций всеми выбранными методами.
3. Выбор наиболее оптимального метода.
4. Тестирование для выбранного метода всех алгоритмов адаптации
(подбора весовых коэффициентов) для заданного набора ситуаций.
5. Выбор наиболее оптимального алгоритма адаптации.
Для обеспечения гибкости системы целесообразно включить возможность ввода в систему дополнительных алгоритмов и методов, а также ввода
92
известных статистик по принятым решениям в уже известных ситуациях.
Упрощенная функциональная схема предлагаемой подсистемы изображена
на рис.2.
Рассмотрим назначение основных элементов.
Блок формирования обстановки служит для формирования типа, размерности и диапазона значений параметров, характеризующих текущее состояние парка лесотехнических машин. Конкретные значения всех или нескольких параметров могут либо генерироваться по определённому закону
(блок формирования параметров), либо соответствовать реальной или заданной обстановке (ввод заданных параметров). Это позволяет снизить размерность задачи перебора всех возможных вариантов, т.е. проводить исследования только вблизи наиболее интересуемых состояний.
Работу блока кратко можно описать следующим алгоритмом:
− составления перечня всех параметров, используемых в выбранной модели;
− вывод пользователю тех параметров списка, значение которых известно, а также величины этих параметров, источник информации и степень достоверности;
− выбор пользователем параметров, которые в дальнейшем будут считаться достоверно известными;
− выбор пользователем диапазона и закона (например шага) изменения
оставшихся параметров;
− прогнозирование (примерный расчёт) времени, необходимого на моделирование всех вариантов;
− анализ пользователем целесообразности данного диапазона варьирования
значениями при полученных затратах времени для конкретной задачи тестирования;
93
Рис. 2 – Функциональная схема предлагаемой системы
− в случае необходимости возврат на корректировку исходных условий
моделирования отклонений.
Блок автоматизированного анализа эффективности – для сравнительной
оценки эффективности исследуемого и образцового алгоритмов. Используется информация о длительности и правильности принятия решения на данном
этапе тестирования, а также информация об соответствующих значениях
критериев на предыдущих циклах.
Анализ длительности – для сравнения времени, необходимого на принятие решения образцовой и исследуемой системами.
Анализ правильности – для сравнения правильности и степени уверенности в принятых решениях образцовой и исследуемой системами.
Основные критерии сравнения выбираются пользователем в зависимости от метода принятия решений и от конкретных задач моделирования.
94
Кроме этого, на схеме для наглядности выделены следующие блоки.
Образцовая система – это математическая модель, которая, на основании
выбранного алгоритма принятия решения и соответствующих значений параметров и коэффициентов их значимости, формирует решение, которое считается правильным.
Исследуемая система – это математическая модель, которая, на основании выбранного алгоритма принятия решения и соответствующих значений
параметров и коэффициентов их значимости, формирует решение, правильность которого, а также процесс поиска которого подлежат изучению.
База алгоритмов принятия решений – комплекс подпрограмм, реализующих различные алгоритмы и методы принятия решений, а также связанный с каждым методом набор процедур определения характеристик их эффективности. Соответственно с каждым методом принятия решений связана
своя база алгоритмов адаптации или обучения (подбора весовых коэффициентов).
Память о предыдущих циклах необходима для реализации многих алгоритмов адаптации.
Выбранный и образцовый алгоритмы – это алгоритмы принятия решений, выбранные из базы всех определённых алгоритмов. Выбор производится индивидуально для образцовой и исследуемой системы в зависимости от
задач анализа и тестирования.
Коэффициенты – весовые коэффициенты, характеризующие относительную значимость критериев или другие подбираемые переменные для выбранного алгоритма принятия решения образцовой или исследуемой системы.
Таким образом, предложенная система позволяет производить выбор алгоритма для решения задачи многокритериальной оптимизации при принятии управленческих решений на всех этапах жизненного цикла комплекса
лесотехнических машин. Введение описанного модуля позволяет выбрать
наиболее адекватный алгоритм исходя из специфики задачи и предпочтений
пользователя, что позволит значительно повысить качество принимаемых
решений и эффективность управления.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1 Ларичев, О. И. Системы поддержки принятия решений. Современное
состояние и перспективы их развития [Текст] / О. И. Ларичев, А. В. Петровский // Итоги науки и техники. Сер. Техническая кибернетика. –М. :
ВИНИТИ, 1987. – Т. 21. – С. 131-164.
2 Ларичев, О. И. Теория и методы принятия решений [Текст] / О. И. Ларичев. – М. : Логос, 2000. – 296 с.
3 Ногин, В. Д. Использование количественной информации об относительной важности критериев в принятии решений [Текст] / В. Д. Ногин // Научно-технические ведомости СПбГТУ, 2000. – № 2. – С. 89-93.
95
4 Синюк В.Г., Котельников А.П. Системы поддержки принятия решений: основные понятия и вопросы применения. Белград: Изд-во БелГТАСМ,
1998, – 78 с.
УДК 678.002:647.048
ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ДРЕВЕСИНЫ, ОБРАБОТАННОЙ
РАСТВОРОМ МАЛЕИНОВОЙ КИСЛОТЫ, С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
МЕТОДОВ ОПТИМИЗАЦИИ ЭКСПЕРИМЕНТА
А.И. Дмитренков (ВГЛТА), Н.С. Никулина (ВГЛТА),
О.Н. Филимонова (ВГТА), С.С. Никулин (ВГТА)
В настоящее время продолжаются активные поисковые исследования по
снижению техногенного воздействия на окружающую среду отходов различных производств. Поиск наиболее перспективных направлений в использовании отходов и побочных продуктов имеет важное и актуальное значение, так
как позволяет, с одной стороны, более полно использовать ценные сырьевые
ресурсы, источники которых с каждым годом постепенно снижаются, а с
другой стороны, получать материалы с заданным комплексом свойств.
Химическая промышленность – одна из активно развивающихся отраслей производства. Однако одновременно с получением целевой продукции на
данных предприятиях образуются и накапливаются разноплановые отходы.
Так, например, на предприятиях, производящих малеиновый и фталевый ангидриды, в качестве побочных продуктов образуются отходы, содержащие
малеиновую кислоту. До настоящего времени такие отходы не находили
применения [1].
Древесина, как уникальный и постоянно возобновляемый природный
полимерный материал, находит широкое применение в производственной
деятельности человека. Специфические свойства древесины и материалов на
её основе обуславливают широкое их применение в различных областях современных технологий. Древесина является незаменимым строительным и
отделочным материалом. Однако при всех положительных качествах она обладает рядом существенных недостатков: способность изменять свою форму
и размеры при поглощении или испарении воды и др., что в ряде случаев
сдерживает её широкое применение. Для защитной обработки древесины и
получения на её основе материалов с новым комплексом свойств используют
широкий спектр пропиточных составов и средств, как органического, так и
неорганического происхождения.
Для модификации древесины лиственных пород широко применяют серу
[2]. По этой технологии древесину с естественной влажностью или частично
высушенную пропитывали в расплаве серы при температуре 155-160 оС с последующим извлечением из расплава и охлаждением. Такая обработка позволяет повысить твердость и снизить водопоглощение древесины. Однако
для существенного улучшения указанных свойств требуется значительное
© Дмитренков А.И., Никулина Н.С., Филимонова О.Н., Никулин С.С., 2010
96
(более 50% массы изделия) количество пропиточного состава, что увеличивает жесткость и опасность растрескивания материала, а также резко повышает себестоимость получаемых изделий. В предыдущих работах [3,4] исследована технология модифицирования древесины лиственных пород расплавом стеариновой кислоты, которая позволяет уменьшить водопоглощение
изделий из древесины, а также сократить продолжительность пропитки и
расширить ее температурный интервал.
Следует учитывать и то, что дорогие защитные средства мало приемлемы для пропитки относительно дешевой древесины. И в этой связи целесообразным представляется применение для этих целей относительно доступных и дешевых отходов и побочных продуктов химической промышленности
и материалов, полученных на их основе.
Цель данной работы – изучение свойств натуральной древесины березы,
обработанной водным раствором малеиновой кислоты с использованием метода планирования эксперимента, построенного по плану греко-латинского
квадрата четвертого порядка [5].
Оценку эффективности применения малеиновой кислоты в качестве модифицирующего агента изучали на образцах древесины березы размером
20×20×30 мм. Пропитку осуществляли следующим образом. В пропиточную
ванну загружали водный раствор малеиновой кислоты с концентрацией 50-70
% масс. Пропиточный состав нагревали до заданной температуры и погружали в него образцы березы и выдерживали в течение установленного времени.
После чего образцы древесины извлекали из ванны и подвергали термообработке. Содержание в древесине малеиновой кислоты определяли гравиметрическим методом.
В качестве факторов, оказывающих наибольшее влияние на данный
процесс, выбраны: температура пропиточного состава – 20, 40, 60 и 80 оС
(фактор А); продолжительность пропитки – 1, 2, 3 и 4 ч (фактор В); температура термообработки – 110, 130, 150 и 170 оС (фактор С); продолжительность
термообработки – 1, 3, 5 и 7 часов (фактор D). В качестве функции отклика –
водопоглощение древесины, разбухание в радиальном и тангенциальном направлениях. Испытания проводили путем погружения образцов модифицированной древесины в воду и выдерживанием в течении 1 и 30 суток.
На основе полученных экспериментальных данных установлено, что
наиболее существенное влияние на гидрофобные свойства модифицированной древесины оказывают продолжительность пропитки в растворе малеиновой кислоты, температура и продолжительность термообработки.
После обработки экспериментальных данных с использованием компьютерных программ были получены уравнения регрессии, описывающие влияние основных технологических параметров процесса модификации на показатели водопоглощения, разбухания в радиальном и тангенциальном направлениях образцов древесины березы, обработанных малеиновой кислотой после 1 и 30 суток испытания (нахождения образцов в воде):
Через 1 сутки:
- водопоглощение, %
97
Yводопогл. = 5,81·10-5·(30,1 – 0,0808·а)·(30,75 – 1,92·b)·(45,30 – 0,136·с)⋅
·(29,16 – 0,79·d);
- разбухание в радиальном направлении, %
Yрадиал. = 9,196·10-2·(3,045 – 0,0158·а)·(2,67 – 0,178·b)·(3,73 – 0,0106·с)⋅
·(2,38 – 0,041·d);
- разбухание в тангенциальном направлении, %
Yтангенц. = 4,947·10-2·(3,53 – 0,0155·а)·(2,99 – 0,106·b)·(5,23 – 0,0176·с)⋅
·(3,01 – 0,071·d).
Через 30 суток:
- водопоглощение, %
Yводопогл. = 2,005·10-6·(92,58 – 0,261·а)·(81,12 – 0,717·b)·(83,80 –
0,03205·с)⋅ ·(82,30 – 0,743·d);
- разбухание в радиальном направлении, %
Yрадиал. = 1,69·10-2·(6,075 – 0,0415·а)·(3,985 – 0,036·b)·(5,24 – 0,00955·с)⋅
·(4,00 – 0,02625·d);
- разбухание в тангенциальном направлении, %
Yтангенц. = 8,907·10-3·(7,345 – 0,04805·а)·(4,89 – 0,026·b)·(6,865 – 0,0145·с)⋅
·(4,886 – 0,0145·d).
Сравнение расчетных и экспериментальных значений, полученных по
вышеприведенным уравнениям и в обозначенных выше условиях, представлено в таблице. Анализ полученных результатов показывает их хорошую
сходимость.
Таблица
Расчетные и экспериментальные значения показателей
модифицированной древесины березы
Продолжительность
ВодопоглощеРазбухание в ради- Разбухание в таниспытания, сутки
ние, %
альном направлегенциальном нании, %
правлении, %
1
16,6/18,2
1,3/1,5
3,0/2,4
30
67,8/69,0
2,5/2,6
3,3/3,5
Примечание Числитель – расчет; знаменатель – эксперимент
На основе анализа полученных зависимостей можно сделать следующие
выводы:
1. С целью оптимизации процесса пропитки древесины раствором малеиновой кислоты температуру пропиточного состава необходимо выдерживать ~ 80 0С, хотя изменение температуры от 20 до 80 0С существенно не изменяет наклон кривой.
2. Продолжительность выдержки древесины в пропиточном составе
должна быть максимальной, т. е. 4 часа.
3. Температура термообработки должна быть также высокой, т.е. порядка 170 0С. Высокая температура термообработки оказывает положитель-
98
ное влияние на улучшение структуры и свойств получаемого материала. Это
может быть связано с целым рядом протекающих процессов, а именно, при
температурах свыше 150 0С малеиновая кислота начинает терять воду, превращаясь в малеиновый ангидрид. Малеиновый ангидрид является химически активным реагентом и интенсивно взаимодействует при повышенных
температурах с компонентами древесины (целлюлозой, гемицеллюлозой,
лигнином) с образованием прочных химических связей (реакция этерификации). Происходит упрочнение структуры древесины за счет межмолекулярной сшивки макромолекул целлюлозы с образованием сшитого каркаса.
4. Продолжительность термообработки также оказывает существенное
влияния на свойства получаемого материала, так как процесс структурирования протекает во времени.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Молдавский, В. Л. Малеиновый ангидрид и малеиновая кислота
[Текст] / В. Л. Молдавский, Ю. Д. Кернос. – М. : Химия, 1976. – 88 с.
2. Орловский, Ю. и. пропитка древесины серой [Текст] / Ю. И. Орловский, В. В. Панов, С. А. Манзий, В. П. Манзий // Строительство и архитектура. – 1984. – № 6. – С. 76-80.
3. Дмитренков, А. И. Модифицирование древесины расплавом стеариновой кислоты [Текст] / А. И. Дмитренков, Л. И. Бельчинская, С. С. Никулин
// Лесной журнал. – 1992 – № 1. – С. 74-78.
4. Дмитренков, А. И. Использование высших карбоновых кислот и полимерных отходов нефтехимии для модификации древесины [Текст] / А. И.
Дмитренков, С. С. Никулин // Инновационные проекты в охране окружающей среды : доклады Всерос. науч.-техн. конференции. – Тула : Изд-во ТулГУ, 2008. – 310 с.
5. Ахназарова, С. Л. Методы оптимизации эксперимента в химической
технологии [Текст] / С. Л. Ахназарова, В. В. Кафаров. – М. : Высш. шк.,
1985. – 328 с.
Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и
УДК 674.047.3:006
САПР СУШИЛЬНЫХ КАМЕР
А.Д. Данилов, Д.В. Грудцына (ВГЛТА)
Автоматизированное проектирование сушильных камер является
сложным процессом, который можно разделить на несколько этапов.
На первом этапе анализируют технические требования к высушиваемому материалу, технологию его получения и экологическую ситуацию. На
втором этапе исследования высушиваемого материала как объекта сушки
получают и анализируют теплофизические, тепломеханические, структурноморфологические и сорбционные характеристики. На основе информации
© Данилов А.Д., Грудцына Д.В., 2010
99
полученной на первом и втором этапах, выбирают способ сушки (третий
этап). На третьем этапе рассчитываются параметры сушильных камер. Выбор способа сушки должен быть также обоснован энергетическим анализом с
учетом стоимости применяемого оборудования, вида энергии эксплуатационных затрат. Четвертый этап – экспериментальная проверка на стендовой
или опытной установке. Полученной на четвертом этапе информации достаточно для масштабного перехода, который может быть осуществлен по двум
вариантам: подбор и оценка эффективности готового сушильного аппарата
(пятый этап) и разработка новой конструкции (шестой этап). Последний
седьмой этап – проектирование установки [1].
Многообразие материалов, анализируемых на первом и втором этапах
разработки аппаратурно-технологического оформления процесса сушки,
значительные различия по их химической природе, структуре физическими
и химическим свойствам обуславливает необходимость классификации
объектов сушки.
Классификация высушиваемых материалов по определяющим характеристикам существенно облегчает задачу выбора рационального способа сушки и эффективного типа аппарата.
Существует несколько классификаций высушиваемых материалов: по
форме и энергии связи влаги с материалом, по внутренней структуре, по агрегатному состоянию и др.
Основой системы проектирования является расчет сушильных камер,
который представлен на схеме и разделен на три основных этапа, которые
входят в первые три этапа проектирования (рис.1).
Данные расчеты проводятся с использованием современных высокоинтеллектуальных вычислительных систем и ЭВМ, что позволяет вовлекать в
решение технических задач весь потенциал знаний, накопленный мировой
наукой [2].
В настоящее время при моделировании сложных технологических систем получил развитие системный подход, предполагающий последовательный переход от общего к частному.
100
РАСЧЕТ СУШИЛЬНЫХ
КАМЕР
Технологический расчет камер
Пересчет объема фактического пиломатериала в
объем условного материала
Определение необходимого количества камер
Определение производительности камер в
условном материале
Определение производственной мощности действующего лесосушильного цеха
Тепловой расчет камер
Выбор расчетного материала
Определение массы
испаряемой влаги
Выбор режима сушки
Аэродинамический расчет камер
Методика расчета потребного напора вентилятора
Особенности расчета
эжекционных камер
Определение параметров агента сушки на
входе в штабель
Определение объема и
массы циркулирующего агента сушки
Определение объема
свежего и отработанного воздуха или перегретого пара
Определение расхода
тепла на сушку
Выбор типа и расчет
поверхности нагрева
калорифера
Определение расхода
пара
Определение диаметров паропроводов и
конденсатопроводов
Выбор конденсатоотводов
Рис.1 – Схема расчета сушильных камер
101
Сущностью системного подхода является стратегия, в основе которой лежат общие принципы, применяемые к решению любой системной
задачи. К ним относятся:
- четкая формулировка цели исследования, постановка задачи по реализации этой цели и определение критерия эффективности решения задачи;
- разработка развернутого плана исследования с указанием основных
этапов и направлений в решении задачи;
- пропорционально последовательное продвижение по всему комплексу
взаимосвязанных этапов и возможных направлений;
- организация последовательных приближений и повторных циклов исследований на отдельных этапах;
- принцип нисходящей иерархии анализа и восходящей иерархии синтеза в решении составных частных задач и т.п.
Для выбора способа сушки обычно связывают тип сушильного аппарата,
с характеристиками высушиваемого материала.
Выбор сушильного аппарата производится в зависимости от технологических требований, масштаба производства и основных характеристик древесины как объекта сушки.
Однако задача выбора способа сушки наряду с определением конструкции и типа сушилки должна включать в себя выбор агента сушки, подготовку
материала к сушке и разработку технологической схемы процесса.
Выбранный способ сушки проходит экспериментальную проверку на
опытной установке.
Основным методом расчета сложных процессов на современном уровне стал метод математического моделирования, реализующий расчеты на
ЭВМ и позволяющий отыскать оптимальные режимы проведения процессов
и условия эксплуатации. В математическое моделирование процессов входят
следующие этапы: формализация изучаемого процесса построения математической модели (составление математического описания); алгоритмизация и
программирование решения задач для нахождения численных значений определяемых параметров; установление соответствия (адекватности) модели
изучаемому процессу.
Системный анализ процессов сушки производится на пяти уровнях иерархии: исследование свойств объектов сушки на атомно-молекулярном
уровне, анализ внутреннего тепломассопереноса, анализ термодинамики
процесса, анализ исследование внешнего тепломассообмена с конструктивными особенностями сушильной установки.
Конечная цель системного анализа на уровне отдельного технологического процесса – построение адекватной математической модели процесса и
решение на ее основе проблем создания промышленного технологического
процесса, оптимизация и проектирование промышленного аппарата и оптимизация режимов эксплуатации аппарата.
На различных этапах моделирования составляются обобщенные и детальные логические схемы модулирующих алгоритмов и схемы программ.
При реализации моделирующих алгоритмов на ЭВМ вырабатывается инфор-
102
мация о состояниях процесса функционирования исследуемых систем. Эта
информация является исходным материалом для определения приближенных
оценок искомых характеристик, получаемых в результате машинного эксперимента.
Планирование машинного эксперимента позволяет вывести необходимое количество выходных данных и определить метод их анализа.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Лебедев П. Д. Расчет и проектирование сушильных установок
1.
[Текст]/ П. Д. Лебедев. – М: Госэнергоиздат, 1963. –320с.
Акишенков, С.И. Проектирование лесосушильных камер и це2.
хов [Текст]: учебное пособие/ С.И. Акишенков, В.И. Корнеев. – СанктПетербург, 1992. – 87с.
УДК 673.047-52
ЗАДАЧИ САПР ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТРАБОТАННЫХ АГЕНТОВ СУШКИ
А.С. Воронцов (ВГЛТА)
В настоящее время актуальной является задача энергосбережения в
технологиях сушки пиломатериалов, измельченной древесины и шпона в сушильных установках, которую можно решать за счёт использования методов
и способов интенсификации процессов гидротермообработки в сушильных
установках, а также за счет систем обоснованной автоматизации проектирования рекуперационных теплообменных аппаратов.
Разработка систем и парметров рекуперационных установок теплообмена требует трудоёмких инженерных расчётов для различных вариантов
физических процессов и конструктивных особенностей устройств сушки. В
последнее время в этой области от автоматизации отдельных элементов расчёта, связанных с численными решениями дифференциальных и интегральных уравнений, перешли к использованию средств САПР, которые дают возможность совмещать этапы численного решения и выбор конструктивных
вариантов теплообменников, документирование с помощью возможностей
машинной графики. Использование известных результатов для автоматизированного проектирования теплообменных устройств является неприемлемым. Это связано с тем, что более сложными являются системы уравнений
тепломассопереноса, выше уровень сложностей математического описания
объектов и графического представления физических полей, конструкций устройств охлаждения. При проектировании сложных современных систем рекуперационных установок во многих случаях нельзя обойтись без разработки
и исследования математических моделей, а поэтому возникает задача разработки адекватных математических моделей исследуемых процессов. Дости© Воронцов А.С., 2010
103
жения науки в области моделирования и автоматизированного проектирования процессов тепломассопереноса требуют дальнейших исследований физики явлений, при создании технических конкретных решений и соответствующих методов исследования [1].
При расчете конструкций обычно стремятся определить необходимую
поверхность теплообмена, а при поверочном расчете - температуру горячего
и холодного сушильного агента на выходе из теплообменного аппарата. В
основе обоих расчетов лежат уравнения:
• теплопередачи: Q = kF (T1ср −T2ср ) = kFΔTср , Вт;
(1)
• теплового баланса: Q1 = Q2 + ΔQ,
(2)
2
где k – коэффициент теплопередачи, Вт/( м * К); F – площадь поверхности теплообмена, м2; T1ср – средняя температура горячего теплоносителя в
теплообменном аппарате, К; T2ср – средняя температура холодного теплоносителя; ΔTср – среднелогарифмический температурный напор в теплообменном аппарате, К; Q1 – количество теплоты, отданное горячим теплоносителем, Вт; Q2 – количество теплоты, воспринятое холодным теплоносителем,
Вт; ΔQ – потери теплоты теплообменником в окружающую среду, Вт.
Соответственно:
Q1 =W1(T1′−T1′′) = G1c1(T1′−T1′′) ;
(3)
Q2 =W2 (T2′ −T2′′ ) = G2c2 (T2′ −T2′′ ) ,
(4)
где W1 и W2 – водяные эквиваленты горячего и холодного теплоносителей в рекуперативном теплообменнике в конвективной сушильной камере;
T1′ и T1′′ – температуры горячего теплоносителя на входе и на выходе из теплообменного аппарата; T2′ и T2′′ – температуры холодного теплоносителя
на входе и на выходе из теплообменника; G1 и G2 – массовые секундные
расходы горячего и холодного теплоносителей, кг/с; с1 и с2 – удельные массовые теплоемкости теплоносителей при постоянном давлении, Дж/(кг * К).
В теплообменниках одна жидкость отдает теплоту, другая непрерывно
ее получает, и температура сред T1′ и T1′′ , T2′ и T2′′ , а следовательно, и
температурный напор ΔТ меняются по ходу движения жидкостейтеплоносителей. Характер такого изменения поверхности теплообменника
определяется расходом теплоносителей, их теплоемкостями и взаимным направлением движения. Массовый секундный расход теплоносителя G = ρωƒ,
где ρ – плотность теплоносителя, кг/ м3; ω – скорость теплоносителя, м/с; ƒ –
сечение канала, м2.
Средний температурный напор в прямоточных и противоточных аппаратах определяется исходя из математических представлений о среднем значении температуры ΔT* на участке dF*:
Если температуры теплоносителей вдоль поверхности нагрева меняются незначительно (если ΔT′ / ΔT′′ > 0,5 или ΔT′ / ΔT′′ ≤ 1,7), то температурный
напор ΔT можно считать как средний арифметический:
ΔT = 0,5 ( ΔT′ + ΔT′′ ).
(5)
Паровые водоподогреватели в роликовой комере подбираются по поверхности нагрева F, м2, из уравнения теплопередачи
(6)
104
F = 103 Q/(k ΔТ η),
(7)
где Q – тепловая нагрузка, кВт; k – коэффициент теплопередачи, Вт/(
2
м * К), при учебных расчетах можно принимать равным 2500… 3000; ΔТ –
температурный напор, °С; η – коэффициент, учитывающий потери теплоты
от наружного охлаждения, принимается равным 0,98.
Тепловая нагрузка Q определяется по расходу пара D на нагрев воды
или расходу нагреваемой жидкости GВ.
(8)
Q = D(iп – iк) = GВсВ (Тк – Тн),
где D – расход пара, кг/с; iп, iк – энтальпия пара и конденсата, кДж/кг;
сВ = 4,19 – теплоемкость воды,кДж/(кг * К); Тн, Тк – температура нагреваемой
воды до и после теплообменника, °С.
Водо-водяные теплообменники в конвективной камере подбирают по
поверхности нагрева F, м2, из уравнения теплопередачи
(9)
F = 103 Q/(k ΔТ η1),
где Q – тепловая нагрузка, кВт; k – коэффициент теплопередачи, Вт/(
2
м * К), при учебных расчетах принимается равным 1500…2000; ΔТ – температурный напор, °С; η1 – коэффициент, учитывающий накипь и загрязнение
трубок, а также потери теплоты от наружного охлаждения, принимается
0,7…0,8.
Тепловая нагрузка Q определяется по максимальному значению расхода греющей или нагреваемой жидкости GВ, кг/с и разности температуры этой
жидкости ΔТВ, °С, на входе и выходе из теплообменника:
(10)
Q = GВсВ ΔТВ ,
где сВ = 4,19 кДж/(кг * К) – теплоемкость воды.
При выборе теплообменников необходимо проверять допустимую скорость воды ω, м/с или уточнять требуемое живое сечение ƒ, м2, для пропуска
заданного расхода воды G, кг/с. Во всех случаях используют уравнение неразрывности потока, согласно которому массовый секундный расход
G = ρ ω ƒ,
(11)
3
где ρ – плотность теплоносителя, кг/ м ; ω – скорость теплоносителя,
м/с; ƒ – сечение канала, м2 [2].
Рассматриваемый математический аппарат – стационарного режима
тепломассопереноса, представляется возможным для математического моделирования рекуперативных установок в технологиях сушки пиломатериалов,
измельченной древесины и шпона в сушильных установках
Таким образом, актуальность задач заключается в необходимости формирования информационного, математического, программного обеспечения
САПР с эффективной интеграцией математического моделирования систем
теплообмена, а также графической интерпретации конструктивных решений
теплообменников для создания рекуперативных установок.
105
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Бобров, А.И. Разработка автоматизированной системы рационального проектирования процессов пористого и сублимационного охлаждения в
теплообменных устройствах [Текст] / А.И. Бобров. Воронеж: Воронеж, гос.
техн. ун–т, 2003. – 18 с.
2. Фокин, В.М. Основы энергосбережения в вопросах теплообмена
[Текст] / В.М.Фокин Г.П. Бойков, Ю.В. Видин. М.: Изд-во Машиностроение-1, 2005. – 192 с.
УДК 674.047.3
ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛООБМЕННЫХ
АППАРАТОВ В ТЕХНОЛОГИЯХ ГИДРОТЕРМООБРАБОТКЕ
ДРЕВЕСИНЫ
А.С. Воронцов (ВГЛТА)
В настоящее время в лесном комплексе одной из важных проблем является энергосбережение в технологиях сушки пиломатериалов, измельченной
древесины и шпона в сушильных установках.
В Российской Федерации в 2009 г. высушено 27 млн м3 пиломатериалов,
изготовлено 5,285 27 млн м3 древесных плит, 2,762 млн м фанеры. Для гидротермической обработки древесины при выпуске этой продукции потребовалось 1,6 млн тонн условного топлива. Технологические установки гидротермической обработки древесины отличаются чрезмерными энергозатратами. Это тесно связано со слишком большими энергозатратами на сами процессы гидротермической обработки древесины, а также с большими бесполезными потерями тепла при удалении испарившейся из древесины влаги путем выброса ее в атмосферу вместе с отработанным агентом сушки, имеющим высокую температуру. При сушке пиломатериалов эти бесполезные,
безвозвратные потери по самым осторожным расчетам составляют 486000
тонн условного топлива, при сушке измельченной древесины в производстве
древесных плит 289 788 тонн условного топлива, при производстве фанеры
19 753 тонн условного топлива. Всего безвозвратные потери составляют
795 500 тонн условного топлива. Энергозатраты на производство единицы
продукции деревообработки в Российской Федерации в 2 - 2,5 раза выше чем
Скандинавских странах, Канаде [1]. В России работают тысячи сушильных
энергозатратных установок различной конструкций. Для их замены импортными менее энергозатратными установками требуются большие вливания
инвестиций.
Вследствие этого для действующих сушильных установок необходимо
использовать :
1. Системы автоматизированного проектирования и реализации оптимальных режимов сушки с автоматическими системами управления процес-
© Воронцов А.С., 2010
106
сами гидротермической обработки древесины, обеспечивающие заданное качество сушки за минимальное время с минимальными энергозатратами.
2.Системы автоматического проектирования рекуперационных теплообменников с автоматическим управлением процессом вторичного использования выбрасываемого в атмосферу отработанного сушильного агента с высокой температурой для технологических нужд предприятия.
Актуальным в технологиях сушки пиломатериалов, измельченной древесины и шпона является использование теплообменных аппаратов.
Необходимость передачи тепла от одного теплоносителя к другому возникает во многих отраслях, в том числе и в лесной промышленности.
Тепловые процессы, происходящие в теплообменных аппаратах, могут
быть самыми разнообразными: нагрев, охлаждение, испарение, кипение,
конденсация, плавление, затвердевание и более сложные процессы, включающие в себя несколько из перечисленных. В процессе теплообмена может
участвовать несколько теплоносителей: тепло от одного из них может передаваться нескольким и от нескольких одному.
Классификация теплообменных аппаратов:
по назначению: подогреватели, конденсаторы, охладители, испарители, паропреобразователи и т. п.;
по принципу действия: поверхностные и смесительные.
Независимо от принципа действия теплообменные аппараты, применяющиеся в различных областях техники, как правило, имеют свои специфические названия. Эти названия определяются технологическим назначением
и конструктивными особенностями. Однако с теплотехнической точки зрения все аппараты имеют одно назначение - передачу тепла от одного теплоносителя к другому или между поверхностью твердого тела и движущимся
теплоносителем. Последнее определяет те общие положения, которые лежат
в основе любого теплового расчета теплообменного аппарата.
В аппаратах поверхностного типа теплоносители ограничены твердыми
стенками, частично или полностью участвующими в процесс теплообмена
между ними. Поверхностью нагрева называется часть поверхности этих стенок, через которую передаете тепло.
Рекуперативными называются такие теплообменные аппараты, в которых теплообмен между теплоносителями происходи через разделительную
стенку. При теплообмене в аппаратах такого типа тепловой поток в каждой
точке поверхности разделительной стенки сохраняет постоянное направление.
Сравнение и оценка качества различных конструкций рекуперационных
теплообменных аппаратов являются сложной задачей прежде всего из-за необходимости учета большого количества показателей, характеризующих теплообменный аппарат. Примерная взаимосвязь рассматриваемых при этом
свойств представлена на рисунке [2]. Так как наиболее ответственным элементом теплообменника является поверхность теплообмена, то в первую
очередь надо оценить основные ее свойства.
107
Рисунок – Примерная взаимосвязь рассматриваемых свойств теплообменников при их оценке и сравнении
Проанализировав основные виды сушильных установок, технологические и конструкционные особенности можно выделить два вида теплообменых аппаратов, необходимых для использования в действующих сушильных
установках: пластинчатый теплообменник для роликовой сушильной камеры
и многоходовый гладкотрубный теплообменник для конвективной и барабанной сушильной камеры.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Петровский, B.C. Анализ проблем энергоснабжения при автоматизированном проектировании теплообменных аппаратов [Текст] / B.C. Петровский, А.Д. Данилов. – Воронеж: Воронеж. гос. лесотехн. академ., 2009.
2. Жукаускас, А.А Конвективный перенос в теплообменниках [Текст] /
А.А. Жукаускас. – М.: Наука, 1982. – 441с.
УДК 674.093
РАСЧЁТ ПОСТАВОВ ДЛЯ ЗАДАННОЙ СПЕЦИФИКАЦИИ
СЫРЬЯ И ПИЛОМАТЕРИАЛОВ
И.П. Петрова, В.С. Болдырев (ВГЛТА)
Важнейшим показателем эффективности лесопильного производства является применение высоких технологий. Одной из составляющих этого процесса является проектирование поставов для раскроя брёвен на ЭВМ.
© Петрова И.П., Болдырев В.С., 2010
108
Нами разработана программа «Расчёт поставов для заданной спецификации сырья и пиломатериалов», на которую имеется авторское свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ № 2010610976.
Программа предназначена для проектирования поставов при раскрое
брёвен брусово-развальным или развальным способами. В основе программы
заложены алгоритмы проверки выполнимости спецификации, составления
ориентировочного плана раскроя сырья, расчёта поставов, составления окончательного плана раскроя сырья. Структурная схема программы показана на
рис. 1.
Спецификация
Ориентировочный план
Параметры
раскроя
Расчёт
поставов
План раскроя
Рис. 1. – Последовательность основных этапов выполнения программы
Вычисления (длина, ширина пиломатериалов, объёмный выход пилопродукции) в ней ведутся по формулам классической теории раскроя брёвен
[1], объём бревна и усушка – по формулам [2]. Программа может применяться для лабораторных занятий, в курсовом и дипломном проектировании по
дисциплине «Технология лесопильно-деревообрабатывающих производств»,
а также на лесопильных предприятиях. Программа имеет понятный и удобный интерфейс, позволяет получить для одних и тех же данных план раскроя
сырья в нескольких вариантах с различными значениями параметров, визуально проанализировать преимущества одних поставов и недостатки других
и выбрать наиболее подходящий. Программа позволяет осуществлять алгоритм вычислений, показанный на рис. 2.
Спецификация
Параметры
раскроя
Ориентировочный план
Расчёт
поставов
нет
План раскроя
План
удовлетворительный?
да
Сохранение
результатов
Рис. 2. – Возможный алгоритм программы
109
Вывод на принтер организован в нужном для пользователя масштабе.
Предусмотрено сохранение результатов работы программы в файле, в том
числе в формате Excel.
Планируется дальнейшее развитие программы с целью получения других технологических расчётов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Болдырев, В.С. Технологическое проектирование лесопильных цехов
[Текст]: учебное пособие / В.С. Болдырев, М.И. Кулева, А.И. Цуриков. – Воронеж: ВГЛТА, 2005. – 256 с.
2. Болдырев, В.С. Технологические основы раскроя сырья и пиломатериалов
[Текст]: учебное пособие / В.С. Болдырев. – Воронеж: ВГЛТА, 2002. – 336 с.
УДК 684:65.011.54/.56
ОСНОВНЫЕ ПОДСИСТЕМЫ САПР ТП ИЗГОТОВЛЕНИЯ
СТЕКЛОИЗДЕЛИЙ В МЕБЕЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
А.Д. Данилов, К.А. Гладченко (ВГЛТА)
Для разработки систем автоматизированного проектирования технологических процессов изготовления стеклоизделий в мебельной промышленности должна быть создана информационная система, содержащая базу исходных данных о заготовках, технологических ограничениях и организационные
данные, связанные с культурой организации производства. На первой стадии
создается оптимизационное ядро, которое якобы помещается в организационную среду предприятия. Для этого предлагается перечень различных алгоритмов, снабженных характеристиками для выбора подходящего из них.
Здесь на первый план выступает сложность реализации карт раскроя. Характеристике алгоритмов предшествует обширный численный эксперимент с
описанием выходных данных. Структурная схема САПР ТП изготовления
стеклоизделий показана на рисунке. Она содержит следующие основные подсистемы:
Подсистема проектирования изделия. Результатом данной подсистемы является получение карты раскроя стеклоизделия с необходимой для
дальнейшего раскроя информацией, а именно: параметры стеклоизделия; параметры профиля для резки; количество и размеры заготовок.
Подсистема раскроя материала. Она включает следующие блоки:
блок входной информации, для которого исходными данными являются карты раскроя изделия, технологические ограничения и параметры деловых отходов; блок раскроя материалов, он содержит информацию об оптимизированном раскрое и расчет норм расхода материала.
© Данилов А.Д., Гладченко К.А., 2010
110
Подсистема проектирования изделия
Подсистема расчета стоимости изделия. В данной подсистеме идет
расчет всех затрат при производстве данного изделия, исходя из подетального расчета стоимости материала, стоимости изготовления, монтажа и т.д.
Заявка от
заказчика
БД
шаблонов
изделий
Подсистема раскроя
Изделие
найдено?
БД
материалов,
комплектующих,
фурнитуры
да
нет
Блок проектирования нового изделия
Технологическая
карта изделия
Блок формирования входной
информации
Технологические
и организационные ограничения
Подсистема расчета стоимости изделия
Блок поиска готового решения
Технологическая карта изделия
Подетальные
нормы расхода материала
Блок оптимизации
Раскрой профиля
Раскрой стекла
Блок разработки
технологической
карты изделия
Карты раскроя
Ведомости на
заказ материала
Блок расчета подетальных норм расхода
материала
БД
деловых
отходов
Блок формирования
деловых отходов
Блок расчета
стоимости
изделия
Счет на
оплату
Нормативно-справочная
информация
Рисунок – Структурная схема САПР ТП изготовления стеклоизделий
111
УДК 684
РАСКРОЙ СТЕКЛОИЗДЕЛИЙ В МЕБЕЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
А.Д. Данилов, К.А. Гладченко (ВГЛТА)
В настоящее время широкое распространение получили изделия из
стекла. Они имеют ряд положительных качеств. Изделия из стекла довольно
легко обрабатываемы и имеют красивый внешний вид.
Первым этапом в изготовлении стеклоизделий является раскрой. Он
может осуществляться двумя способами – это с помощью программных
средств, таких как оптимальный раскрой (Сutting) 1.5 и программа раскроя
v4.19. Также он может осуществляться ручным способом.
Программный раскрой осуществляется на автоматических прямолинейных и криволинейных станках или на полуавтоматических прямолинейных и криволинейных станках, также можно произвести раскрой на гидроабразивных станках. Раскрой, который осуществляется ручным способом, реализуется на специальных столах, например, стол «ALBA-R».
Наибольшее распространение получили гидроабразивные станки, так
как они могут изготавливать как прямолинейные, так и криволинейные стеклоизделия.
Процесс резки является «холодным», что не несет с собой термических
изменений в структуре обрабатываемых материалов. При резке возможны
минимальные зазоры между вырезаемыми деталями, что позволяет самым
оптимальным образом использовать обрабатываемый материал.
Принципиально можно разделить два типа резки – резка только водой
и резка с примесями абразива. При резке чистой водой статическое давление компактной струи, как и при эрозивном действии обычной водяной капли, приводит к вымыванию материала, с перемешиванием же в струе твердых
частиц происходит микроразрушение материала, а водная струя служит лишь
ускорителем этого процесса. Для резки необходима как можно более тонкая
подача воды. Диаметр струи лежит в пределах от 0,1 до 0,4 мм. Для того,
чтобы поддерживать в струе необходимую плотность энергии, давление
струи достигает 400 МПа.
Гидроабразивная резка осуществляется по следующей схеме см. рисунок.
В качестве абразива используются остроконечные измельченные минералы, такие как песок граната или оливин, с величиной зерна 0,1 до 0,3 мм. В
зависимости от применения, количество используемого абразива составляет от 100 до 500 г/мин. Диаметр струи – 0,6-1,2 мм.
© Данилов А.Д., Гладченко К.А., 2010
112
Рисунок – Принцип действия гидроабразивного станка
УДК 551.509
ПРОГНОСТИЧЕСКИЙ ПОДХОД ПРИ ПОСТРОЕНИИ САПР
МЕТЕОПРОГНОЗОВ
А.В. Пилеич (КВВАУЛ(ВИ))
Под прогнозом погоды понимается научно обоснованное предвидение
погоды, являющееся результатом анализа атмосферных процессов и применения известных науке закономерностей их развития.
Основным прогностическим принципом, применяемым при разработке прогноза погоды, является принцип «носителей погоды». Погодные условия действительно перемещаются из одного района в другой вместе с синоптическими объектами. Но в процессе их эволюции происходят и изменения в
характере погодных условий. Учет этих изменений является наиболее сложной задачей и требует твердого знания основ синоптической метеорологии и
особенностей района базирования [1].
Авиационные прогнозы погоды являются специализированными и содержат описание ожидаемых у земли и по высотам метеорологических элементов и явлений погоды, влияющих на полеты самолетов и вертолетов и
боевые действия авиации.
При обеспечении полетов разрабатываются прогнозы погоды на срок,
превышающий установленное для полетов время на 1 час (при продолжительности полетов до 3 часов) или на 2 часа (при продолжительности полетов
более 3 часов) [2, 3].
В авиационные прогнозы погоды включаются следующие метеорологические элементы и явления: облачность, атмосферные явления, горизонтальная видимость у земли, ветер у земли и на высотах, температура воздуха
у поверхности земли. Кроме того, при полетах на больших высотах и в стратосфере, указываются: высота и направление осей струйных течений с указанием скорости потока, высота тропопаузы, отклонения температуры воздуха
от стандартных значений, зоны турбулентности атмосферы, вызывающие
© Пилеич А.В., 2010
113
болтанку самолетов, высота вершин кучево-дождевых облаков. А при полетах с переменным профилем и на малых высотах дополнительно указываются атмосферное давление на уровне моря в миллиметрах ртутного столба и
температура воздуха у поверхности земли по маршруту.
В настоящее время при решении задачи прогнозирования погоды широко используются расчетные методы, позволяющие получить более точные
количественные характеристики основных метеорологических элементов и
предсказать то или иное явление погоды. При всей исключительной сложности проблема предвычисления погоды представляется принципиально разрешимой.
Исходными данными для разработки прогноза погоды являются синоптические карты, карты барической топографии, аэрологические диаграммы, данные воздушной и радиолокационной разведки погоды, искусственных
спутников Земли, результаты личных наблюдений за изменением погоды в
данном пункте и т.д. Весь этот комплекс материалов дает четкое представление о пространственном распределении метеорологических элементов и явлений погоды, о связи их с определенными синоптическими объектами и об
изменениях, которые происходили в характере летно-метеорологических условий в процессе эволюции синоптических объектов и в суточном ходе [4].
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Авиационная метеорология. – М., Воениздат, 1984.
2. НАМС-86. – М.: Воениздат, 1987.
3. Методические рекомендации метеорологическим подразделениям
авиации Вооруженных Сил СССР. -М.: Воениздат, 1986.
4. Руководство по краткосрочным прогнозам погоды. Ч I. – Л.: Гидрометеоиздат, 1986г.
УДК 004.451.7
НЕЧЕТКИЙ ГРУППОВОЙ МЕТОД ОБРАБОТКИ ДАННЫХ
Е.А. Бражникова, А.Д.Данилов (ВГЛТА)
Для прогнозирования и других проблем планирования и управления в
лесном комплексе не обязательно априори знать структуру систем. Существует метод групповой обработки данных (ГМОД) моделирования крупных
сложных нелинейных систем, основанный на принципах эвристической самоорганизации по данным ввода-вывода. В этом методе параметры модели
отождествляются с нечеткими числами, а моделирование выполняется для
нечетких явлений и систем.
Используя линейную интервальную регрессионную модель, построим
нечеткий ГМОД. Для представления оценочного интервала Y в виде нечеткого числа возьмем треугольное нечеткое число с центром а и шириной с и
обозначим через μ y ( y ) его функцию принадлежности [1].
© Бражникова Е.А., Данилов А.Д., 2010
114
Для заданных наблюдаемых данных (yi, хi,) построим несколько частичных линейных моделей, упорядочим их иерархически и получим оценочную формулу модели. Частичные линейные модели назовем частичным
представлением. В качестве частичного представления используем следующую линейную интервальную модель:
(1)
Y = A0 + A1 x p + A2 xq + A3 x 2p + A4 xq2 + A5 x p xq ,
где А0,..., А5-интервальные коэффициенты;
Y – интервальный выход;
р, q = 1,..., п, р ≠ q.
Для представления интервального выхода У нечетким числом выберем
треугольное нечеткое число. Его функцию принадлежности обозначим через
μ y (y).
Получив несколько частичных представлений, необходимо установить
критерий выбора: какое из частичных представлений дает наилучшую модель. В качестве такого критерия оценки определим следующую функцию:
N
N
i =1
i =1
J = ∑ J i(2 ) / ∑ J i(1) ,
(2)
где
J i(1) = μYi ( yi ) , J i(2 ) = c xi .
(3)
J i(1) указывает меру близости наблюдаемых значений уi к центру оценочного интервала Yi. Это означает, что чем больше оценочное значение J i(1) ,
тем ближе наблюдаемое значение yi к центру оценочного интервала Yi. J i(2 )
указывает ширину оценочного интервала Yi. Следовательно, чем меньше
оценочное значение J i(2 ) тем меньше ширина и тем лучше оценка. Итак, оценочная модель с наименьшим оценочным значением J – это та модель, которая наиболее хорошо аппроксимирует заданные данные (yi, хi,).
Теперь опишем алгоритм нечеткого ГМОД.
Шаг 1. Определим входные переменные xij, i= l, ..., N, j= 1, ...,m, для
наблюдаемых значений у. При необходимости нормализуем наблюдаемые
данные (yi, xi,).
Шаг 2. Рассмотрим корреляции между наблюдаемым значением у и
каждой входной переменной хj, выберем только входные переменные хj, j = 1,
...,т, и n≤m, с наибольшим коэффициентом корреляции.
Шаг 3. Разделим наблюдаемые данные (yi, xi,) на подготовительные
данные (ниже обозначим как ПД, Ni данных) для получения линейных интервальных регрессионных моделей и на контрольные данные (ниже обозначим
как КД, Nc данных) для выбора промежуточных переменных. Метод разделения состоит в следующем: каждое третье по номеру данное (i = 3, 6, 9, ...) и
последнее данное отнесем к КД, оставшиеся данные – к ПД.
Шаг 4. Для комбинаций хр, хq двух входных переменных хj используя
ПД, получим следующую формулу частичного представления и будем считать ее линейной интервальной системой:
Yk = A0 k + A1k x p + A2 k xq + A3k x 2p + A4 k xq2 + A5k x p xq ,
(4)
115
где Yk, k= 1, 2,..., п(п — 1)/2, – k-е частичное представление. С помощью линейной интервальной рекурсии получим интервальные коэффициенты
A = (α, c ) . Оценочное значение Yk задано на интервале, поэтому промежуточные переменные на следующем уровне иерархии имеют вид
yk = a0 k + a1k x p + a2 k xq + a3k x 2p + a4 k xq2 + a5k x p xq ,
(5)
т.е. учитываем только центральное значение в интервале.
Шаг 5. Используя интервальные коэффициенты А, полученные с помощью ПД на этапе 4, преобразуем КД. Степень близости к наблюдаемым
значениям yt в частичном представлении Yi оценим с помощью формулы (3).
Пусть эта степень есть Jk. Среди оценочных значении Jk выберем в качестве
промежуточных переменных r значений в порядке, начиная с наименьшего
оценочного значения, остальные опустим. Используя оценку Jk, определим
следующим образом пороговое значение θ на этом уровне иерархии:
θ = min J k .
(6)
k
Шаг 6. Используя промежуточные переменные хр = ур, хq = уq полученные на этапе 4, построим формулы частичного представления на следующем
уровне иерархии. Далее повторим шаги 4-6.
Шаг 7. Используя оценочное значение Jk на шаге 5, Сравним пороговое
значение θl, на уровне l с пороговым значением θl+1 на уровне l+1, и в случае,
если справедливо следующее соотношение
θl +1 = min J s ≥ θl = min J k , l=1,2,…,
(7)
s
k
закончим алгоритм.
Если сделать замену всех промежуточных переменных, вычисленных
до самого первого уровня, получим оценочную модель.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Прикладные нечеткие системы: пер. с япон. [Текст]/ К. Асаи, Д. Ватада, С. Иваи и др.; под ред. Т. Терано, К. Асаи. – М.: Мир, 1993. – 368 с.
РАЗДЕЛ III СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
УДК 674.046
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ,
УСТАНОВКАМИ ГИДРОТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
ФАНЕРНОГО СЫРЬЯ
Е.А. Мануковский (ВГЛТА)
Для построения и оптимального управления АСУТП технологическим
процессом гидротермической обработки фанерного сырья нужно разрабатывать программное обеспечение. Разработка программного обеспечения происходит в несколько этапов:
1 определяется математическая модель процесса или объекта,
© Мануковский Е.А., 2010
116
2 определяются входные, выходных параметров и возмущающие воздействия, на объект или процесс, и представление процесса или объекта как
объекта автоматизации управления
3 выбор метода оптимизации и разработка алгоритма будущей программы,
4 написание программы.
Такими объектами для написания программ по их проектированию и
управлению в гидротермической обработке фанерного сырья являются,
• бассейн гидротермической обработки фанерного сырья.
• теплообменник рекуперации
• промышленный фильтр очистки оборотной воды.
Бассейн гидротермической обработки (ГТО) фанерного сырья.
В бассейне происходит тепловая обработка фанерного сырья при температуре 35-50°С, время прогрева зависит от параметров фанерного сырья эти
параметры и являются возмущающими воздействиями на процесс, Cфc – теплоёмкость фанерного сырья, tфc – температура фанерного сырья, ρфc –
плотность фанерного сырья, Wфc – влажность фанерного сырья, tг – температура грунта вокруг бассейна, tв – температура воздуха вокруг в месте расположения бассейна.
Управляющим воздействием на объект управления является Рв - расход
греющей воды, tв – температура греющей воды.
Выходными параметрами которые следует поддерживать на заданом уровне
являются tв – температура воды в бассейне, τв – время прогрева, qфc –
тепло поглощаемое сырьём. Математическая модель прогреваемого
сырья в бассейне гидротермической обработки (1).
Tфс ⋅
Tфс ⋅
dqфс
dτ
dtфс
dτ
+ qфс = Сфс ⋅
+ tфс = t В
qфс = Сфс ⋅
dtфс
dτ
dt В ⎫
dτ ⎪⎪
⎪
⎬
⎪
⎪
⎪
⎭
(1)
Данная математическая модель описывает процесс прогрева фанерного сырья в бассейне гидротермической обработке. Управление процессом
осуществляется поддержанием заданной температуры в бассейне и выработкой управляющих воздействий в зависимости от параметров загружаемого сырья.
117
Cфc, tфc, ρфc,
Wфc, tг, tв
tв, τв, qфc
Рв, tв.
Фанерное
сырьё
Бассейн ГТО
Рис. 1 – Бассейн гидротермической обработки фанерного сырья, как
объект управления
Рис. 2 – Алгоритм управления
бассейном гидротермической
обработки фанерного сырья
118
В теплообменнике происходит передача тепла от теплоносителя (пар,
отработанный сушильный агент) к оборотной воде, которая берётся из бассейна, фильтруется от загрязнений подогревается в теплообменнике до нужной температуры и снова поступает в бассейн методом барбатажа по проложенным по дну бассейна трубам. Здесь параметрами которые следует поддерживать на заданном уровне являются T2''- конечная температура «холодного» теплоносителя т. е. оборотной воды, и Ф – количество переданной теплоты от горячего теплоносителя к холодному. Управляющими воздействием
на объект является Qm1 и Qm2– расход горячего и холодного теплоносителей, S – поверхность теплообмена. Возмущающими воздействиями являются, T1'и T2'- начальная температура горячего и холодного теплоносителя.
Количество теплоты, переданное от горячего теплоносителя к холодному, определяется из уравнения теплового баланса (2):
Ф = c p1 ⋅ Qm1 ⋅ δ T1 = c p 2 ⋅ Qm 2 ⋅ δ T2 .
(2)
Данная математическая модель описывает от чего зависит количество
переданной теплоты от горячего теплоносителя к холодному. Управление
осуществляется изменением расходов и изменением поверхности
теплопередачи.
T1', T2'
Ф, Qm2, T2''
Qm1, Qm2.
Теплообменник
Рис. 3 – Теплообменник, как объект управления
Промышленный фильтр очистки. В промышленном фильтре очистке происходит процесс фильтрования оборотной воды из бассейна от песка и примесей которые попадают в бассейн вместе с сырьём при загрузке.
Процесс фильтрования, в котором раздельно учитываются сопротивления
слоя осадка и перегородки, описывается дифференциальным уравнением (3).
Δp
dV dq
=
=
W=
(3)
Fdτ dτ μ ( Rфп + Rос )
119
Рисунок 4- Алгоритм eправления разработкой теплообменника рекуперации.
120
q = ( Δ p 0 − ( k 0 + a )W ) / (W B (1 −
k0 + a
W )S )
Δp
(4)
где V- объем фильтрата; F- площадь фильтрования; τ - время; q = V/F - объем
фильтрата с единицы поверхности фильтра;
Roc - сопротивления слоя осадка и фильтровальной перегородки; μ — динамическая вязкость фильтрата.
Здесь управляемыми параметрами процесса являются W – скорость
фильтрования, Δq - объём получаемого фильтрата.
Управляющим воздействием на объект являются Δp – перепад давления на фильтре, S- площадь фильтрования, tп – время между промывками
фильтра
Возмущающими воздействиями на процесс являются Rфп – сопротивление фильтровальной перегородки, hoc – толщина осадка на фильтровальной перегородки.
Rфп, hoc
Δp, S, tп
W, Δq
Промышленный фильтр
очистки
W, Δq
Рис. 5 – Промышленный фильтр очистки, как объект управления
Вывод. Все разработанные математические модели и алгоритмы программ позволяют в конечном итоге оптимально выбирать параметры для
проектирования объектов, а также оптимальные параметры управления процессами гидротермической обработки фанерного сырья, тем самым снизить
время и энергозатраты на процесс.
121
Рис. 6 – Алгоритм управления разработкой фильтра очистки оборотной
воды
122
УДК 674.213:69.025.351.3
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ СУШКИ ПАРКЕТНОЙ ФРИЗЫ
Д.А. Глухов (ВГЛТА), А.Ю. Власова ( ВГЛТА)
Паркет – французское слово (parquet), в переводе означает планка. В более
широком смысле паркет – это лицевой слой пола, настилаемый по определенному рисунку из отдельно остроганных дощечек (клёпки). Полы из паркета настилаются в жилых и общественных зданиях; они отличаются красивым внешним
видом, малой тепло-звукопроводимостью. Для изготовления паркета используется древесина дуба, ясеня, бука, граба, березы, а для художественного паркета,
помимо указанных, древесина таких ценных пород, как орех, красное дерево,
черное дерево и другие. Время показало, что паркет был и остается лидером среди многочисленных напольных покрытий.
Главной операцией в производстве паркета является сушка.
Квалификация видов и способов сушки древесины базируется прежде
всего на особенностях передачи тепла высушиваемому материалу. По этому
различают четыре вида сушки: конвективную, кондуктивную, радиационную, электрическую. Конвективной сушке выделяют два подвида: конвективно-атмосферная сушка воздухом без его подогрева и конвективно- тепловая сушка в нагретых газах и жидкостях[2].
В зависимости от особенностей производства конвективные сушильные камеры могут быть непрерывного действия или периодического, однако
в любом случае конвективная сушильная камера гарантирует получение высококачественной продукции.
Камеры периодического действия работают по принципу периодического чередования сушильных циклов, каждый из которых складывается из
полной загрузки сушилки материалом, собственно сушки и полной выгрузки
сушилки.
В зависимости от породы дерева и влажности выбирается режим
сушки пиломатериала. Режим сушки древесины - это совокупность тепловлажностных воздействий сушильного агента на пиломатериал, обеспечивающих заданное качество и продолжительность его сушки.
Рациональным считается режим, применение которого обеспечивает
наименьшую продолжительность процесса сушки и его экономичность при
сохранении целостности сортиментов, заданной прочности и других естественных свойств древесины.
Внедрение средств автоматизированного управления процессом сушки
позволяет добиться поддержания оптимального режима сушки, и этим
обеспечить максимальную производительность сушильных камер при сохранении необходимого качества высушиваемой древесины.
В рамках АСУТП сушки паркетной фризы используются микропроцессорные средства управления, осуществляющие регулирование температуры и
© Глухов Д.А., Власова А.Ю., 2010
123
влажности сушильного агента в камере, управление вентиляционной системой, шиберами. Реализация режимов сушки осуществляется на базе измерения влажности древесины в штабеле на основе кондуметрического метода.
Выбор программ сушки и сбор всех параметров в процессе сушки должен осуществятся при помощи персонального компьютера с установленной
SCADA системой.
Полностью автоматическая система контроля позволяет оператору
предварительно внести в память все значения таблицы сушки: таким образом, система контроля сможет автоматически вести процесс сушки вплоть до
его окончания без присутствия оператора.
Схема автоматизации решения данной проблемы представлена на рисунке.
Предлагаемая АСУТП сушки паркетной фризы позволит существенно
повысить экономическую эффективность процесса, за счет сокращения времени сушки, снижения количества брака вследствие коробления и растрескивания, сокращение числа обслуживающего персонала.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Глухов, Д.А. Разработка технологических режимов и систем автоматизированного управления процессом сушки паркета [Текст]: дис. … канд.
техн. наук / Д. А. Глухов. – Воронеж, 2006. – 188 с.
2. Серговский, П.С, Рассев,А.И. Гидротермическая обработка и консервирование древесины [Текст] : учеб. изд. 4-е / П.С. Серговский, А.И. Рассев. – М. : Лесн. пром-ть, 1987. – 360 с.
124
Рисунок – Схема автоматизации сушильной камеры
125
УДК 684:65.011.54:/56
ОСОБЕННОСТИ РАЗРАБОТКИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
СТАНКОВ С ЧПУ В ПРОИЗВОДСТВЕ МЕБЕЛИ
Хайдер А. Аббас Мохаммед (Ирак)
Числовым программным управлением (ЧПУ, или МС – Numerical Control)
называется использование специально закодированной информации для автоматического управления технологическим оборудованием.
Управляющая программа (УП) содержит числовые данные, необходимые
для изготовления детали, и представляет собой пошаговый алгоритм этого
процесса. Она считывается и интерпретируется системой управления станка,
поэтому деталь изготавливается автоматически, без участия человека.
Аппаратная часть системы ЧПУ состоит из блока управления и самого станка
(см. рисунок).
Рисунок – Аппаратная конфигурация станка с ЧПУ
Система управления реализует две основные функции: считывание программы обработки детали и управление работой станка. Соответственно она
состоит из двух функциональных блоков:
• модуль обработки данных;
• система автоматического регулирования (САР).
В функции модуля обработки данных входит считывание УП с используемого носителя информации, декодирование операторов программы, преобразование декодированной информации в команды управления станком и
данные о положении инструмента по каждой из осей станка, направлении его
движения, подаче и т.д., а также передача всех этих данных в САР.
САР, в свою очередь, принимает информацию от модуля обработки данных и преобразует ее в электрические управляющие сигналы, при помощи которых производится управление приводными механизмами станка. Помимо
этого, она организует прием сигналов обратной связи о реальном положении
инструмента и скорости его движения по каждой из осей и подает в модуль обработки специальный сигнал на считывание следующего блока информации.
Поскольку траектория движения инструмента задается в цифровом виде, т.е. в
виде координат последовательных точек с определенным шагом, неотъ-
© Хайдер А. Аббас Мохаммед, 2010
126
емлемым элементом САР является интерполятор — устройство выработки команд для непрерывного перемещения инструмента между этими точками.
Системы ЧПУ классифицируются по характеру движения инструмента на
системы позиционного и контурного управления.
Системы позиционного управления используются в тех случаях, когда
траектория движения инструмента относительно детали не имеет значения, т.е,
инструмент перемещается от одной точке к другой, не касаясь детали. Типичным примером позиционной обработки является сверление отверстий в деталях
мебельного изделия под установку фурнитуры.
Системы контурного управления используется, когда важна траектория
движения инструмента в процессе обработки относительно детали. Такие системы управления устанавливаются на фрезерных, токарных, шлифовальных и
других станках.
Современные системы управления работают на интегральных микросхемах и имеют блоки памяти. Они называются станками с ЧПУ типа СNС
(Соmputer Numerical Control), т.е. станками со встроенным компьютером. Это
позволяет выполнять однократную загрузку УП для обработки всех деталей
партии, а также взаимодействовать с другими элементами системы автоматизации производства: промышленными роботами, загрузочными устройствами и
т.д. Дальнейшее развитие систем управления шло по пути расширения возможностей встроенных компьютеров. В современных станках с ЧПУ они практически полностью соответствуют привычному персональному компьютеру имеют монитор, оперативную память, жесткий диск, коммуникационные порты, графические устройства ввода, а также необходимое программное обеспечение. Это позволяет вводить УП в диалоговом режиме, использовать заранее
запрограммированные последовательности команд (например, для операций
сверления, фрезерования фиксированных торцов и т.д.) и визуально контролировать траекторию движения инструмента.
Наличие встроенных компьютеров позволяет формировать производственные системы, состоящие из сервера (центрального компьютера), управляющего работой участка станков с ЧПУ типа СNС. Они получили название
систем ЧПУ типа DNС (Distributed Numerical Control - Распределенное Числовое Управление).
Количество направлений взаимных перемещений инструмента и заготовки может быть больше трех. Например, когда инструмент может не только
перемещаться по любой кривой в пространстве (три степени свободы, соответствующие станки называются 3-координатными), но и менять свою ориентацию в пространстве (поворачиваться). Станки с большим количеством степеней свободы, или многокоординатные станки, в деревообработке используются сравнительно редко. Основная область их применения - машиностроение, где необходимо изготавливать детали сложной пространственной
формы, например, корпуса, гребные винты, турбинные лопатки и т.д.
Процесс написания программ представляет собой кодирование информации в соответствии с определенными правилами который может восприни-
127
маться системой управления станка. Управляющие программы для станков с
ЧПУ.
При ручном написании программ необходимо закодировать требуемую
последовательность команд. Это очень трудоемкий процесс и прежде всего потому, что программа должна описывать движение инструмента, а не контур детали. Другими словами программист должен рассчитывать координаты перемещения центра инструмента. Кроме того, ему придется задавать большое
количество вспомогательных точек. Несмотря на то, что в современных системах управления существуют функции автоматической коррекции контура детали на режущий инструмент, ручное составление программ остается трудоемким процессом.
Для облегчения процесса составления УП разработаны специальные языки высокого уровня. При их использовании программисту достаточно определить геометрию детали, общую траекторию движения инструмента и технологические параметры инструмента и режимов резания. Эта информация кодируется на языке высокого уровня, после чего транслируется (компилируется)
в специальный машинно-независимый формат – СL data. Файл с данными в
этом формате, который стандартизован Международной организацией по стандартизации (150) может иметь двоичный или текстовый вид. Для перевода его в
вид, воспринимаемый системой управления конкретного станка, используются
специализированные программы - постпроцессоры^ которые ориентированы на
конкретную систему управления.
АРТ - это не только язык программирования для станков с ЧПУ, но также
и программа, которая выполняет расчеты по определению положений режущего инструмента в соответствии с операторами языка. Эта система предназначена для программирования операций обработки заготовок в трехмерном пространстве на станках, имеющих до пяти управляемых осей.
АРТ включает в себя четыре типа операторов:
• геометрические операторы для определения геометрических характеристик детали;
• операторы движения, для описания траектории перемещения режущего
инструмента;
• операторы постпроцессора, которые применяются к конкретному типу
станку и его системы управления для задания скорости подачи, скорости резания и других параметров обработки;
• вспомогательные операторы: смена инструмента, задание характеристик обрабатываемых поверхностей и т.д.
Важной особенностью АРТ является поддержка работы с макрооператорами — последовательностями команд, которые можно многократно вызывать на выполнение, что значительно упрощает разработку УП.
Значительную часть УП занимают операторы описания геометрии детали,
т.е. именно той информации, которая уже имеется в ее математической модели,
сформированной конструктором. Поэтому в современных САПР программирование заменяется генерацией файлов в формате СL data непосредст-
128
венно по модели. Последовательность разработки УП в этом случае следующая:
• на визуальном изображении детали выделяются те элементы геометрии,
которые будут определять траектории движения инструмента - при двумерной
обработке это контура, а при трехмерной -поверхности;
• из библиотеки, входящей в состав САПР, выбирается нужный режущий
инструмента;
• определяются траектории подвода, обработки и отвода инструмента в
исходное положение, при этом координаты точек траектории вычисляются автоматически с учетом геометрии резца и детали;
• выбор постпроцессора и автоматическая генерация УП;
• виртуальное моделирование движения резца (верификация программы)
и исправление обнаруженных ошибок. В процессе формирования траектории
движения инструмента необходимо обеспечить технологические требования
обработки материала, несоблюдение которых приводит к искажению геометрических параметров контура панели, ухудшению качества поверхности реза, а в
отдельных случаях и к выходу из строя станка. По этой причине полностью автоматические алгоритмы формирования траектории не всегда могут гарантировать полное и безошибочное соблюдение всех технологических требований. В
состав современных САПР мебельных изделий входит модуль проектирования
УП для станков с ЧПУ, который реализует следующие основные операции;
• автоматическое получение всей необходимой информации из математической модели изделия;
• интерактивный режим проектирования УП, обеспечивающий реализацию максимального набора проектных операций;
• автоматическое формирование траекторий движения инструмента;
• автоматическая генерация текста УП для выбранного станка с ЧПУ. Математическая модель мебельного изделия включает в себя большой объем разобщенных геометрических данных об отдельных составных элементах. Это не
является критичным при дизайнерском и конструкторском проектировании, но
становится таковым при переходе к проектированию технологических процессов обработки. Для проектирования УП необходимо в автоматическом режиме
выполнить так называемую предпроцессорную обработку модели, т.е. выделить
обрабатываемые контура и поверхности, а также найти и локализовать потенциально ошибочные элементы и места их сопряжения.
Автоматическое формирование траектории движения инструмента должно выполняться на основе учета и анализа следующей совокупности данных:
• геометрические параметры контура обработки и инструмента;
• способ подвода и отвода инструмента: по касательной, нормали или дуге;
• схемы врезания и движения инструмента: в общем случае траектория
движения инструмента представляет собой последовательность стандартных
фаз: подвод, врезание, черновой проход, чистовой проход, отвод инструмента;
• наличие в переходе черновой и чистовой обработки: припуск на чистовую обработку, перекрытие следа фреза на начальном участке, перебег фрезы;
129
• режимы резания, определяемые для каждой фазы обработки с возможностью автоматического изменения подачи в зависимости от типа обрабатываемого участка.
Для автоматической генерации текста УП необходимо задать большое
количество параметров, многие из которых назначаются технологами на основании собственного опыта. В этом случае траектория движения инструмента
может получиться неоптимальной, например, с большим количеством мест
резкой смены движения инструмента. Из-за этого приводы станка значительную часть времени будут находиться в режиме торможения или разгона. Кроме
того, конструкционные свойства основного мебельного материала (ДСтП) накладывают ряд ограничений на геометрические параметры обрабатываемых
контуров.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Основы автоматизированного проектирования изделий и технологических процессов [Текст]/ П. Ю. Бунаков. – М., 2003. – 156 с.
УДК 338.24(075.8)
ПРИМЕНЕНИЕ ИНТЕГРИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
ПРЕДПРИЯТИЯМИ ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЙ ОТРАСЛИ
Д.А. Глухов (ВГЛТА)
В настоящее время невозможно найти промышленное предприятие, на
котором бы в той или иной степени не применялись информационные системы
для автоматизации хозяйственной деятельности. Однако, как правило, автоматизация затрагивает лишь отдельные сферы управления, и не позволяет в полной мере добиться повышения эффективности функционирования промышленных предприятий. Такие простейшие системы, реализующие отдельные функции управления, называются локальными, и не могут обеспечить современному
промышленному предприятию конкурентоспособность в современных условиях. Следовательно, необходим переход к применению полнофункциональных
систем управления, ориентированных на автоматизацию процессов управления
на всех уровнях, обладающих средствами поддержки принятия решений, краткосрочного и долгосрочного прогнозирования, корпоративного управления.
Такие системы называются интегрированными системами управления предприятиями (ИСУП) [1].
Несмотря на растущий интерес со стороны руководства предприятий деревообрабатывающей промышленности, степень внедрения ИСУП крайне не
высока, и представляет собой, как правило, локальный характер, т. е. автоматизацию функций по одному или нескольким направлениям (бухгалтерия, сбыт,
склады, кадры и т.д.).
В настоящее время мировым стандартом систем управления предприятием стали системы комплексного планирования ресурсов предприятия (ERP –
© Глухов Д.А., 2010
130
Enterprise Resources Planning). Такие системы охватывают планирование всех
ресурсов предприятия (управление персоналом, заказами, финансами и т.д.).
Основной задачей ИСУП класса ERP является выполнение в едином информационном пространстве типовых и специализированных задач управления
предприятием, холдингом, группой компаний в условиях современной экономики и бизнеса.
ИСУП должна обеспечивать решение следующих задач:
всего спектра управленческих задач предприятия в соответствии с кон•
цепцией ERP;
задач корпоративного управления, связанных с консолидацией информа•
ции, поступающей из территориально-распределенных подразделений / предприятий, и управлением распределенными ресурсами (материальными, финансовыми, трудовыми);
задач поддержки принятия управленческих решений на базе определения,
•
планирования, достижения и анализа ключевых показателей деятельности
предприятия.
ИСУП должна отвечать следующим требованиям:
реализовывать поддержку полного цикла управления (прогноз – планиро•
вание – контроль – анализ результатов – коррекция прогнозов и планов) для
всех сфер деятельности предприятия;
поддерживать технологию интерактивной аналитической обработки дан•
ных (OLAP), позволяющую раскрывать различные уровни аналитики;
соответствовать современным концепциям управления: ERP (Enterprise
•
Resource Planinng), MRP-II (Manafacturing Resource Planning), а также стандартам открытых систем;
поддерживать сервис-ориентированную архитектуру (SOA) позволяю•
щую использовать ИСУП для построения B2B (бизнес-бизнес) ориентированных систем и web-ориентированных приложений;
поддерживать архитектуру web-сервисов допускающую её интеграцию с
•
продуктами сторонних производителей и построению глобальных распределенных систем;
использовать модульный принцип построения, т.е. представлять собой
•
набор взаимосвязанных, но относительно независимых компонент, которые могут использоваться потребителем в любом удобном для него составе и порядке;
обладать высокой степенью масштабируемости и гибкости, сохранять
•
эффективность и бесперебойность работы при увеличении количества пользователей;
параметры и возможности должны легко настраиваться на отраслевые и
•
региональные особенности, специфику сферы деятельности предприятия;
•
обеспечивать информационную поддержку принятия решений на разных
уровнях управления – вплоть до уровня руководства предприятия (холдинга,
корпорации);
прикладные свойства ИСУП не должны зависеть от программно•
аппаратной платформы.
131
ИСУП должна быть ориентирована на автоматизацию решения задач,
возникающих на всех стадиях управленческого цикла: прогнозирование и планирование, учет и контроль реализации планов, анализ результатов, коррекция
прогнозов и планов. Основной структурной единицей системы является модуль, предназначенный для решения отдельных задач определенной предметной области (например, «Управление сбытом», «Планирование производства»).
Модули, в свою очередь, объединены в функциональные контуры. Допустимо
как изолированное использование отдельных модулей, так и их произвольные
комбинации, в зависимости от производственно-экономической необходимости.
Функциональный состав ИСУП должен позволять для любого предприятия определить набор компонентов, обеспечивающий решение задач управления деятельностью в трех глобальных разрезах: по видам ресурсов, по масштабам решаемых задач (уровню управления), по видам управленческой деятельности. При четко налаженной технологической схеме эксплуатации ИСУП, каждый специалист выполняет определенные для него инструкцией действия, получая информацию в объеме, необходимом и достаточном для осуществления
своих должностных обязанностей.
Важной чертой ИСУП является возможность настройки параметров системы на отраслевые, региональные, функциональные особенности деятельности
каждого предприятия. В процессе настройки выполняется первичное заполнение основных каталогов, классификаторов и справочников, которые составляют
единую информационную базу и используются всеми модулями системы.
Дальнейшее пополнение классификаторов происходит в процессе оперативной
работы.
Российский рынок ИСУП обогащён наличием, как систем западного, так
и отечественного производства. Анализ степени внедрения таких систем на
предприятиях деревообрабатывающей промышленности показывает, что половина попыток внедрения не доходит до конца, а в остальных 50 % случаев хорошим результатом считается внедрение нескольких модулей. Причиной большого количества неудач внедрения ИСУП является необходимость полного пересмотра всех бизнес-процессов предприятия, адаптации системы под особенности отрасли, что в совокупности с высокой стоимость самих систем и их сервисного обслуживания, делает процесс внедрения таких систем крайне дорогостоющим и продолжительным, что не под силу даже крупным предприятиям
отрасли. Решение данных проблем возможно путём приобретения предприятием лишь базовой части (ядра) системы, а создание модулей и их завязка в контуры управления должна производиться силами самого предприятия, при консалтинговой поддержке разработчиков системы, с учётом сложившихся бизнеспроцессов и особенностей предприятий отрасли. Такое решение позволит существенно сократить стоимость и сроки внедрения системы. Вышесказанное
делает актуальным исследования в области адаптации и дальнейшего совершенствования ИСУП к Российским предприятиям деревообрабатывающей
промышленности.
132
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Никитин А.В. Управление предприятием (фирмой) с использованием
информационных систем [Текст]: учебное пособие / А.В. Никитин, И.А. Рачковская, И.В. Савченко. − М.: ИНФРА-М, 2007. − 188 с.
УДК 338.24(075.8)
РЕШЕНИЕ ЛОГИСТИЧЕСКИХ ЗАДАЧ В РАМКАХ
ИНТЕГРИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
ПРОМЫШЛЕННЫМИ ПРЕДПРИЯТИЯМИ
Д.А. Глухов (ВГЛТА)
В процессе движения и трансформации материальных ресурсов на промышленных предприятиях необходимо получение продуктов и услуг в строго
определённые моменты времени, там, где они необходимы. Это же относится и
к обеспечению производства сырьём, материалами, комплектующими, полуфабрикатами и продуктами незавершенного производства, и к обеспечению конечного потребителя готовыми изделиями. Все эти процессы в современном
понимании могут быть объединены под одним термином – логистика.
Логистика – стратегическое управление (менеджмент) материальными
потоками в процессе закупки, снабжения, перевозки и хранения материалов,
деталей и готового инвентаря (техники и проч.) [2]. Понятие включает также
управление соответствующими потоками информации, а также финансовыми
потоками.
К основным функциям логистики относятся: управление заказами; управление закупками; управление снабжением; управление сбытом; управление запасами; управление складами; управление взаимоотношениями с поставщиками и получателями продукции и услуг; контроль взаиморасчетов.
На основе вышесказанного целесообразно в рамках ИСУП функции логистики интегрировать в один контур, в рамках которого выделить следующие
модули [1]:
• управление договорами;
• управление снабжением;
• управление сбытом;
• поставщики, получатели;
• складской учёт;
• консигнация;
• давальческое сырьё.
Схема информационных потоков контура логистики и его взаимодействие с другими контурами и модулями ИСУП представлена на рисунке.
Поставщики
Контур
планирования и
управления
производством
Материальнотехническое
обеспечение
Контур бухгалтерского учета
Финансоворасчетные
операции
Контур логистики
Управление
заказами
Управление
производственной
логистикой
Управление
транспортом
Складской учет
Оприходование, отпуск,
внутренее перемещение, инвентаризация, переоценка,
списание (складские ордера)
Векселя и кредита
Контур
планирования
и управления
финансами
Управление
договорами
(договоры, соглашения,
календарные планы,
наряд-заказы, распоряжения на отгрузку)
Сбыт –
продажа МЦ,
оказание услуг
(счета, ТСД)
База данных
Управление
бюджетом
Платежный
календарь
Консигнация –
приём и отпуск
товара на реализацию (счета, ТСД)
Поставщики, получатели
Контроль поставок, отгрузок,
оплаты, штрафные санкции,
взаимозачеты, уступка долга
Рисунок – Схема информационных потоков контура логистики
Контур
бухгалтерского учета
Учет спецоснастки, спецодежды
Основные средства, нематериальные активы
133
Розничная
торговля
Снабжение –
закупка МЦ,
получение услуг
(счета, ТСД)
Касса
Получатели
134
Рассмотрим подробнее состав автоматизированных функций каждого модуля Контура логистики ИСУП.
Управление договорами. Модуль Управление договорами является ядром
Контура логистики ИСУП. В нем сосредоточена информация, необходимая менеджерам функциональных отделов производственных и торговых предприятий, основывающих свою деятельность на работе по договорам. Договоры и
контракты являются важными юридическими документами, регулирующими
взаимоотношения между субъектами хозяйствования и влияющими на их деятельность. Модуль Управление договорами предназначен для автоматизации
бизнес-процессов, связанных с заключением, исполнением и учетом договоров
и контрактов.
Управление снабжением. В данном модуле автоматизируются стандартные функции подразделения, отвечающего за закупки необходимых предприятию товаров и материалов, получение услуг.
Управление сбытом. В данном модуле ИСУП автоматизирован ряд универсальных задач, связанных со сбытом готовой продукции и оказании услуг.
Управление складским учетом. Ведение складского учета тесно связано с
решением задач управления снабжением и сбытом, а также учетом материалов
в производстве.
Поставщики, получатели. Данный модуль предназначен для контроля
расчетов с поставщиками и получателями по исполняемым документамоснованиям. Сальдо по взаиморасчетам можно рассчитывать как периодически,
путем формирования соответствующих отчетов, так и в оперативном режиме.
Консигнация. Управление операциями с консигнационным товаром имеет
свои особенности, поэтому функции учета приема и передачи товара на реализацию с регламентной отсрочкой платежа целесообразно вынести в ИСУП в отдельный модуль.
Давальческое сырье. Данный модуль предназначен для учета сырья, переданного для переработки сторонней организации, а также полученной от этой
организации готовой продукции.
Модуль Давальческое сырье оперирует с договорами на переработку (документ-основание), накладными на отпуск сырья, прием готовой продукции и
возврат неиспользованного сырья. По накладным на отпуск формируются расходные складские ордера, сырье закрепляется за обработчиком. По накладным
на прием и возврат – приходные складские ордера, сырье списывается с обработчика. Услуги, оказанные контрагентами, в том числе обработчиком, могут
вводиться во всех видах накладных.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Никитин А.В. Управление предприятием (фирмой) с использованием
информационных систем [Текст]: учебное пособие / А.В. Никитин, И.А. Рачковская, И.В. Савченко. − М.: ИНФРА-М, 2007. − 188 с.
2. Гаджинский А.М. Логистика [Текст]: учебник для высших и средних
специальных учебных заведений / А.М. Гаджинский. – 2-е изд. – М.: Информационно-внедренческий центр "Маркетинг", 1999. – 228 с.
135
УДК 536.21
ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЕ В ТЕПЛОНАПРЯЖЕННЫХ УЗЛАХ
АВИАЦИОННЫХ И КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
А.В. Латынин (ВГЛТА)
При создании современных авиационных и космических систем особое
внимание уделяется вопросам теплообмена [1]. Проектирование конструкций
авиационных и космических аппаратов, способных выдерживать аэродинамический нагрев при полете и входе в атмосферу, теплоизоляционных отсеков с
криогенными компонентами, компоновка электронного оборудования, усовершенствование систем рассеяния тепла – все это требует изучения теплообмена
между контактирующими поверхностями. По этой проблеме проведен большой
объем теоретических и экспериментальных исследований [2,3]. Вместе с тем
целый ряд вопросов из области контактного теплообмена остается неизученным. Так, часто встречающиеся в теплонагруженных конструкциях летательных аппаратов разъемные соединения, работающие в режиме малых усилий
прижима, экспериментально мало исследованы на предмет формирования контактного термосопротивления. Основываясь на физических положениях контактного теплообмена, можно полагать, что при транспортировке тепловых потоков через малонагруженные соединения в зоне контакта формируется достаточно высокое контактное термосопротивление (КТС), которое порождает значительный температурный перепад, приводящий к перегреву деталей или узлов
в рассматриваемых технических системах.
При проектировании таких систем возникает необходимость учета и регулирования контактных термосопротивлений (КТС) между поверхностями соприкасающихся деталей и узлов. В данном сообщении впервые решается вопрос регулирования КТС при контакте металлических поверхностей. На установке проведены исследования по изменению КТС в малонагруженных соединениях. Установка состоит из двух контактирующих металлических стержней,
один из которых является нагревателем, а другой холодильником. По пути следования теплового потока установлены 10 термопар, по пять на каждом стержне. Для нахождения КТС применялся метод, когда Rk=ΔTk/qcp, где тепловой поток qcp определялся по градиентам температур в стержнях. Температурный перепад в зоне контакта ΔTk находился из графика изменения температуры. Исследовалась зависимость КТС от нагрузки P (рис. 1 и 2).
Из приведенных данных видно, что введение в зону контакта мало- или
высокотеплопроводных заполнителей направленно регулирует процесс теплообмена через зону контакта.
© Латынин А.В., 2010
136
Рис. 1 – Зависимость Rk = f ( P ) для
пары из Л80 с поверхностями при
Rz = 4,5 − 6 мкм: 1–в зоне контакта
воздух; 2– асбестовая прокладка с
δ = 150 мкм; 3–тоже с δ = 80 мкм; 4–
порошковая окись магния.
Рис. 2 – Зависимость Rk = f ( P ) для
пары из Л80 с Rz = 1, 2 − 1, 6 мкм: 1–
порошок графита; 2–глицерин + 20%
графита по массе; 3–прокладка из
свинца с δ = 100 мкм; 4–воздух.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Лукас Дж. Теплообмен и тепловой режим комических аппаратов
[Текст] / Дж. Лукас. – М.: Мир, 1974. – 543 с.
2. Шлыков Ю.П. Контактное термическое сопротивление [Текст] / Ю.П.
Шлыков – М.: Энергия, 1977. – 328 с.
3. Мадхусудана К.В., Флетчер Л.С. Контактная теплопередача. Исследования последнего десятилетия [Текст] / К.В. Мадхусудана, Л.С. Флетчер // Аэрокосмическая техника. – 1987. – № 3. – С. 103-120.
УДК 007:65.01
К ЗАДАЧЕ УПРАВЛЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛЬНО ОПАСНЫМИ
ОБЪЕКТАМИ В НЕШТАТНЫХ СИТУАЦИЯХ С ПОМОЩЬЮ СИСТЕМ
НЕЧЕТКОГО ВЫВОДА
М.С. Чепелева (ВГАСУ)
Возникновение нештатной ситуации всегда связано с неопределенностью
пространства, времени, первопричин и внешних воздействий на систему. В потенциально опасных объектах последовательности операций в различных ситуациях четко определены регламентом и отрабатываются на учениях, доводя
действия оператора до автоматизма. Но возможно ли описать все варианты развития событий? Не будем забывать и про человеческий фактор. Подбору обслуживающего персонала, способного принимать мгновенные и адекватные
решения в экстремальных условиях всегда уделяется особое место. Не каждому
человеку по плечу ответственность за жизни людей и огромные материальные
ценности, которые необходимо сберечь в случае неизбежности развития катастрофы. Предположим, что оператор возьмет на себя такую ответственность. Но
возникает следующий вопрос: сколько времени ему отпущено на выход из этой
© Чепелева М.С., 2010
137
ситуации? Часы, минуты или доли секунды? В некоторых случая человек может
просто не успеть среагировать на возникшую опасность. Тогда подтверждается
известное правило: успех может быть достигнут только при четком взаимодействии автоматических средств защиты и лица, принимающего решения (ЛПР).
Отсюда возникает задача передачи части полномочий от ЛПР к автоматике, позволяющей моделировать действия человека в нештатных ситуациях. С одной
стороны это расширит возможности находить решения во множестве различных
аварийных ситуациях, а с другой – уменьшит влияние человеческого фактора.
Наряду с применением технических средств быстрого реагирования [1],
для построения такой системы предлагается использовать математический аппарат нечеткой логики.
Под нечеткой логикой понимают системы нечеткого вывода, которые успешно развиваются в управлении техническими объектами. Разработка и применение систем нечеткого вывода включают в себя ряд этапов [2]:
1. Формирование базы правил систем нечеткого вывода.
2. Фаззификация входных переменных.
3. Агрегирование подусловий в нечетких правилах продукций.
4. Активизация или композиция подзаключений в нечетких правилах продукций.
5. Аккумулирование заключений нечетких правил продукций.
6. Дефаззификация выходных переменных.
База правил систем нечеткого вывода предназначена для формального
представления эмпирических знаний или знаний экспертов. В системах нечеткого вывода используются правила нечетких продукций, в которых условия и заключения сформулированы в терминах нечетких лингвистических высказываний [3].
При формировании базы правил нечетких продукций необходимо определить: множество входных лингвистических переменных, множество выходных
лингвистических переменных и множество правил нечетких продукций. Отметим, что входная или выходная лингвистическая переменная считается определенной, если для нее определено базовое терм-множество с соответствующими
функциями принадлежности каждого терма [2].
Другими словами составляется база из множества правил типа если А –
то В. Причем все возможные А и В заранее определены. Очевидно, что нельзя
рассмотреть все возможные случаи. Допустим, мы определили как действовать
в ситуациях А1 и А2, но что делать в случае попадания между ними? Еще сложнее решается задача, если правила имеют вид если А и С – то В и D. Рассмотреть множество таких ситуаций просто невозможно. Именно для этого и используются функции принадлежности различных видов, с помощью которых на
дальнейших этапах будут проведены операции введения в нечеткость, агрегирование подусловий, активизация подзаключений, аккумулирование заключений и нахождения обычного (не нечеткого) решения. Таким образом, попадая в
любую ситуацию, система знает, как из нее выйти.
138
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Веселов В.Н. Дискретный управляющий клапан в составе АСР [Текст]
/ В.Н. Веселов //Промышленные АСУ и контроллеры.– М.: МИФИ, 2003, – №6.
2. Леоненков А. В. Нечеткое моделирование в среде MATLAB и
fuzzyTACH [Текст] / А. В.Леоненков – СПб.: БХВ – Петербург, 2005. – 736с.
3. Борисов В. В., Круглов В. В., Федулов А. С. Нечеткие модели и сети.
[Текст] / В.В. Борисов, В.В.Круглов, А.С. Федулов. – М.: Горячая линия – Телеком, 2007. – 284с.
УДК 519.816
УПРАВЛЕНИЕ НА ОСНОВЕ НЕЧЕТКОЙ ЛОГИКИ
Е.А. Бражникова, А.Д. Данилов (ВГЛТА)
Особенностями управления в наши дни являются крупномасштабность,
многогранность, изменчивость и трудность прогнозирования по накопленным
данным. Поэтому с теорией нечетких систем как с методологией связывают
большие надежды на повышение точности расчетов и эффективности бизнеса,
управления. С помощью этой теории можно имитировать интеллектуальную
деятельность, по сути сходную с деятельностью человека, путем моделирования разноплановых и сложных объектов, используя неполную информацию об
объектах, и создания правил на естественном языке на основе знаний и опыта
экспертов. При планировании, принятии решений и управлении используются
методы на основе нечеткой логики. Рассмотрим некоторые из них [1].
Для различных областей производства и бизнеса удобно иметь базы данных, в которых систематически накапливается и упорядочивается информация.
При этом в области гуманитарного интерфейса, имеющего непосредственное
отношение к человеку, появляется много нечетких данных. Для конструктивного и эффективного использования этих данных требуются и уже предлагаются
базы нечетких данных. Такие базы часто применяются в системах принятия решений на различных уровнях управления и руководства.
Качественные модели, представляющие на макроуровне с помощью графов крупные и сложные системы для решения различных задач планирования в
областях организации производства и бизнеса на всех уровнях управления, называются структурными моделями. Они используются для анализа, проектирования и решения задач организации и планирования, однако, из-за того, что узлы графа и отношения между узлами представляются двузначной логикой (О и
1), эти модели трудно согласовать с реальными условиями, поэтому предусматривается формирование нечетких моделей путем замены двузначной логики
функциями принадлежности.
Для прогнозирования и других проблем планирования в бизнесе и производстве на базе данных, полученных от специалистов, можно построить нечеткие регрессионные модели. В этом случае в качестве коэффициентов модели
используются нечеткие числа. Иногда рассматривается модифицированный метод, учитывающий нечеткости в данных и указывающий их вероятность. При
© Бражникова Е.А., Данилов А.Д., 2010
139
использовании метода групповой обработки данных, основанного на принципах
эвристической самоорганизации по данным ввода-вывода, параметры модели
отождествляются с нечеткими числами, а моделирование выполняется для нечетких явлений и систем.
Для планирования и принятия решений на различных уровнях в экономике и управлении часто применяют методы математического планирования, используя строгие целевые функции и ограничения. Однако в реальных задачах
целевые функции, представляющие прибыль или убытки, и ограничения, определяющие, например, сумму инвестиций, оставляют определенную свободу
выбора, и часто введение нечеткостей упрощает их представление. Известно
несколько методов нечеткого математического планирования, которые позволяют адекватно представить реальную ситуацию. Метод нечеткого многоцелевого планирования помогает получить решение, удовлетворяющее многим противоречащим друг другу целям. Метод статистического принятия решений используется в случае выбора оптимальных действий среди нескольких из них,
полученных при принятии различных решений в экономике. При этом вычисляются ожидаемые эффекты от каждого действия и определяется действие с
максимальным значением эффекта.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Прикладные нечеткие системы [Текст] / К. Асаи, Д. Ватада, С. Иваи и
др.; / пер. с японск. под редакцией Т. Терано, К. Асаи. – М.: Мир, 1993, 368 с.
УДК 551.509
АНАЛИЗ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПРОГНОЗА
СИНОПТИЧЕСКОГО ПОЛОЖЕНИЯ
А.Д. Данилов (ВГЛТА), А.В. Пилеич (КВВАУЛ(ВИ))
Прогноз синоптического положения заключается в прогнозе перемещения
и эволюции барических образований, воздушных масс и атмосферных фронтов. Он
может осуществляться несколькими методами:
численными (гидродинамическими, динамико-статистическими, синоптикогидродинамическими), базирующимися на решении уравнений гидродинамики и термодинамики атмосферы;
физико-статистическими;
экстраполяционными, в которых ожидаемое значение метеорологической величины находится по предыдущему ее изменению [1].
С помощью численных методов получают прогностические карты метеорологических полей (давления, геопотенциала, температуры, вертикальных движений и
др.), которые служат основой прогноза синоптического положения у земли и на высотах. Для уточнения мезомасштабных деталей атмосферных процессов по району базирования, при прогнозировании в горах, у обреза карты, а также при отсутствии
предвычисленных карт используют физико-статистические и экстраполяционные методы [2]. Сравнительная характеристика вышеперечисленных методов приводится в
таблице.
© Данилов А.Д., А.В. Пилеич, 2010
Таблица
Сравнительная характеристика математических методов,
используемых для прогноза синоптического положения
Основные модели
Параметры модели
Достоинства и недостатки
1
2
3
4
а) Гидродинамическая
Использование решений системы уравнений гидродинамики и термодинамики
атмосферы. В качестве исходных данных
служат начальные поля метеовеличин.
Исходные данные: поля давления, температуры, влажности и т.д.[3]
б) Динамикостатистическая
Использование статистических данных
динамики процессов эволюции синоптических процессов – правило ведущего
потока. Основные параметры – направление и скорость ветра на высотах изобарических поверхностей АТ700, АТ500, и
соответствующие коэффициенты [2]
Наряду с выводами гидродинамической
теории изменения метеовелечин, реализуются различные эмпирические правила
и процедуры из синоптической практики.
(Данные о пространственной структуре
барических образований, таких как: кривизна изобар, положение изаллогипс,
значения роста и падения давления, расстояние от центров барических образований, до центров роста или падения
давления и т.п.)
Данные способы не очень успешно
позволяют предсказывать моменты
перестройки барического поля и
резкого изменения характера атмосферных процессов, а именно последние чаще всего приводят к неудачным прогнозам
Данный способ является очень
удобным для прогнозов сроком до
3 суток. Для увеличения срока прогнозов требуется большое построение соответствующих полей изобарических поверхностей на необходимые сроки
Т.к. модель является сочетанием
гидродинамической и синоптической моделей, точность конечного
результата является более высокой
Численный
в) Синоптикогидродинамическая
140
Метод
1
2
Физико-статистический
Экстраполяционный
а) Линейная
4
В качестве основных способов прогнозирования используются статистические
данные. Исходные данные: статистическая выборка прогнозируемых величин,
атмосферного давления, температуры,
влажности, количества осадков, направления и скорости ветра.
Проводится с использованием 2 карт
приземного анализа или высотного барического поля. Прогнозируемый результат
основывается на линейной прогрессии
или регрессии. Исходные данные: скорость и направление перемещения, тенденция развития барических образований, значения давления, геопотенциала
[1]
Проводится с использованием 3 и более
карт. Исходные данные аналогичны линейной экстраполяции. Используется когда изменения прогнозируемых величин
за предшествующие сроки проходило не
линейным образом
При малом количестве выборки,
качество получаемого результата
снижается. Позволяет осуществлять прогнозирование на долгие
сроки, включая многолетнее изменение климата в общем
Линейная экстраполяция при постоянной скорости дает удовлетворительные результаты при прогнозе
на срок до 24 часов. В случаях резкого перестроения барического поля возникают большие ошибки
Дает положительные результаты на
сроки прогноза 6-12 часов. В случаях резкого перестроения барического поля возникают большие
ошибки.
141
б) Нелинейная
3
142
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Баранов А.М. Авиационная метеорология [Текст] / А.М. Баранов, С.В.
Солонин. – М., Воениздат, 1984.
2. НАМС-86. – М.: Воениздат, 1987.
3. Методические рекомендации метеорологическим подразделениям
авиации Вооруженных Сил СССР. -М.: Воениздат, 1986.
4. Руководство по краткосрочным прогнозам погоды. Ч I. – Л.: Гидрометеоиздат, 1986. – 702 с.
Матвеев Л. Т. Основы общей метеорологии. Физика атмосферы,
5.
СПб, Гидрометеоиздат, 2000. — 751 с.
РАЗДЕЛ IV МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ
В ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
УДК 684.4:87.7
АРАБСКИЙ ОРНАМЕНТ МЕБЕЛИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕХНОЛОГИЙ
ШЕЛКОГРАФИИ
НАМИР КАСИМ ХАЛАФ (Ирак)
В искусстве Арабского Востока декоративность приобретала особенно яркие и своеобразные черты, став основой образного строя живописи и породив
богатейшее искусство узора, обладающего сложным орнаментальным ритмом и
часто повышенной колористической звучностью. В тесных рамках средневекового мировоззрения художники Арабского Востока нашли свой путь воплощения богатства окружавшей их жизни. Ритмом узора, его «ковровостью», тонкой
пластичностью орнаментальных форм, неповторимой гармонией ярких и чистых красок они выражали большое эстетическое содержание
Орнамент — одна из важных дисциплин художественного образования на
всех уровнях. Между тем в определении феномена орнамента до сих пор действуют дефиниции, сводящие его к внешним проявлениям, к прикладной функции украшения чего-либо. Как явление духовное, в аспекте мировой культуры,
орнамент мало изучен. Его эстетические, художественные качества ставятся в
зависимость от назначения, формы, материала вещи. Генезис орнамента сводится к древним технологическим процессам, в конечном счете — к материальным, утилитарным потребностям человека. Такой подход вырабатывает потребительское отношение к орнаменту, бездумное, формальное его использование.
Орнамент — базисное явление художественной культуры. Орнамент как
искусство, как знак, как символ существует уже более тысячи лет. Он один из
древнейших видов изобразительной деятельности человека, в далеком прошлом
несший в себе символический и магический смысл, знаковость. Стремление украсить свое жилище свойственно человеку любой эпохи.
Однако декоративные изделия демонстрируют не только эстетический вкус
© Намир Касим Халаф, 2010
143
и фантазию художника. В них, как и в произведениях других видов искусства,
отражаются материальные и духовные интересы людей. И хотя изделия прикладного искусства создает художественная промышленность, они в значительной мере сохраняют национальные особенности. Все это позволяет говорить о том, что в декоративном искусстве определенной исторической эпохи
ярко выражены черты стилевого единства, например, период готики, модерна,
классицизма и др.
Один из видов изобразительной деятельности – это шелкография. Шелкография, т.е. шелкографическая печать может осуществляться по самым разнообразным материалам и поверхностям - бумаге, картону, древесине, стеклу,
металлу, лакированным поверхностям, пленкам, пластмассам. Поэтому современная шелкография помимо собственно полиграфии, получила самое широкое распространение в производстве разнообразных технических и потребительских товаров: печатные платы для электронных приборов, сигареты, авторучки, бутылки и флаконы, посуда, керамическая плитка, панели приборов,
обои, игральные карты, часы, каминные полки, автомобильные стекла, подносы, зонты, сувениры, картонная упаковка, дорожные знаки, постеры для наружной рекламы, вывески, растяжки и т.д., включая изделия арабской мебели.
От других способов печати шелкография отличается сравнительной простотой процесса и применяемого оборудования и, как производственный процесс, особенно эффективна при выполнении малых и средних тиражей арабской мебели и мебельных орнаментов деталей.
При сохранении исходных принципов техники и технологии, постоянный и
быстрый прогресс в шелкографии характеризуется:
расширением областей применения,
освоением новых декоративных эффектов,
совершенствованием оборудования и технологии,
расширением ассортимента применяемых красок и красящих паст.
В шелкографии сейчас применяется большая номенклатура высокопрочных красящих материалов: краски на основе летучих растворителей, масляные
краски, краски на водной основе, двухкомпонентные полимеризующиеся краски, краски ультрафиолетового (UV) отверждения, ПВХ пластизоли и т.д. В
современном арсенале шелкографических материалов имеются краски обеспечивающие реализацию специальных эффектов (флуоресцентные, фосфоресцентные и радужные краски, металлоэффект, зеркальный и глиттерный эффекты), а также краски с особыми тактильными свойствами и даже краски со специальным запахом. И этот ассортимент постоянно пополняется. Современные
шелкографические краски по прочности и долговечности соответствуют требованиям, предъявляемым к поверхностям арабский мебели.
Как правило, для того что бы перекрыть цвет подложки используются
краски с высокой укрывистостью. Шелкографическое изображение может быть
нанесено в одну или в несколько красок, или оттенков одной краски, включая
получение полноцветных изображений с высоким разрешением. Шелкографическое изображение может быть нанесено как на готовые детали арабской мебели, так и на бумажные или полимерные пленки, которыми впоследствии эти
144
изделия арабской мебели будут облицованы.
Для арабского орнамента мебели шелкография является весьма сильным
декоративным приемом. Методом шелкографии можно имитировать на поверхностях арабский мебели накладной декор, интарсию, резьбу и т.д.. Однако, можно не только использовать художественные приемы, разработанные
для классической арабский мебели, но и создавать самостоятельные изображения, связанные с общим художественным решением (дизайном) изделия и не
обязательно "под орех".
Шелкография может применяться практически для любых видов и элементов арабский мебели - корпусной мебели, решетчатой мебели - столов и стульев, мягкой арабский мебели, детской, офисной мебели и др., включая декорирование кожи, ткани, металла, пластмасс и стекол, а также окон и межкомнатных и входных дверей, стеновых панелей и т.д.
С помощью шелкографии можно создавать гарнитурные изделия арабский
мебели, распологая изображения, связанные общим художественным замыслом (дизайном), на дверки, столешницы, обивку мягкой арабский мебели и
стульев, обои, стеновые панели, занавеси и т.д.
Это могут быть живописные мотивы, геометрические рисунки, орнаменты,
вензеля и логотипы и т.д., вплоть до персонифицированных изделий.
В 70 - 80 г.г. прошлого века техника шелкография была еще относительно
примитивна, однако была уже довольно популярна у арабких мебельщиков.
Потом шелкография стала несколько забываться. Падение интереса к шелкографии было связано с периодом освоения большой гаммы новых выразительных средств, сдавших доступными по импотрту - высококачественных декоративных пленок, лицевой фурнитуры, лаков, эмалей, натурального шпона,
плит МДФ и т.д., а также с закупкой оборудования для фасонной обработки
древесины. Интерес к мебельной шелкографии вновь возрастает, в т.ч. и у
крупных производителей. Например, шелкография широко используется в новых изделиях шатурской и сходненской мебельных компаний.
Об арабской мебели в России известно мало, а она заслуживает внимания!
Основной поставщик арабской мебели - это Сирия и Египет. Прекраснейший
образчик мебельного искусства… Волшебство и сказку, которой обладает арабская мебель, нельзя сравнить ни с роскошью Италии, ни с безумной расточительностью Франции, ни с прагматизмом Японии и Китая. Витиеватость тончайших узоров, выполненных в виде мозаики, заставят засмотреться даже самых искушённых.
Привлекательность современной шелкографии для арабскии мебельщиков
и краснодеревщиков состоит в возможностях увеличения ассортиментного
разнообразия при относительно небольших капитальных затратах и текущих
расходах. Конечно, это не означает, что нужно немедленно шелкографировать
все производимые фасады. Напротив, может быть иногда интереснее нанести
изображения на задние стенки, стекла, пилястры, карнизы и др. вспомогательные детали. В дизайне нужен творческий и профессиональный подход, работа
с архитектурой, цветом и фактурой изделия, а также понимание возможностей
и ограничений конкретной технологии.
145
В декорировании существует железный закон: чем сильнее декоративный
прием, тем квалифицированее и аккуратнее должно быть его применение. От
образа - к рисунку, от рисунка - к линии, от линии к точке. Только при условии
высоких уровней художественной убедительности и технического исполнения
вы сможете поразить, а, следовательно, и завоевать покупателя.
Шелкография, как метод декорирования арабской мебели, популярна в Италии и Испании. Шелкография в мебельном производства распространяется в
Арабских странах
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Аверьянов В.В. Шелкография: практическое пособие по трафаретной
печати [Текст] / В.В. Аверьянов. – М. Издательский дом «ГАММА», 1998. –
110 с.
2. Баканова М. В., Заховаева А. Г. Орнамент в визуальной культуре Ислама. http://www.assalam.ru/269/11-s.shtml
3. Веймарн Б. Искусство арабских народов [Текст] / Б. Веймарн, Т. Каптерева, А. Подольский. – М., 1960.
4. Потапов Ю. Мир трафаретной печати: практическое пособие [Текст] /
Ю. Потапов, У. Потапова, 2001. – М. : изд -во Гелла-Принт. – 112 с.
УДК 684.4:87.7
АРАБСКИЙ ДИЗАЙН МЕБЕЛИ И ИНТЕРЬЕР КВАРТИРЫ
НАМИР КАСИМ ХАЛАФ ( Ирак)
Интерьер как эстетически осмысленное пространство следует рассматривать в тесной связи с человеком и предметным миром. Поэтому под интерьером
мы подразумеваем комплекс предметно-пространственной среды, окружающей
человека в повседневной жизни.
Арабские интерьеры должны оборудоваться мебелью по принципу комплексной организации пространства, в соответствии с которым предмет становится частью ансамбля. Современному арабскому интерьеру присущи такие качества, как простота, функциональность, эмоциональная выразительность, художественно-композиционная цельность. Эти качества достигаются рациональностью планировки, созданием комфортного микроклимата (теплового,
воздушного и влажностного), оптимального светового и шумового режима, рациональным размещением оборудования, цветовым решением, учитывающим
психофизиологическое воздействие цвета на человека.[1]
Интерьер в арабском стиле отличается необычностью, запоминающимся
деталями, специфическими решениями, богатством цвета и роскошью материалов. Несмотря на то, что арабский стиль используется в интерьерах во всем мире, все же он основан на традициях ислама, обычаях, принципах жизненного
уклада и быта арабских стран.
© Намир Касим Халаф, 2010
146
Основной особенностью интерьера в арабском стиле является специфическая вязь арабских орнаментов (арабесок), которые представляют собой совокупность строгих геометрических фигур, украшенных растительными мотивами. Выполняются арабески посредством мозаики или росписи на оштукатуренных стенах или сводчатых потолках.
Мебель является необходимым элементом интерьера и зависит прежде
всего от назначения помещения и его планировочного решения. Меблировка
жилой квартиры отличается от меблировки помещений учебных заведений или
больничной палаты. Поэтому художник-конструктор на стадии предпроектных
исследований должен тщательно изучить трудовые и бытовые процессы, протекающие в помещении, для которого предназначено изделие, установить их
взаимосвязи, требования человека к пространственной организации интерьера и
перспективы его развития. Проектируя арабскую мебель в жилом интерьере,
необходимо учитывать существующие и перспективные типы жилища и установить направления их развития. Этими проблемами занимается демография,
связанная с требованиями к современному жилищу.
Исследованиями установлены характеристика типов и разновидностей
семей (по полу, возрасту, родственным отношениям), процентное соотношение
семей различного состава, динамика развития семьи и зависимость между типом семьи и требованиями к структуре квартиры семей различной численности.
Эти данные позволили научно обосновать основной типаж и набор квартир (по
числу комнат и площади) для семей различного демографического состава.
Удобство и комфортабельность квартиры зависят также от того, насколько учтены при проектировании бытовые процессы семьи, их цикличность, продолжительность, необходимый комплект предметов и оборудования, Проводимые в этой связи исследования дали ценный материал для современного жилого строительства и обеспечили возможность прогнозирования на ближайшие 10
лет [1].
Основной тип домов, строящихся в настоящее время,- это дома с квартирами для семей из трех-шести человек, составляющих основной контингент населения города. Семьи из двух человек составляют 20 %, а одиночек – 10 %
общего количества городских семей.
По числу комнат все современные квартиры делятся на пять основных
типов: одно-, двух-, трех-, четырех- и пятикомнатные, а по характеру планировочных решений на пять групп: 1) квартиры с санитарными узлами, расположенными при входе в квартиру; 2) квартиры с санитарными узлами, расположенными в глубине квартиры; 3) квартиры с проходной ванной (душевой) комнатой; 4) квартиры с проходной кухней; 5) квартиры с кухнями-нишами. Кроме
того, трех-, четырех- и пятикомнатные квартиры в ряде конструкций домов
(коридорных, галерейных, галерейно-секционных) могут выполняться на двух
уровнях - двухъярусные квартиры [1].
Динамика развития семьи и изменение требований к жилищу требуют перераспределения отдельных помещений квартиры между членами семьи, вызванного главным образом стремлением увеличения количества спальных комнат. В связи с этим появились квартиры со свободной планировкой, предусмат-
147
ривающей периодическую трансформацию квартиры. При свободной планировке сборно-разборные передвижные объемные или плоскостные перегородки
устанавливают в свободном от внутренних стен пространстве и перемонтируют
по мере необходимости без нарушения целостности капитальных ограждений.
В оборудовании основная роль отводится встроенной мебели (шкафным
и раздвижным перегородкам), являющейся основным элементом, организующим интерьер квартиры со свободной планировкой.
В современном жилом арабском интерьере можно проследить принципы
зонирования и организации пространственных связей. Принцип зонирования
заключается в создании в помещении системы функциональных зон - отдыха,
работы или занятий, приема пищи и других, оборудуемых группой мебели соответствующего назначения. При этом учитывается характер взаимодействия
как внутри, так и между группами мебели, определяются функциональные размеры изделий, размеры проходов и границы движения людей, площади, занимаемые мебелью в плане и по фронту, оптимальные зоны обзора, эксплуатации
и т. д.
Прием комплектования квартиры функциональными группами создает
возможность индивидуального подхода к организации жилища.
Арабские жилые помещения оборудуются как отдельными изделиями
арабского дизайна мебели, так и группами изделий (наборами, гарнитурами).
Набор - группа изделий арабский мебели для обстановки квартир или зон
определенного функционального назначения (наборы для однокомнатной квартиры, рабочей зоны комнаты и т.д.). К наборам относятся также группы однотипных изделий мебели, не обеспечивающих полностью обстановку жилых
комнат квартир, помещений или зон, но объединенных общими конструктивнотехнологическими признаками (набор корпусной мебели). Гарнитур представляет собой группу мебели, предназначенную для обстановки определенной зоны помещений (спальни, столовой и т.п.).
Жилые помещения можно оборудовать набором, изготовленным в едином стиле, цвете и материале для обстановки всех комнат индивидуального дома, квартиры. В другом случае возможны наборы, рассчитанные на каждую
комнату отдельно. Наконец, могут быть наборы для оборудования отдельных
зон в общей комнате, например обеденной зоны, зоны отдыха, рабочей зоны,
для сна и т.д.
Выбор требуемого варианта зависит, например, от возможности изменения меблировки жилых комнат путем дополнения к имеющимся отдельных недостающих предметов мебели, переустройства квартиры из-за изменения состава семьи и т.д.
148
Таблица 1
Примерный состав мебели и оборудования для квартиры
Наименование
Для передней (прихожей)
Вешалка с зеркалом
Банкетка
Секция для обуви
Для спальных комнат
На одного человека
Кровать одинарная или диванкровать
Тумба для постельных
принадлежностей
Стул или банкетка
Шкаф для платья
На двух человек
(супругов)
Кровать двойная или две
одинарные
Тумбы или полки прикроватные
Стол или тумба туалетные
Стул или банкетка
Стол рабочий, шкаф для платья
или белья
На двух человек
(подростков)
Кровать одинарная
Тумба для постельных
принадлежностей
Стол рабочий
Шкаф для платья
Стул или банкетка
Для общей комнаты
Обеденная зона
Стол обеденный
Шкаф для посуды (буфет, горка,
сервант]
Стулья, диваны
Зона для отдыха
Состав малый
Диван или диван-кровать
Тумба для телевизора
Состав большой
Стол журнальный
Кресла для отдыха
Тумба для телевизора
Кол-во
1
1
1
1
1
1
1
1
2
1
1
1
2
1-2
2
1
2
1
1
6-8
1
1
1
2
1
Наименование
Зона для занятий школьника
Стол рабочий или секретер
Полки книжные
Стул
Рабочая зона для взрослого
Стол рабочий
Кресло рабочее
Шкаф универсальный
Для кухни
Состав малый
Шкаф-стол под мойку
Шкаф-стол рабочий
Шкаф навесной для сушки
посуды
Шкаф навесной для продуктов
Подставка под холодильник
Стол обеденный
Табурет
Состав большой
Шкаф-стол под мойку
Шкаф-стол рабочий
Шкаф-стол для кастрюль
Шкаф навесной для сушки
посуды
Подставка под холодильник
Шкафы навесные для продуктов
Стол обеденный
Табурет
Для террасы
Набор для прихожей
Зона для отдыха (большой
состав)
Стол-шкаф с выкатным ящиком
для твердого топлива
Для ребенка дошкольного
возраста
Стол
Стул
Кровать
Ящик для игрушек
Шкаф для книг и настольных
игр
Кол-во
1
1-2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
4-6
11
1
1
1
1
1
2-4
1
4-6
1
1
1
1-2
1
1
1
149
Примерные составы наборов мебели для оборудования комнат и зон различного назначения приведены в табл. 1, составы наборов мебели и оборудования для квартир – в табл. 2.
Таблица 2
Традиционный состав мебели и оборудования для арабских квартир
Передвижной чайный столик, шкаф для посуды, места
для сидения
Курительный столик, шкаф для трубок, шкаф для табачных изделий и приборов
Беседа
Место у камина, широкие и глубокие кресла или диван, столик, тумба для видео-, аудиоаппаратуры
Игры
Для детей низкие стулья, столы, шкафы для игрушек,
коврик
Рабочий стол, швейная машина, шкаф для белья, коробка для лоскутов
Место для завтрака в восточной части дома у террасы
или между спальнями
Рукоделие
Завтрак
Обед
Письменные
занятия
Чтение
Обеденный стол со стульями, буфет
Будуар
Курительная
Гостиная
Общие коьаеы
Диван, низкий стол, удобные кресла, тумба под ТВ
Наименование
Гостиная
Детская
Хозяйственное
помещение
Комната
для завтрака
Столовая
Письменный стол, рабочее кресло, кресло для посетителей, шкаф для деловых бумаг, корзина для бумаг
Кабинет
Книжные шкафы или полки, глубокие кресла с высокой спинкой
Библиотека
Столовая
Чаепитие
Курение
Необходимая мебель и оборудование
Рабочие
комнаты
Функция
Отдых
Предметы арабской мебели и оборудования предназначены обеспечивать
комфортные условия для осуществления основных функций семейной жизни и
быта семьи в квартире или жилом доме.
В общем виде все виды арабского дизайна мебели и оборудования, функциональных плоскостей и емкостей должны соответствовать эргонометрическим характеристикам человека и обеспечивать максимальное удобство для использования в соответствии с их функциональным назначением.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Покатаев В.П. Интерьер и оборудование квартиры: практическое пособие [Текст] / В.П.Покатаев. Изд.2-е, перераб. – Ростов н/Д: Феникс, 2005. –
416 с.
2. Как создать арабский стиль в интерьере. http://shkolazhizni.ru/
archive/0/n-21347/
150
УДК 684.4:87.7+684:65.011.54/.56
АРАБСКИЙ ДИЗАЙН И ЦИФРОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ УПРАВЛЕНИЯ
СОЗДАНИЕМ ИНТАРСИИ ПО ДЕРЕВУ
НАМИР КАСИМ ХАЛАФ( Ирак), В. М. Бугаков (ВГЛТА)
В последние годы в арабской мебельной промышленности произошли
большие изменения в результате технического перевооружения, реконструкции
действующих предприятий и строительства новых фабрик и комбинатов. На
крупных предприятиях внедрены поточные линии по изготовлению отдельных
деталей и узлов, сборке и отделке готовых изделий. Расширено производство мебели из унифицированных элементов, деталей гнутоклееных и гнутопропильных,
а также спрессованных из измельчённой древесины.
Современная арабская мебель для жилых и других помещений должна соответствовать следующим требованиям: функциональным, эргономическим, гигиеническим, эстетическим, технологическим, экономическим и требованиям
прочности, надежности и долговечности. По степени соответствия этим требованиям определяют потребительные свойства и качество мебели. Требования,
предъявляемые к арабской мебели, могут быть дифференцированы в зависимости
от ее вида и назначения.
Эстетические требования. Мебель – не только предмет утилитарного назначения, она также украшает жилище. Мебель должна иметь красивый внешний
вид, правильно выполненные плавные очертания, гармоничное соотношение отдельных предметов. Эстетические свойства мебели зависят также от наличия
различных дефектов древесины, качества отделки и обработки. На мебели не
должно быть дефектов, ухудшающих внешний вид.
Технологические требования предусматривают возможность снижения материалоемкости и трудоемкости единицы готовой продукции, применения современных способов производства, их механизации, сокращение ручного труда.
Экономические требования. Сводятся к снижению себестоимости и цены
готовой мебели, с тем чтобы она была доступна для широких слоев населения.
Мебель является предметом длительного пользования, поэтому требования
к прочности, надежности и долговечности ее имеют первостепенное значение.
Надежность и долговечность мебели зависит от конструкции, свойств исходных материалов, технологии изготовления, ремонтопригодности, а также от
сопротивления покрытий истиранию, воздействию света, температуры, кислот,
щелочей, спирта и других химических веществ.
В настоящее время наблюдается большой интерес к деревянной мозаике.
Мозаика из дерева обладает высокими декоративными качествами. Теплотой цвета древесины, богатейшим природным рисунком, мягкими благородными тонами
она приковывает внимание людей, доставляя большое эстетическое наслаждение.
В настоящее время наибольшее применение получила техника маркетри.
Она имеет целый ряд преимуществ перед другими способами изготовления моза© Намир Касим Халаф, Бугаков В. М., 2010
151
ичных наборов. Именно в шпоне в полной мере проявляются особенности древесины как декоративного материала, красота текстуры. В то же время шпон – наиболее доступный материал.
Техника маркетри проста, не требует применения сложного инструмента.
Процесс изготовления деталей мозаики может быть механизирован, что позволяет
организовать серийный выпуск изделий. Вместе с тем, благодаря разнообразию
текстуры и цвета древесины, при одном и том же рисунке набора каждое изделие
оригинально.
В технике маркетри можно создавать простые орнаментальные украшения
для мебели и других деревянных изделий и сложные тематические композиции
для украшения интерьеров жилых помещений.
Для выполнения мозаичных работ в технике маркетри применяют все породы древесины в виде строганого или лущеного шпона. Шпон для мозаики должен
быть более сухим (абсолютная влажность 4– 6%), чем для облицовывания, что
предотвращает появление трещин в шпоне после приклеивания набора.
Художественные достоинства мозаичного набора во многом зависят от правильного использования природных декоративных свойств древесины – ее текстуры, цвета, блеска.
Маркетри – вид мозаики по дереву, при котором мозаичный набор выполняют из кусочков шпона разных пород древесины. Элементы мозаики врезают в
шпон, служащий фоном, закрепляют бумагой, смазанной клеем, и вместе с фоном
наклеивают на поверхность изделия
Интарсия ∗ (маркетри) является одним из старейших и сильных приемов художественного оформления мебели, интерьеров, сувениров и др. товаров народного потребления и ее использование существенным образом влияет на цену продукции. Сфера применения интарсии в мебели может быть сколь угодно широкой,
включая стулья и мягкую мебель. Но интарсия - трудоемкий процесс, требующий
художественного чутья, хорошего зрения, твердой руки и длительного навыка.
Однако технический прогресс остановить трудно, и новые технологии постепенно внедряются и в художественную практику.
В резчицком деле основным инструментом был и останется набор острых
стальных резцов. Тем не менее к ним уже давно добавились высечные штампики
(die-cuts), ленточные и лобзиковые электропилы, граверные пневматические и
электрические бормашинки. Но 21-е столетие, - это век цифровых технологий.
И они уже начинают применяться в технике интарсии [ 2 ].
В классической интарсии для выборки отверстий под вставку цветного металла, дерева и т.п. вполне могут быть использованы фрезерные станки с числовым программным управлением.
Они становятся доступными даже для домашнего использования.
Небольшой настольный обрабатывающий CNC центр имеет размеры принтера и
продается в США .
∗
Интарсия (маркетри) - от итал. intarsio — инкрустация вид инкрустации на мебели и других
деревянных предметах; фигурные изображения или узоры из пластинок дерева, разных по
текстуре и цвету, врезанных в деревянную поверхность.
152
То, что не всегда может дорезать станок (острые углы), вполне можно дорезать вручную.
Арабская фирма, которая использует CNC (ЧПУ), рекомендует его для изготовления фасадов мебели, крышек столов, дверей и панелей, именных табличек
для кабинетов и т.п. Конструктивно он представляет собой своего рода плоттер,
имеющий рабочий стол, снабженный передвигающейся над ним травесой с ножевой режущей головкой, управляемой компьютером.
Лист шпона укладывается на стол и фиксируется вакуумом, после чего станок работает в автоматическом режиме, пока не будет завершена вырезка необходимых фигур. При этом система работает с минимальными усилиями резания, что
исключает сколы, и с филигранной точностью.
Станок снабжен лазерным целеуказателем для определения наиболее интересной начальной точки обработки, выбираемой с учетом рисунка шпона. На этом
рисунке показано, как при помощи целеуказателя небольшой сучок, имеющийся
на поверхности шпона, используется в качестве глаза птицы в изготавливаемом
рисунке.
Данные станки могут также использоваться для изготовления архитектурных макетов зданий и сооружений, пазлов, моделй и т.д. из картона, пластика и
т.п.
Прогресс, достигнутый в лазерных технологиях, делает их легкодоступными даже для самого малого бизнеса, в т.ч. для резания дерева и шпона. Компактные и экономичные лазеры сейчас широко представлены на рынке и уже применяются в технике маркетри за рубежом [ 3].
Еще одним направлением, давно опробованным в обработке древесины, является резка водяной струей. Вода подается в режущее сопло под высоким давлением и выбрасывается из него тонкой струей с большой скоростью.
Достоинством цифровых технологий является возможность сканирования;
импорта и экспорта готовых рисунков.
Подготовить макет для интарсии можно, например, в графическом редакторе Corel Drow. Существуют компьютерные программы для преобразования
цветных фотографий и рисунков в черно-белые линейные изображения [3].
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Буглай Б.М. Технология изделий из древесины: учебник для вузов
[Текст] / Б.М. Буглай, М.А. Гончаров. – М.: Лесн. пром – сть, 1985. – 408 с.
2. Стивенс Дж. Искусство интарсии: практическое руководство [Текст]/
Дж. Стивенс // Пер.с англ. - М.: изд–во «Ниола-Пресс», 2007. – 128 с.
3. Тредголд Л. Маркетри: практическое руководство [Текст] / Л. Тредголд. – М.: изд-во «Ниола 21-й век», 2007. – 120 с.
153
УДК 684:658.512
ПОСТРОЕНИЕ ЭКОНОМИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
ПЛАНИРОВАНИЯ МЕБЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
А.Д. Данилов, О.А. Денисова (ВГЛТА)
Экономические явления и процессы моделируются с использованием
математических моделей, которые представляют собой описание физического
явления или процесса с помощью математических выражений.
Ориентирами для деятельности мебельного предприятия являются его
планы: план производства, план реализации продукции, план развития и т.д.
Производственная программа является одним из таких планов, который отражает основные направления и задачи развития в плановом периоде, производственно-хозяйственные связи с другими предприятиями, профиль и степень
специализации производства.
При подготовке плана мебельного производства обычно рассчитывают:
1. Объем производства каждой товарной позиции в натуральном выражении, который определяется по формуле
Nпр. = Nпост. – Он.скл. + Ок.скл. + Nвн,
где Nпост – объем поставки мебели в натуральном выражении;
Он.скл. и Ок.скл – остатки данных изделий на складе готовой продукции на начало и конец планового периода; При этом остатки готовой продукции на складе на начало планового периода рассчитываются на основании фактических
остатков изделий на момент расчета, а также прогноза их производства и отгрузки с момента расчета до начала планового периода.
Остатки готовой продукции на складе на конец планового периода устанавливаются в зависимости от прогноза сбыта продукции в следующем плановом периоде.
Nвн – количество изделий для внутреннего потребления.
2. План реализации (сбыта) мебельной продукции.
1. Объем реализованной продукции в плане определяется как стоимость предназначенных к поставке и подлежащих оплате в плановом периоде:
готовых изделий, полуфабрикатов собственного производства, работ промышленного характера, предназначаемых к реализации на сторону, а также продукции и работ для своего капитального строительства и непромышленных хозяйств, находящемся на балансе Вашего предприятия.
2. При расчете реализуемой продукции Вы должны учитывать остатки
нереализованной продукции и их изменение на начало и конец планируемого
периода. Остаток нереализованной продукции к началу периода состоит:
a) из остатка готовой продукции на складе и в неоформленных отгрузках;
б) товаров отгруженных, по которым не наступил срок оплаты;
в) товаров отгруженных, но не оплаченных в срок покупателями;
г) товаров на ответственном хранении у покупателей.
© Данилов А.Д., Денисова О.А.
154
3. При подготовке плана сбыта определите расчетный объем продаж продукции в стоимостном выражении (выручку-нетто от реализации) по
формуле:
Vр = (Зуп + Пцел)/ Рм ,
где Зуп– сумма условно-постоянных расходов организации в плановом
периоде;
Пцел – целевая прибыль, достаточная для нормального функционирования организации и обеспечивающая удовлетворение ее потребностей;
Рм – маржинальная рентабельность, т.е. доля маржинального дохода в
стоимости продукции.
3. Маржинальный доход на единицу изделия определяется как разница
между ценой и переменными (прямыми) затратами. Если организация выпускает один вид продукции, маржинальная рентабельность определяется как отношение маржинального дохода на единицу продукции к цене. Если организация
выпускает несколько видов продукции, то маржинальная рентабельность при
заданной структуре продукции рассчитывается по формуле
Рм = ∑ Pmi Yi ,
где Pmi – маржинальная рентабельность i-го вида продукции;
Yi – удельный вес i-го вида продукции в выручке от реализации.
4. Далее определяем искомую выручку от реализации продукции:
П = ( Ц − С ) ⋅ ВГ
где Ц - отпускная цена единицы продукции, руб./ед.;С - полная себестоимость единицы продукции, руб./ед.;ВГ - годовой выпуск продукции, ед./год.
5. Анализ выполнения договорных обязательств по поставкам продукции.
Анализ выполнения договорных обязательств ведется работниками отдела сбыта предприятия. Он должен быть организован в разрезе отдельных договоров, видов продукции, сроков поставки. При этом производится оценка выполнения договорных обязательств нарастающим итогом с начала года.
Процент выполнения договорных обязательств по поставкам продукции
(KП) рассчитывается по формуле:
К П = ( N − N Н ) / N ⋅100%
N − производство продукции для заключения договоров по плану;
N Í − недопоставлено продукции по договорным обязательствам;
K Ï − Выполнение договорных обязательств по поставкам продукции.
6. Запас финансовой прочности (зона безопасности) представляет собой
разность между фактическим и безубыточным объемами.
Зависимость объема выпуска и реализации продукции от соотношения
издержек и цены реализации используется в обосновании плановых заданий.
Если известны постоянные и переменные издержки на единицу продукции (или
удельные переменные издержки), а также сумма запланированной прибыли, то
необходимый объем продаж
Qпл =
C F + П пл
,
p − CV
155
где Qпл − необходимый объем продаж; П пл − плановая сумма прибыли;
С F − плановая сумма прибыли; p − сумма запланированной прибыли;
С F − удельные переменные издержки.
Анализ объема выпуска мебели и её реализация является важной частью
управленческого анализа и применяется при оценке альтернативных управленческих решений и выборе из них оптимального.
Комплексный целевой анализ выпуска и реализации продукции необходим для грамотного определения конкурентной позиции Вашего предприятия и
его способности гибкого маневрирования ресурсами при изменении конъюнктуры рынка.
УДК 338.24
ОСОБЕННОСТИ ПРИНЯТИЯ УПРАВЛЕНЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ В
ИННОВАЦИОННОЙ СРЕДЕ
А.В. Яковлев (ВГЛТА)
Под процессом принятия управленческих решений понимается последовательность этапов целенаправленных изменений в экономической системе,
обеспечивающих разрешение имеющихся проблем путем ресурсного воздействия на эту систему.
Таким образом, процесс принятия управленческих решений предполагает
определение проблемной ситуации, возникающей под влиянием совокупного
воздействия на экономическую систему неуправляемых и управляемых факторов, и поиск рационального воздействия управляемых факторов на систему, с
учетом текущего и прогнозного состояния неуправляемых факторов, обеспечивающих разрешение проблемной ситуации.
Процесс принятия управленческих решений во многом связан с моделированием и прогнозированием: развития как самой проблемной ситуации при отсутствии целенаправленного управляющего воздействия по ее разрешению, так
и эффективности функционирования экономической системы при приложении
различных вариантов управляющих воздействий по разрешению проблемной
ситуации.
Рассматривая инновационную деятельность не только как необходимый
источник экономического развития, но и как источник повышенной неопределенности результата, и, соответственно, высокого риска, необходимо исследовать основные подходы к моделированию и прогнозированию инновационной
деятельности экономических систем, призванные минимизировать риск и неопределенность результатов инновационной деятельности при максимальной эффективности инвестиционных вложений.
Основные подходы к моделированию и прогнозированию инновационной
деятельности экономических систем связаны:
- с построением модели экономической системы как исследуемого объекта;
- ситуационным (сценарным) прогнозированием вероятного развития
©Яковлев А.В., 2010
156
внешней среды прямого и косвенного воздействия на исследуемую экономическую систему;
- индикативным планированием инновационной деятельности рассматриваемой экономической систем, при котором по заданному индикативному плану моделируются управляющие воздействия, определяющие инновационную
деятельность, призванные привести к желаемому результату. Основные индикативные показатели инновационной деятельности экономических систем приведены в таблице.
Таблица
Основные индикативные показатели инновационной деятельности
экономических систем
№
1
Группы показателей
Затратные показатели:
2
Показатели, характеризующие динамику
инновационного процесса:
3
Показатели обновляемости (оборачиваемости) инноваций:
4
Структурные показатели
5
Экономические результаты инновационной деятельности
Состав показателей
- удельные затраты на инновации в объеме продаж, характеризующие наукоемкость продукции экономической системы;
- удельные затраты на приобретение лицензий, патентов, ноухау;
- затраты на приобретение инновационных предприятий;
- наличие фондов на развитие инициативных разработок
- показатель инновационности ТАТ,
- длительность процесса разработки инновационного продукта
(новой технологии);
- период подготовки производства нового продукта;
- длительность производственного цикла нового продукта
- количество инновационных разработок либо внедренных инновационных продуктов и технологий;
- показатели динамики обновления инновационной продукции;
- количество приобретенных (переданных) инновационных технологий;
- объем экспортируемой инновационной продукции
- количество и состав инновационно ориентированных подразделений (исследовательских, разрабатывающих и других научно-технических структурных подразделений);
- количество и состав предприятий экономической системы,
занятых созданием и внедрением использованием новой технологии и созданием новой продукции;
- количество инновационных временных коллективов и их численность
- текущая стоимость будущих поступлений (PV),
- чистый приведенный эффект (NPV),
- период окупаемости инвестиций (РР),
- индекс доходности (PI),
- модифицированная внутренняя норма доходности (MIRR),
- чистая терминальная стоимость (NTV),
- учетная норма прибыли (ARR)
Многие экономические системы не являются непосредственными генераторами полного цикла инновационных разработок при осуществлении инновационной деятельности и участвуют в этой деятельности путем инвестирования
157
инновационных разработок на финансовых рынках.
Можно сделать вывод, что содержание этих проблем состоит в следующем.
Во-первых, процесс принятия управленческих решений осложняется использование аутсайдерской информации об инновационных разработках, в которые осуществляется инвестирование, что требует привлечения дополнительных ресурсов для выявления достоверности предоставляемой информации.
Во-вторых, факторы и условия, определяющие эффективность принятия
управленческих решений с использованием инвестиционных возможностей
фондового рынка посредством моделирования и прогнозирования инновационной деятельности предприятий, во многом связаны с предложением альтернативных источников вложений не связанных с инновационной деятельностью.
В-третьих, разнообразие предложений интеллектуальных (инновационных) активов на фондовых рынках снижает уровень компетенции лиц, принимающих окончательные решения об инвестировании средств в инновационную
деятельность с использованием инвестиционных возможностей фондового
рынка.
В-четвертых, методы разработки, принятия и оптимизации управленческих решений на фондовых рынках на основе моделирования и прогнозирования инновационной деятельности предприятий с использованием инвестиционных возможностей фондового рынка, включая: методы диагностики проблемы,
методы ситуационного анализа, методы моделирования, методы определения и
оценки альтернатив, методы прогнозирования и оценки результата, во многом
связаны со степенью активности предприятий на фондовых рынках.
В-пятых, разработка и выбор управленческих решений, касающихся инновационной деятельности на фондовых рынках осуществляются в условиях
повышенной неопределенности и риска, что осложняется тем, что степень участия предприятий в инновационной деятельности посредством фондового рынка может меняться в зависимости от перспективности инноваций непосредственно в ходе осуществления инновации.
В-шестых, реализация и контроль эффективности управленческих решений на фондовых рынках при моделировании и прогнозировании инновационной деятельности предприятий осложняется высокой динамичностью самого
фондового рынка в условиях мирового экономического кризиса, обусловленной
множеством макро- и микроэкономических факторов, не связанных с рассматриваемой инновационной деятельностью. Проблема моделирования и прогнозирования любой инвестиционной деятельности на фондовом рынке осложняется также тем, что в период кризиса существенно возрастает разрыв между
фактической стоимостью активов (в первую очередь инновационных) и оценкой их стоимости на фондовых рынках.
158
УДК 339.18
ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМ МАССОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ
МЕТОДАМИ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
В.И. Кочетов (ВГЛТА), С.И. Моисеев (ИММиФ)
Многие экономические организации и системы, получающие прибыль за
счет обслуживания клиентов, можно достаточно точно описать с помощью совокупности математических методов и моделей, которые получили название
теории массового обслуживания. Основным объектом исследования теории
массового обслуживания являются системы массового обслуживания (СМО) —
такие системы, в которые в случайные моменты времени поступают заявки на
обслуживание, при этом поступившие заявки обслуживаются с помощью
имеющихся в распоряжении системы каналов обслуживания. В основе математической модели СМО лежит теория случайных процессов [1], которая
позволяет рассчитать аналитически основные показатели для простейших
СМО. Однако в сложных расчетах, особенно с переменными по времени
входными показателями аналитический расчет не возможен. Авторы предлагают для этих целей использовать методы имитационного моделирования.
Суть имитационных методов состоит в том, что посредством специальной программы на ЭВМ вырабатывается последовательность псевдослучайных
чисел Х с равномерным законом распределения в интервале от 0 до 1. Затем по
этим числам с помощью преобразования Y = F −1 ( X ) получаем последовательность случайных чисел Y, распределенных по закону F (x) . Полученные таким
образом случайные числа используются в качестве входных параметров
экономических систем. При многократном моделировании, обрабатывая
выходные параметры, можно определить основные характеристики
исследуемой системы, например математические ожидания выходных
параметров. Считая, что поток входящих в систему заявок есть поток событий,
распределенный по некоторому закону (моделирование которого описано в [2]),
можно смоделировать среднестатистические характеристики входящих в СМО
заявок. Считая, что время обслуживания заявки в СМО есть некоторая
случайная величина, распределенная по заданному закону, можно
смоделировать среднестатистические показатели покидающих СМО заявок.
Вначале рассмотрим методы моделирования потоков событий.
Потоком событий называется некоторая последовательность событий
происходящих в случайные моменты времени. В экономике потоки событий
широко используются в системах массового обслуживания, финансовых операциях в условиях риска, страховании. Авторами рассмотрены три вида потоков.
1. Потоки Пуассона наиболее распространены в стохастических экономических системах. Их можно применять в моделях, если выполняются два условия: события происходят поодиночке (условие ординарности) и интенсивность потока в любой момент времени не зависит от интенсивностей в другие
© Кочетов В.И., Моисеев С.И., 2010
159
моменты времени (условие отсутствия последействия). Закон распределения
числа событий в потоке Пуассона имеет вид P(k ) =
λk −λ
e , λ - интенсивность поk!
тока.
2. Потоки Пальма предполагают, что интервалы между соседними событиями Т есть независимые случайные величины, распределенные по одинаковому закону с функцией распределения F (x) . В большинстве случаев этот закон
распределений является нормальным (Гаусса). Если распределение Т показательное, то поток Пальма становится потоком Пуассона.
3. Поток Эрланга k-го порядка предполагает наличие последействия и k
характеризует степень последействия. Поток Эрланга получается из потока Пуассона путем «удаления» из него k событий и сохранением k+1. Закон распределения интервала Т между соседними событиями в потоке Эрланга имеет вид:
f ( k ) (t ) =
λ (λt ) k −1 −λt
e .
(k − 1)!
Рассмотрим теперь методы моделирования систем массового обслуживания.
В качестве примера рассмотрим одноканальную СМО, в которой
одновременно может обслуживаться только одна заявка. Входящий поток заявок на обслуживание распределен по закону Пуассона и имеет интенсивность λ.
Интенсивность потока обслуживания равна μ = 1t , где t об - длительность обоб
служивания — случайная величина, подчиненная показательному закону распределения. Заявка, поступившая в момент, когда канал занят, становится в
очередь и ожидает обслуживания. Рассмотрим две ситуации: когда очередь ограничена длинной N , и когда очередь не ограничена. В качестве итогового показателя возьмем среднее время пребывания заявки в системе WS .
Известно [3], что данный показатель для одноканальных СМО с ограниченной очередью равен
WS =
[1 − (N + 1) ⋅ ρ + N ⋅ ρ ] ,
λ (1 − ρ ) ⋅ (1 − ρ )ρ
N +1
N
N +1
N −1
а для СМО с неограниченной очередью
WS =
ρ
1− ρ
.
Этот же показатель был получен методами имитационного моделирования. Результаты представлены на графиках. Видно хорошее согласование результатов. Точность моделирования можно повысить за счет увеличения числа
испытаний. Кроме того, имитационное моделирование позволяет получить результаты и для переменных по времени параметров λ и μ.
160
Имитационное моделирование СМО с ограниченной очередью
Имитационное моделирование
5
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
1,
01
1,
03
1,
05
1,
07
1,
09
1,
11
1,
13
1,
15
1,
17
1,
19
1,
21
1,
23
1,
25
1,
27
1,
29
1,
31
1,
33
1,
35
1,
37
1,
39
Время нахождения заявки в СМО
(в единицах интенсивности потока заявок)
Теоретическая зависимость
Приведенная интенсивность СМО
Рис. 1. – Имитационное моделирование с ограниченной очередью
Имитационное моделирование СМО с неограниченной очередью
Имитационное моделирование
6
5
4
3
2
1
0
0,
51
0,
53
0,
55
0,
57
0,
59
0,
61
0,
63
0,
65
0,
67
0,
69
0,
71
0,
73
0,
75
0,
77
0,
79
0,
81
0,
83
0,
85
0,
87
0,
89
Время нахождения заявки в СМО
(в единицах интенсивности потока заявок
Теоретическая зависимость
Приведенная интенсивность СМО
Рис. 2. – Имитационное моделирование с неограниченной очередью
161
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Вентцель Е.С. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения [Текст] / Е.С. Вентцель, Л.А. Овчаров. – М., 1998.
2. Моисеев С.И. Имитационное моделирование потоков событий [Текст] /
С.И. Моисеев, Л.В. Степанов // Национальные проекты как фактор созидания в
современной России: Сборник трудов региональной межвузовской научнопрактической конференции, Ч.1.- Воронеж: ВФ МГЭИ, 2006. – С. 187-188.
3. Бережная Е.В. Математические методы моделирования экономических
систем: учебное пособие [Текст] / Е.В. Бережная, В.И. Бережной. – М.: Финансы и статистика, 2001.
162
РЕФЕРАТЫ
УДК 658.5.011.56
Петровский В.С. КАФЕДРА АПП ОДИН ИЗ ЦЕНТРОВ ПОДГОТОВКИ
ИНЖЕНЕРНЫХ И НАУЧНЫХ КАДРОВ ВГЛТА. Приведена история кафедры
АПП, направления подготовки студентов, достижения кафедры с момента ее образования по настоящее время. – С. 4 – 6.
РАЗДЕЛ I МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ,
ПАРАМЕТРОВ ОБОРУДОВАНИЯ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
УДК 630*245:519.65
Мурзинов Ю.В. ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПРИ
РАЗРАБОТКЕ САПР УСКОРЕННОГО ВЫРАЩИВАНИЯ ДРЕВОСТОЕВ. Приведен алгоритм формирования математических моделей хода роста древостоев, и
рассмотрен принцип его функционирования. – С. 7 – 10.
Ил. 4. Библиогр.: 3 наим.
УДК 674.038.3: 674.032.16
Малышев В.В. ЛЕСОВОДСТВЕННОЕ И ТЕХНОГЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ
РУБОК УХОДА В ЛЕСНЫХ КУЛЬТУРАХ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ. Рассмотрено значение рубок ухода, их лесоводственное и техногенное значение в
лесных культурах сосны обыкновенной.– С. 10 – 14.
Библиогр.: 3 наим.
УДК 630*:65.011.54
Захаров П.В. РОТАЦИОННЫЕ РАБОЧИЕ ОРГАНЫ ДЛЯ УХОДА В
РЯДАХ ЛЕСНЫХ КУЛЬТУР. Описываются технологические схемы ухода, различающиеся по способу движения агрегата относительно ряда культурных растений.
Представлена информация об орудиях и рабочих органах для ухода за почвой в
рядах лесных культур. – С. 14 – 20.
Табл. 1. Ил. 3. Библиогр.: 3 наим.
УДК 630*:65.011.54
Бартенев И.М., Захаров П.В. О ПРИМЕНЕНИИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРИ
ОПРЕДЕЛЕНИИ РЕАКТИВНЫХ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА РАБОЧИЕ
ОРГАНЫ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН. Показано, что соотношения
сил не зависят от масштаба моделирования, т.е. при испытаниях модели и оригинала в одних и тех же почвенных условиях отношения сил остаются неизменными.
Поэтому данные отношения, полученные для модели, можно непосредственно использовать для перехода к оригиналу без каких-либо поправочных коэффициентов. – С. 20 – 25.
Библиогр.: 8 наим.
163
УДК 630+378
Четверикова И.В., Гончаров А.И. ПРИМЕНЕНИЕ ТРАНСПОРТНОЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СХЕМ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ВОДНОЙ
ДОСТАВКИ ИЗМЕЛЬЧЕННОЙ ДРЕВЕСИНЫ. Приведен анализ транспортноэксплуатационных схем доставки измельченной древесины по воде в плавучих
контейнерах различных конструкций. Выявлены их преимущества и недостатки,
что дает возможность доработать и адаптировать данные схемы к современным
условиям. Определены перспективы создания принципиально новых схем из контейнеров с естественным воздушным подплавом. – С. 25 – 26.
Библиогр.: 1 наим.
УДК 621.396
Авдеев Ю.В., Василенко А.В., Енин В.И., Кононов А.А., Аникин
В.Н.НЕКОТОРЫЕ
АСПЕКТЫ
МОДЕЛИРОВАНИЯ
УПРАВЛЕНИЯ
ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНЫМИ МАШИНАМИ. Рассматривается моделирование человека-оператора в задачах управления землеройно-транспортными машинами. – С. 27 – 34.
Библиогр.: 6 наим.
УДК 674.053:621.933.61
Чернышков К.А., Чепелев С.А., Попиков П.И. О ДИНАМИКЕ РЕЖУЩЕГО
ИНСТРУМЕНТА В ЛЕНТОЧНОПИЛЬНОМ СТАНКЕ. Описан и предлагается
итерационный метод идентификации режущего инструмента ленточнопильного
станка математическим описанием колебаний упругой струны. – С. 34 – 36.
Ил.: 1. Библиогр.: 2 наим.
УДК 532.54; 532.57
Мурзинов П.В. РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ ДВИЖЕНИЯ ТОНКОЙ ВЯЗКОЙ ПЛЕНКИ В ПОДШИПНИКАХ
СКОЛЬЖЕНИЯ. Приведен и проанализирован расчет характеристик гидродинамических процессов движения тонкой вязкой пленки в подшипниках скольжения.
– С. 37 – 39.
Ил.: 3. Библиогр.: 3 наим.
УДК 678.762.2
Черная
А.Н.
ИЗУЧЕНИЕ
ПРОЦЕССА
МОДИФИКАЦИИ
ДРЕВЕСНОВОЛОКНИСТЫХ
ПЛИТ
НЕФТЕПОЛИМЕРНОЙ
СМОЛОЙ
ФРАКЦИИ С9. Исследована возможность применения нефтеполимерной смолы на
основе углеводородной фракции С9 для защитной обработки древесноволокнистых плит (ДВП). – С. 40 – 41.
Библиогр.: 2 наим.
164
УДК 536.21
Анучин А.И. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
ПРЕССОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ, ПРОПИТАННОЙ ТЕТРА КАРБОНИЛОМ
НИКЕЛЯ, МЕТОДОМ ТЕМПЕРАТУРНО-ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ. Рассмотрена методика исследования теплофизических методом температурновременных интервалов. – С. 42 – 47.
Ил.: 2. Библиогр.: 5 наим.
УДК 536.24
Лушникова Е.Н., Тиньков А.А., Поздняков Е.В. ИДЕНТИФИКАЦИЯ
ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ
ХАРАКТЕРИСТИК
КЛЕЕВЫХ
ПРОСЛОЕК
В
РЕАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ. Предлагается метод
определения теплофизических свойств клеевых прослоек соединений непосредственно в изделии с использованием аппарата обратных задач теплопроводности. –
С. 47 – 49.
Библиогр.: 4. наим.
УДК 674.028.9
Иванов А.В., Шендриков М.А., Черников Э.А., Жабин А.В. ПОВЫШЕНИЕ
ПРОЧНОСТИ КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ДРЕВЕСИНЫ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ
МАГНИТНЫМ ИЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПОЛЕМ НА КЛЕЙ. Предложена интенсивная технология склеивания массивной древесины. В основу предлагаемой технологии заложен эффект упорядоченного структурирования полимерной основы
клея при воздействии магнитным или электрическим полем. – С. 49 – 52.
Ил.: 2. Библиогр.: 5 наим.
УДК 674.093
Червинский В.А., Болдырев В.С., Щепкин В.Б. ВЛИЯНИЕ УСУШКИ И
РАЗБУХАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ НА ФОРМУ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ ИЗ СЕКТОРОВ
И ДЕФОРМАЦИЮ КЛЕЕВЫХ ШВОВ. Разработана методика расчета окончательных размеров клееной двухсекторной доски после завершения усушки или
разбухания древесины и остаточных напряжений клеевого шва. – С. 52 – 57.
Ил:. 2. Библиогр.: 2 наим.
УДК 674.09
Червинский В.А., Болдырев В.С., Щепкин В.Б. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГОДИЧНЫХ СЛОЕВ НА ВЕЛИЧИНУ
ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ КЛЕЕВОГО ШВА. Предложена математическая
модель напряженного состояния системы подложка – клеевая прослойка, позволяющая вычислять величины внутренних напряжений вблизи границы раздела
сред. – С. 57 – 61.
Ил.: 1. Библиогр.: 2 наим.
УДК 684.4.053
Грибанов А.А., Манькова И.И. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПРОЦЕССА
РЕМОНТА СТОЛЯРНЫХ ЩИТОВ. Проведено исследование динамики процессов
165
ремонта столярных щитов, позволяющее выявить узкие места технологий и оборудования, применяемых на предприятиях. – С. 61 – 63.
Ил.: 1.
УДК 621.1
Попов В.М., Новиков А.П., Кондратенко И.Ю., Швырев А.Н., Бабенкова
Е.А. ВЛИЯНИЕ КОМБИНИРОВАННОГО ФИЗИЧЕСКОГО ПОЛЯ НА ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА
ДИСПЕРСНО-НАПОЛНЕННЫХ
ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ. Разработана технология создания дисперснонаполненных полимерных материалов с повышенной теплопроводностью и прочностью путем воздействия на неотвержденную полимерную композицию магнитовибрационным полем. – С. 64 – 66.
Табл.: 2. Библиогр.: 4 наим.
УДК 536. 21
Ерин О.Л. КОНТАКТНЫЙ ТЕПЛООБМЕН В ТЕПЛОНАПРЯЖЕННЫХ
СИСТЕМАХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК. Приводятся результаты эксперимента исследований термосопротивления в зоне контакта малонагруженных металлических поверхностей. – С. 66 – 68.
Табл. 2. Библиогр.: 2. наим.
УДК 551.51
Данилов
А.Д.,
Пилеич
А.В.
ДИНАМИЧЕСКИЕ
МОДЕЛИ
СИНОПТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В АТМОСФЕРЕ. Построены и проанализированы динамические модели синоптических процессов в атмосфере с целью диагноза и прогноза процессов синоптического масштаба. – С. 68 – 71.
Библиогр.: 3. наим.
УДК 697.34
Кононова
М.С.
ОБРАБОТКА
РЕЗУЛЬТАТОВ
РАСЧЕТОВ
ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЗДАНИЙ НА ЭВМ. Приводятся
итоги аппроксимации результатов расчёта удельного расхода теплоты на отопление зданий различной этажности в графическом и аналитическом виде. – С. 72 –
74.
Табл.: 1. Ил.: 1. Библиогр.: 2 наим.
УДК 621.391.1
Кононов
А.Д.
МОДЕЛИРОВАНИЕ
РАСПРОСТРАНЕНИЯ
ПОЛЯРИЗОВАННОГО РАДИОСИГНАЛА В КАНАЛАХ СВЯЗИ СО СЛУЧАЙНО
МЕНЯЮЩИМИСЯ ПАРАМЕТРАМИ. На основе анализа канала передачи информации как линейной системы с переменными параметрами и с учетом статистических характеристик среды распространения получены выражения для функций корреляции поляризационно-ортогональных компонент сигнала на выходе канала. – С. 74 – 77.
Библиогр.: 3 наим.
166
УДК 517.92
Котов П.А. МЕТОД ВЕЩЕСТВЕННЫХ ГРАНИЧНЫХ ЗАДАЧ
ВЫРАБОТКИ ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫХ НАЧАЛЬНЫХ И ГРАНИЧНЫХ УСЛОВИЙ.
Рассмотрен метод вещественных граничных задач выработки действительных начальных и граничных условий – С. 77 – 78.
Библиогр.: 1 наим.
УДК 517.92
Котов
П.А.
ОСОБЕННОСТИ
ДИНАМИЧЕСКОЙ
МОДЕЛИ
НЕОДНОРОДНЫХ ШАРОВ ЭМДЕНА. Проанализированы особенности динамической модели неоднородных шаров Эмдена – С. 78 – 79.
Библиогр.: 1 наим.
УДК 517.92
Котов П.А. ПРОБЛЕМЫ БАЗОВЫХ ЧИСЛЕННЫХ МЕТОДОВ И
МЕТОДОВ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ. Вынесены на рассмотрение проблемы базовых численных методов и методов фундаментальных исследований – С. 79 – 82.
Библиогр.: 2 наим.
РАЗДЕЛ II КОМПЬЮТЕРНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЙ,
ПАРАМЕТРОВ ОБОРУДОВАНИЯ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
УДК 674.038.3: 674.032.16
Малышев В.В. ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ СОСНОВЫХ ДРЕВОСТОЕВ
В ПРОЦЕССЕ ПРОРЕЖИВАНИЙ РАЗЛИЧНОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ. Отмечены
и проанализированы особенности строения сосновых древостоев в процессе прореживаний различной интенсивности. Даны рекомендации по применению способов разреживания.– С. 82 – 84.
Табл.: 1. Библиогр.: 2 наим.
УДК 674.038.3
Малышев В.В. ВЛИЯНИЕ РУБОК УХОДА НА МОЛОДЫЕ
НАСАЖДЕНИЯ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ. Дана оценка влияния рубок ухода
на молодые насаждения сосны обыкновенной. Приведены рекомендации, оказывающие положительное влияние на увеличение высоты и диаметра сосны. – С. 84
– 87.
Табл.: 6. Библиогр.: 1 наим.
УДК 519.6
Яковлев
К.А.
АЛГОРИТМ
ПРИНЯТИЯ
РЕШЕНИЯ
ПРИ
МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА УПРАВЛЕНИЯ
КОМПЛЕКСОМ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИХ МАШИН. Описываются основные задачи многокритериальной оптимизации при эксплуатации комплекса лесотехнических машин. Предложен вариант реализации схемы СППР, обеспечивающий решение многокритериальных задач управления парком лесотехнических машин. –
167
С. 87 – 95.
Ил.: 2. Библиогр.: 4 наим.
УДК 678.002:647.048
Дмитренков А.И., Никулина Н.С., Филимонова О.Н., Никулин С.С.
ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ДРЕВЕСИНЫ, ОБРАБОТАННОЙ РАСТВОРОМ
МАЛЕИНОВОЙ
КИСЛОТЫ,
С
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
МЕТОДОВ
ОПТИМИЗАЦИИ ЭКСПЕРИМЕНТА. Приведены исследования технологии модифицирования древесины раствором малеиновой кислоты. Установлено, что наиболее существенное влияние на свойства модифицированной древесины оказывают продолжительность выдержки древесины в пропиточном составе, температура
и продолжительность термообработки. – С. 95 – 98.
Табл.: 1. Библиогр.: 5 наим.
УДК 674.047.3:006
Данилов А.Д., Грудцына Д.В. САПР СУШИЛЬНЫХ КАМЕР. Рассматриваются применение систем автоматизированного проектирования сушильных камер,
проведение системного анализа процессов сушки древесных материалов. – С. 98 –
102.
Ил.: 2. Библиогр.: 2 наим.
УДК 673.047-52
Воронцов А.С. ЗАДАЧИ САПР ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ ДЛЯ
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТРАБОТАННЫХ АГЕНТОВ СУШКИ. Статья посвящена
определению основных задач систем автоматического проектирования теплообменных аппаратов для использования отработанных агентов сушки, выявлению
особенностей проектирования, математическим расчетам поверхности теплообмена и температуры горячего и холодного сушильного агента. – С. 102 – 105.
Библиогр.: 2 наим.
УДК 674.047.3
Воронцов А.С. ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛООБМЕН-НЫХ
АППАРАТОВ В ТЕХНОЛОГИЯХ ГИДРОТЕРМООБРАБОТКЕ ДРЕ-ВЕСИНЫ.
Проанализированы основные виды сушильных установок, технологические и конструкционные особенности, позволяющие выделить два вида теплообменых аппаратов, необходимых для использования в действующих сушильных установках. –
С. 105 – 107.
Ил.: 1. Библиогр.: 2. наим.
УДК 674.093
Петрова И.П., Болдырев В.С. РАСЧЁТ ПОСТАВОВ ДЛЯ ЗАДАННОЙ
СПЕЦИФИКАЦИИ СЫРЬЯ И ПИЛОМАТЕРИАЛОВ. Показаны возможности
программы расчёта поставов брёвен для заданной спецификации сырья и пиломатериалов. – С. 107 – 109.
Ил.: 2. Библиогр.: 2 наим.
168
УДК 684:65.01154/.56
Данилов А.Д., Гладченко К.А. ОСНОВНЫЕ ПОДСИСТЕМЫ САПР ТП
ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕКЛОИЗДЕЛИЙ В МЕБЕЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕН-НОСТИ.
Приведена структура подсистемы САПР ТП изготовления стеклоизделий в мебельной промышленности, и описаны принципы ее работы. – С. 109 – 110.
Ил.: 1.
УДК 684
Данилов А.Д., Гладченко К.А. РАСКРОЙ СТЕКЛОИЗДЕЛИЙ В
МЕБЕЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ. Рассмотрены способы и типы раскроя и резки
стеклоизделий, применяемых в мебельной промышленности. – С. 111 – 112.
УДК 551.509
Пилеич А.В. ПРОГНОСТИЧЕСКИЙ ПОДХОД ПРИ ПОСТРОЕНИИ САПР
МЕТЕОПРОГНОЗОВ. Рассматривается вопрос прогностического подхода при построении САПР метеопрогнозов, его значение и влияние на полеты самолетов и
вертолетов. – С. 112 – 113.
Библиогр.: 4 наим.
УДК 004.451.7
Бражникова Е.А., Данилов А.Д. НЕЧЕТКИЙ ГРУППОВОЙ МЕТОД
ОБРАБОТКИ ДАННЫХ. Рассмотрен нечеткий групповой метод обработки данных применительно к вопросам прогнозирования, планирования и управления в
лесном комплексе. – С. 113 – 115.
Библиогр.: 1 наим.
РАЗДЕЛ III СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
УДК 674.046
Мануковский Е.А. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УПРАВЛЕНИЯ
ПРОЦЕССАМИ, УСТАНОВКАМИ ГИДРОТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
ФАНЕРНОГО СЫРЬЯ. Рассмотрены принципы построения программного обеспечения управления процессами, установками гидротермической обработки фанерного сырья, математические модели, описывающие указанные процессы и оптимальные параметры управления ими. – С. 115 – 122.
Ил.: 5.
УДК 674.213:69.025.351.3
Глухов Д.А., Власова А.Ю. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА
УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ СУШКИ ПАРКЕТНОЙ
ФРИЗЫ. Рассматриваются разработки АСУ, на базе современных средств автоматизации и управления сушкой паркетной фризы. – С. 122 – 124.
Ил.: 1. Библиогр.: 2 наим.
УДК 684:65.011.54/.56
Хайдер
А.Аббас
Мохаммед.
ОСОБЕННОСТИ
РАЗРАБОТКИ
ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СТАНКОВ С ЧПУ В ПРОИЗВОДСТВЕ
МЕБЕЛИ. Рассмотрен подход к разработкам программного обеспечения станков
169
с ЧПУ в производстве мебели. Приведено описание разработанного программного
комплекса, осуществляющего системы ЧПУ. – С. 125 – 129.
Ил.:. 2. Библиогр.: 1 наим.
УДК 338.24(075.8)
Глухов
Д.А.
ПРИМЕНЕНИЕ
ИНТЕГРИРОВАННЫХ
СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЯМИ ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЙ ОТРАСЛИ.
Статья посвящена интегрированным системам управления и анализу степени их
использования на предприятиях деревообрабатывающей отрасли. – С. 129 – 132.
Библиогр.: 1 наим.
УДК 338.24(075.8)
Глухов Д.А. РЕШЕНИЕ ЛОГИСТИЧЕСКИХ ЗАДАЧ В РАМКАХ
ИНТЕГРИРОВАННЫХ
СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ
ПРОМЫШЛЕННЫМИ
ПРЕДПРИЯТИЯМИ. Показана реализация операций логистики в интегрированных системах управления промышленными предприятиями. – С. 132 – 134.
Ил.: 1. Библиогр.: 2 наим.
УДК 536.21
Латынин А.В. ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЕ В ТЕПЛОНАПРЯЖЕННЫХ
УЗЛАХ АВИАЦИОННЫХ И КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ. Предлагается технологический прием изменения контактного термосопротивления в составных
конструкциях авиационных и космических систем путем введения в зону контакта
прокладок из различных материалов. – С. 135 – 136.
Ил.: 2. Библиогр.: 3 наим.
УДК 007:65.01
Чепелева
М.С.
К
ЗАДАЧЕ
УПРАВЛЕНИЯ
ПОТЕНЦИАЛЬНО
ОПАСНЫМИ ОБЪЕКТАМИ В НЕШТАТНЫХ СИТУАЦИЯХ С ПОМОЩЬЮ
СИСТЕМ НЕЧЕТКОГО ВЫВОДА. Рассматривается задача передачи части полномочий от ЛПР к автоматике, позволяющей моделировать действия человека в
нештатных ситуациях. – С. 136 – 138.
Библиогр.: 3 наим.
УДК 519.816
Бражникова Е.А., Данилов А.Д. УПРАВЛЕНИЕ НА ОСНОВЕ НЕЧЕТКОЙ
ЛОГИКИ. Анализируется возможность управления на основе нечеткой логики, с
помощью которой можно имитировать интеллектуальную деятельность, по сути
сходную с деятельностью человека, путем моделирования разноплановых и сложных объектов, используя неполную информацию об объектах, и создание правил
на естественном языке на основе знаний и опыта экспертов. – С. 138 – 139.
Библиогр.: 1 наим.
УДК 551.509
Данилов А.Д., Пилеич А.В. АНАЛИЗ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ
ПРОГНОЗА СИНОПТИЧЕСКОГО ПОЛОЖЕНИЯ. Сделан анализ математических
170
методов прогноза синоптического положения, показано их применение к метеорологическим прогнозам. – С. 139 – 142.
Табл.: 1. Библиогр.: 5 наим.
РАЗДЕЛ IV МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ
В ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
УДК 684.4:87.7
Намир Касем Халаф. АРАБСКИЙ ОРНАМЕНТ МЕБЕЛИ С
ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕХНОЛОГИЙ ШЕЛКОГРАФИИ. Рассмотрены современные
художественные приёмы, разработанные для классической арабской мебели, в частности орнамента, как декоративного искусства, и методы современной шелкографии. Представлена техника мебельной шелкографии в качестве основного метода декорирования арабской мебели. – С. 142 – 145.
Библиогр.: 4 наим.
УДК 684.4:87.7
Намир Касем Халаф. АРАБСКИЙ ДИЗАЙН МЕБЕЛИ И ИНТЕРЬЕР
КВАРТИРЫ. Рассмотрены основные элементы интерьера современной арабской
квартиры и традиционные принципы зонирования. Приведены примерные составы
наборов мебели для оборудования комнат и зон различного назначения. – С. 145 –
149.
Табл.: 2. Библиогр.: 2 наим.
УДК 684.4:87.7+684:65.011.54/.56
Намир Касем Халаф, Бугаков В. М. АРАБСКИЙ ДИЗАЙН И ЦИФРОВЫЕ
ТЕХНОЛОГИИ УПРАВЛЕНИЯ СОЗДАНИЕМ ИНТАРСИИ ПО ДЕРЕВУ. Рассмотрены основные требования, предъявляемые к современной арабской мебели.
Проанализированы недавние изменения арабской мебельной промышленности.
Представлены основные направления внедрения цифровых технологий по созданию интарсии по дереву. – С. 150 – 152.
Библиогр.: 3 наим.
УДК 684:658.512
Данилов А.Д., Денисова О.А. ПОСТРОЕНИЕ ЭКОНОМИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПЛАНИРОВАНИЯ МЕБЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА.
Приведена методика построения экономико-математических моделей планирования мебельного производства.– С. 153 – 155.
Библиогр.: 3. наим.
УДК 338.24
Яковлев
А.В.ОСОБЕННОСТИ
ПРИНЯТИЯ
УПРАВЛЕНЧЕСКОГО
РЕШЕНИЯ В ИННОВАЦИОННОЙ СРЕДЕ. Рассматриваются особенности принятия управленческого решения в инновационной среде, связанного во многом с
моделированием и прогнозированием. – С. 157 – 158.
Табл.: 1.
171
УДК 339.18
Кочетов В.И., Моисеев С.И. ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМ МАССОВОГО
ОБСЛУЖИВАНИЯ МЕТОДАМИ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ.
Рассмотрены методы имитационного моделирования при исследовании систем
массового обслуживания. – С. 158 – 161.
172
СОДЕРЖАНИЕ
Петровский В.С. Кафедра АПП – один из центров подготовки инженерных и
научных кадров ВГЛТА ................................................................................................... 4
РАЗДЕЛ I МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ,
ПАРАМЕТРОВ ОБОРУДОВАНИЯ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ .............................. 7
Мурзинов Ю.В. Построение математических моделей при разработке САПР
ускоренного выращивания древостоев .......................................................................... 7
Малышев В.В. Лесоводственное и техногенное значение рубок ухода в лесных
культурах сосны обыкновенной ..................................................................................... 10
Захаров П.В. Ротационные рабочие органы для ухода в рядах лесных культур ....... 14
Бартенев И.М., Захаров П.В. О применении моделирования при определении
реактивных сил, действующих на рабочие органы почвообрабатывающих машин ..................................................................................................................................... 20
Четверикова И.В., Гончаров А.И. Применение транспортно-эксплуатационных
схем при различных условиях водной доставки измельченной древесины .............. 25
Авдеев Ю.В., Василенко А.В., Енин В.И., Кононов А.А., Аникин В.Н. Некоторые аспекты моделирования управления землеройно-транспортными машинами ....................................................................................................................................... 27
Чернышков К.А., Чепелев С.А., Попиков П.И. О динамике режущего инструмента в ленточнопильном станке ................................................................................... 34
Мурзинов П.В. Расчет характеристик гидродинамических процессов движения
тонкой вязкой пленки в подшипниках скольжения ...................................................... 37
Черная А.Н. Изучение процесса модификации древесноволокнистых плит
нефтеполимерной смолой фракции С9 .......................................................................... 40
Анучин А.И. Исследование теплофизических показателей прессованной древесины, пропитанной тетра карбонилом никеля, методом температурновременных интервалов ..................................................................................................... 42
Лушникова Е.Н., Тиньков А.А., Поздняков Е.В. Идентификация теплофизических характеристик клеевых прослоек в реальных конструкциях технических
систем ................................................................................................................................ 47
Иванов А.В., Шендриков М.А., Черников Э.А., Жабин А.В. Повышение Прочности клеевых соединений древесины при воздействии магнитным или электрическим полем на клей ................................................................................................. 49
Червинский В.А., Болдырев В.С., Щепкин В.Б. Влияние усушки и разбухания
древесины на форму пиломатериалов из секторов и деформацию клеевых
швов ................................................................................................................................... 52
Червинский В.А., Болдырев В.С., Щепкин В.Б. Теоретическое исследование
влияния годичных слоев на величину внутренних напряжений клеевого шва ......... 57
Грибанов А.А., Манькова И.И. Исследование динамики процесса ремонта столярных щитов ................................................................................................................... 61
Попов В.М., Новиков А.П., Кондратенко И.Ю., Швырев А.Н., Бабенкова Е.А.
Влияние комбинированного физического поля на физико-механические свойства дисперсно-наполненных полимерных материалов ............................................... 64
Ерин О.Л. Контактный теплообмен в теплонапряженных системах энергетических установок .................................................................................................................. 66
Данилов А.Д., Пилеич А.В. Динамические модели синоптических процессов в
атмосфере .......................................................................................................................... 68
173
Кононова М.С. Обработка результатов расчетов теплоэнергетических показателей зданий на ЭВМ ....................................................................................................... 72
Кононов А.Д. Моделирование распространения поляризованного радиосигнала в каналах связи со случайно меняющимися параметрами ...................................... 74
Котов П.А. Метод вещественных граничных задач выработки действительных
начальных и граничных условий .................................................................................... 77
Котов П.А. Особенности динамической модели неоднородных шаров Эмдена ....... 78
Котов П.А. Проблемы базовых численных методов и методов фундаментальных исследований ............................................................................................................ 79
РАЗДЕЛ
II
КОМПЬЮТЕРНАЯ
ОПТИМИЗАЦИЯ
ТЕХНОЛОГИЙ,
ПАРАМЕТРОВ ОБОРУДОВАНИЯ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ .............................. 82
Малышев В.В. Особенности строения сосновых древостоев в процессе прореживаний различной интенсивности ................................................................................ 82
Малышев В.В. Влияние рубок ухода на молодые насаждения сосны обыкновенной ................................................................................................................................ 84
Яковлев К.А. Алгоритм принятия решения при многокритериальной оптимизации процесса управления комплексом лесотехнических машин ............................. 87
Дмитренков А.И., Никулина Н.С., Филимонова О.Н., Никулин С.С. Исследование свойств древесины, обработанной раствором малеиновой кислоты, с использованием методов оптимизации эксперимента ..................................................... 95
Данилов А.Д., Грудцына Д.В. САПР сушильных камер .............................................. 98
Воронцов А.С. Задачи САПР теплообменных аппаратов для использования
отработанных агентов сушки .......................................................................................... 102
Воронцов А.С. Особенности использования теплообменных аппаратов в технологиях гидротермообработке древесины ................................................................... 105
Петрова И.П., Болдырев В.С. Расчёт поставов для заданной спецификации сырья и пиломатериалов ...................................................................................................... 107
Данилов А.Д., Гладченко К.А. Основные подсистемы САПР ТП изготовления
стеклоизделий в мебельной промышленности ............................................................. 109
Данилов А.Д., Гладченко К.А. Раскрой стеклоизделий в мебельном производстве ..................................................................................................................................... 111
Пилеич А.В. Прогностический подход при построении САПР метеопрогнозов ...... 112
Бражникова Е.А., Данилов А.Д. Нечеткий групповой метод обработки данных ..... 113
РАЗДЕЛ III СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ........................................................................ 115
Мануковский Е.А. Программное обеспечение управления процессами, установками гидротермической обработки фанерного сырья ............................................ 115
Глухов Д.А., Власова А.Ю. Автоматизированная система управления технологическим процессом сушки паркетной фризы .............................................................. 122
Хайдер А.Аббас Мохаммед Особенности разработки программного обеспечения станков с ЧПУ в производстве мебели .................................................................. 125
Глухов Д.А. Применение интегрированных систем управления предприятиями
деревообрабатывающей отрасли .................................................................................... 129
Глухов Д.А. Решение логистических задач в рамках интегрированных систем
управления промышленными предприятиями .............................................................. 132
Латынин А.В. Терморегулирование в теплонапряженных узлах авиационных и
космических аппаратов .................................................................................................... 135
Чепелева М.С. К задаче управления потенциально опасными объектами в нештатных ситуациях с помощью систем нечеткого вывода .......................................... 136
174
Бражникова Е.А., Данилов А.Д. Управление на основе нечеткой логики ................. 138
Данилов А.Д., Пилеич А.В. Анализ математических методов прогноза синоптического положения ....................................................................................................... 139
РАЗДЕЛ IV МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ В
ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ................................................................................. 142
Намир Касем Халаф Арабский орнамент мебели с применением технологий
шелкографии ..................................................................................................................... 142
Намир Касем Халаф Арабский дизайн мебели и интерьер квартиры ........................ 145
Намир Касем Халаф, Бугаков В. М. Арабский дизайн и цифровые технологии
управления созданием интарсии по дереву ................................................................... 150
Данилов А.Д., Денисова О.А. Построение экономико-математической модели
планирования мебельного производства ....................................................................... 153
Яковлев А.В. Особенности принятия управленческого решения в инновационной среде ........................................................................................................................... 157
Кочетов В.И., Моисеев С.И. Исследование систем массового обслуживания
методами имитационного моделирования .................................................................... 158
Научное издание
Математическое моделирование, компьютерная оптимизация
технологий, параметров оборудования и систем управления
Межвузовский сборник научных трудов
Выпуск 15
Редактор С. Г. Герасименко
Подписано в печать 22.06.10.
Формат 60х90 1 /16. Объем п.л. 10,7. Усл. п.л. 10,7.
Уч-изд. л. 13,1. Тираж 100 экз. Заказ
ГОУ ВПО “Воронежская государственная лесотехническая академия”
РИО ГОУ ВПО “ВГЛТА” 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8
Отпечатано в УОП ГОУ ВПО «ВГЛТА», 394087, г. Воронеж, ул. Докучаева, 10
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа