Том-02 - Камышинский технологический институт

IV ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
Прогрессивные
технологии в обучении
и производстве
Камышин
18-20 октября 2006
МАТЕРИАЛЫ КОНФЕРЕНЦИИ
Том 2
Вузы и организации, участвующие в конференции
1. Волгоградский государственный технический университет
2. Волжский политехнический институт (филиал) Волгоградского государственного технического университета
3. Камышинский технологический институт (филиал) Волгоградского
государственного технического университета
4. Димитровградский институт технологии, управления и дизайна
5. Московский государственный текстильный университет им. А.Н. Косыгина
6. Карачаево-черкесский государственный университет
7. Ставропольский государственный университет
8. Самарская государственная академия путей сообщений
9. МГТУ им. Н.Э.Баумана
10. Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского,
Балашовский филиал
11. Таганрогский государственный радиотехнический университет
12. АФ МГОПУ им. М.А. Шолохова
13. Московский государственный университет сервиса
14. ОАО «Научно-исследовательский институт нетканых материалов»,
г. Москва
15. Саратовский государственный технический университет
16. Государственная академия славянской культуры г. Москва
17. Волгоградский государственный педагогический университет
18. Саратовский государственный социально – экономический университет
19. Волгоградский государственный университет
20. Всероссийский НИИ агролесомелиорации
21. ГОУ ВПО «Российская экономическая академия им. Г.В. Плеханова»
22. ГОУ СПО «Камышинское педагогическое училище»
23. Успенская церковь г. Камышина
24. ФОАО «Волгоградэнерго» Камышинские электрические сети
3
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАМЫШИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)
ВОЛГОГРАДСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
ПРОГРЕССИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
В ОБУЧЕНИИ И ПРОИЗВОДСТВЕ
Материалы IV Всероссийской конференции
г. Камышин 18–20 октября 2006 г.
Том 2
Камышин 2006
4
ББК 74. 58ф
П 78
ПРОГРЕССИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ОБУЧЕНИИ И ПРОИЗВОДСТВЕ: Материалы IV Всероссийской конференции, г. Камышин, 18–20 октября 2006 г.: В 4 т. Т. 2 . – Волгоград, 2006.
204 с.
В сборник материалов включены доклады, представленные на
IV Всероссийской конференции "Прогрессивнные технологии в
обучении и производстве", проходившей в октябре 2006 года.
Под общей редакцией к. т. н. Назаровой М. В.
Материалы публикуются в авторской редакции.
Все адреса авторов КТИ ВолгГТУ, если не оговорено иначе:
403874 Волгоградская обл. г. Камышин ул. Ленина 6а
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
Тел. (84457) 9-20-13, Факс. (84457) 9-43-62
E-Mail: science@kti.ru, WEB: www.kti.ru

ISBN 5-230-04851-4
5
Волгоградский
государственный
технический
университет 2006
ОГЛАВЛЕНИЕ 2 ТОМА
СЕКЦИЯ №3 АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ
ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Бойко С.Ю.
Воздухопроницаемость как фактор оценки теплозащитных свойств ткани
9
Бочкарёва Е.В., Шустов Ю.С.
Изменение воздухопроницаемости пакетов одежды под действием
искусственной и естественной светопогоды………………………….
10
Ефремова С.А., Кетат Л.В., Дербишер В.Е.
Моделирование процесса вязания изделий на плосковязальных автоматах
13
Короткова М.В.
Исследование физико-механических свойств трикотажа……………
15
Назарова М.В., Березняк М.Г.
Использование интерполяционного полинома Стирлинга в качестве
метода математического моделирования натяжения нитей в ткачестве.
16
Назарова М.В., Березняк М.Г.
Исследование возможности использования интерполяционного полинома Ньютона для получения математической модели, описывающей процесс ткачества…………………………………………….
19
Назарова М.В., Березняк М.Г.
Использование математического метода приближения функций с
применением полинома Лагранжа при анализе технологического
процесса ткачества……………………………………………………...
22
Назарова М.В., Березняк М.Г.
Разработка автоматизированного метода приближения функций с
использованием полинома Бесселя для описания технологических
процессов ткацкого производства……………………………………..
25
Назарова Ю.В., Тюменев Ю.Я., Мухамеджанов Г.К., Плеханова С.В.
Использование нетканых материалов для дорожного строительства
28
Николаев C.Д., Панин И.Н., Зайцев В.П.
Роль технического текстиля в развитии народного хозяйства страны
31
Панин А.И., Воропаева Л.В.
О недостатках конструкций отечественных бобинажных мотальных
машин…………………………………………………………………… 32
Романов В.Ю.
Оценка изменения напряженно-деформированного состояния
(НДС) основных нитей на станке СТБМ-180…………………………
33
Санжеева Е.Б., Сафонов В.В., Баланова Т.Е.
Разработка технологии удаления белковых пятен с изделий из
хлопчатобумажных тканей……………………………………………..
35
3
Стрелков Е.В., Бояркина М.А., Поликарпов А.В.
Мотальные паковки специального назначения и их роль в развитии отрасли
39
Тюменев Ю.Я., Галимулин А.Х., Мухамеджанов Г.К., Шитова Т.И.
О проблеме повышения светостойкости укрывных нетканых материалов, используемых в агропромышленном комплексе…………....
40
Фефелова Т.Л. Исследование влияния заправочных параметров
станка на физико-механические свойства вафельной ткани………..
42
Чинкова М.П., Молоденская К.В., Мнацаканян В.У.
Исследование характеристик полиамидных нитей, влияющих на
процесс текстурирования………………………………………………
43
Щербаков В.П., Пилюшина И.В., Цыганов И.Б.
Определение натяжения баллонирующей нити с использованием
цифровой фотографии………………………………………………….
46
Эпов А.А., Ломкова Е.Н., Казначеева А.А.
Механизм имитации технологических процессов хлопчатобумажного производства на ЭВМ…………………………………………….
49
Эпов А.А., Ломкова Е.Н., Казначеева А.А.
Разработка математических моделей функционирования оборудования технологических комплексов хлопкопрядильного производства..
51
СЕКЦИЯ №4
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ МАШИНОСТРОЕНИЯ
Багмутов В.П., Паршев С.Н., Притыченко В.Ю.
Повышение эксплуатационных свойств валов составной планетарной
коробки передач поверхностным пластическим деформированием…...
56
Болотина Е.М., Кузьмина Е.А.
Сравнительные стойкостные исследования червячных фрез с прогрессивной профильно-угловой схемой резания…………………….
59
Гусев А.В.
Прогрессивные резцовые головки для обработки глубоких отверстий
60
Дудин С.А., Уткин Е.Ф.
Ударная фильтрация корундовых порошков при динамическом
прессовании…………………………………………………………….
62
Казак В.Ф., Отений Я.Н., Вирт А.Э.
Влияние контактных касательных напряжений на глубину упрочнения
при обработке деталей поверхностным пластическим деформированием 63
Кислов С.Ю., Панченко А.Ю.
Кинематика прецессирующих планетарных передач………………...
66
Крохалев А.В.
Основные представления о механизме взрывного плакирования деталей машин твердыми сплавами…………………………………….
69
4
Мартыненко О.В., Агасян Р.Ю.
Исследование поверхностного технологического воздействия на
качество поверхности при поверхностном пластическом деформировании роликами………………………………………….…………..
73
Митрофанов А.П.
Измерительный комплекс для оценки процессов механической обработки 73
Никифоров Н.И.
Совмещенное резание и ППД роликами длинномерных цилиндрических деталей…………………………………………………………..
75
Носенко В.А., Федотов Е.В.
Исследование закономерности распределения износа скалыванием
зерен из электрокорунда при микроцарапании………………………
79
Ольштынский С.Н.
Повышение стабильности процесса обработки поверхностным пластическим деформированием раскатником центробежного действия…. 81
Отений Я.Н., Акулич Л.С.
Определение действительного пятна контакта в зубчатой паре…….
83
Отений Я.Н., Выходец В.И.
Постановка задачи для расчета привода устройства нанесения регулярного декоративного рельефа на длинномерные валы и тонкостенные трубы…………………………………………………………..
86
Писарев С.П., Рогозин В.Д., Хиен Л.Д., Казак В.Ф.
Термоэлектрические свойства прессовок из порошков кобальта и
карбида циркония, полученных высокоскоростным прессованием...
88
Писарев С.П., Рогозин В.Д., Хиен Л.Д., Казак В.Ф.
Высокоскоростное прессование порошковых смесей Co+ZrC……… 90
Полянчиков Ю.Н., Полянчикова М.Ю., Курченко А.И.,
Курсин О.А., Лешуков А.В.
Особенности механизма износа абразивного инструмента без связки
92
Ревин А.А., Алонсо В.Ф.
К вопросу динамического расчета передней подвески автомобиля с АБС 94
Смольников Н.Я., Скребнев Г.Г., Григорова О.Л.
Исследование закономерностей формирования переходных кривых
зубьев в процессе зубофрезерования………………………………….
97
Смольников Н.Я., Скребнев Г.Г., Григорова О.Л.
Исследования геометрических параметров переходных кривых
зубьев зубчатых колес, полученных методом зубофрезерования…...
99
Трыков Ю.П., Гуревич Л.М., Жоров А.Н., Арисова В.Н.
Исследование жидкофазного диффузионного взаимодействия в
слоистых композиционных материалах системы Ti-Al…………....... 101
5
Уткин Е.Ф.
Упрочнение ферритно-перлитных сталей легированием с целью
повышения их обрабатываемости……………………...……………... 103
Чигиринский Ю.Л., Молоканов Е.Г., Гожева Н.Д.
Геометрическая модель абразивного зерна…………………………... 106
Чигиринский Ю.Л., Фролов Е.М., Радченко Е.Г.
Методы дискретной математики в технологическом проектировании и управлении процессами обработки…………………………….. 107
Шморгун В.Г., Трыков Ю.П., Донцов Д.Ю., Слаутин О.В.
Влияние деформации растяжения на микромеханические свойства
и кинетику диффузии в трехслойном титано-стальном КМ………… 108
СЕКЦИЯ №5
КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРОЕКТИРОВАНИИ,
УПРАВЛЕНИИ ПРОИЗВОДСТВОМ И ОБУЧЕНИИ.
Брызгалин Г.И., Волчков В.М., Стяжин В.Н.
Математика и информатика в образовании инженера технолога…... 110
Быков Д.В.
Структура, топология, маршрутизация и управление сетями………. 114
Вовченко А.В
Компьютерное сопровождение предмета «органическая химия»
за 10-11 классы средней образовательной школы…………………… 115
Волхов К.В., Волхова И.П., Крушель Е.Г.
Исследование нелинейных законов управления динамическими
объектами с запаздыванием………………………………...…………. 116
Воробкалов П.Н.
Поддержка процесса разработки адаптивных обучающих систем…. 120
Ефанов А.В.
Состав базы данных о конструкциях деформационных швов
автодорожных мостов………………………………………………….. 122
Зубов А.А., Кизим А.В., Камаев В.А.
Система автоматизированной поддержки службы главного механика предприятия по проведению внеплановых ремонтов…………….. 125
Ильинская А.В., Кизим А.В.
Автоматизированная система расстановки персонала………………. 127
Коноваленко А.В., Крушель Е.Г.
О возможности использования метода двойной шкалы времени для
построения адаптивной системы с частично немоделируемой динамикой.. 129
Кудинов Д.Н.
Создание виртуального предприятия для учебного процесса………
6
133
Кудряшова Э.Е.
Синергетический подход к разработке информационных систем….. 135
Линёв Н. А., Кизим А.В., Камаев В.А.
Подсистема планирования и прогнозирования системы автоматизации обслуживания оборудования предприятия……………………. 136
Лукьянов В.С., Манихин В.А.
Учебный центр регистрации для сетей с удостоверяющими центрами 138
Медведев Д.В.
Выбор настраиваемых параметров в алгоритмах оптимизации, основанных на методе штрафных функций……………..……………… 139
Митрахович Н.С., Эпова Д.А, Олейников В.П., Свечников В.М.
Разработка автоматизированной информационной системы для
учета почасовой оплаты труда преподавателей……………………… 143
Натров В.В.
Информационная безопасность для обеспечения эффективного
управления производством…………………………………………….. 145
Ольштынский П.В., Конкров В. И.
Модернизация динамометра УДМ-600 с целью автоматизации
измерения сил резания…………………………………………………. 147
Ольштынский П.В., Митрахович Н.С.
Опыт проведения Интернет - экзамена в сфере профессионального
образования в КТИ ВолгГТУ………………………………………….. 148
Орлова Ю.А.
Конечный автомат разбора текста технического задания на разделы 151
Панфилов А.Э.
Конструирование виртуальных объектов для компьютерной системы по обучению проектированию АСУТП…………………………... 153
Петров В.О., Степанченко И.В.
Информационная система города Камышина для мобильных устройств.. 155
Петрухин А.В., Воробьев А.А., Золотарев А.В.
Автоматизация процесса анализа компьютерных томограмм………. 159
Печеник Н.А.
Компьютерная поддержка и методика проведения цикла лабораторных занятий на тему «Изучение методов разработки системы
управления непрерывным технологическим объектом»…………….. 161
Розалиев В.Л.
Подход к моделированию эмоций пользователя…………………….. 165
Савкин А. Н., Захаров Е. А., Приходьков К. В.
Методологические аспекты создания электронных учебнометодических комплексов……………………………………………... 166
7
Савкин А.Н., Крохалев А.В., Декатов Д.Е.
Методологические вопросы использования результатов компьютерного тестирования для итоговой аттестации знаний студентов…. 170
Сенин Е.В., Жукова И.Г.
Предварительная оценка и построение модели на начальных этапах
инженерного анализа…………………………………………………... 173
Сычев О.А., Нгуен Хоай Ань
Модуль выдачи заданий Multiexercise для системы дистанционного
образования Moodle……………………………………………………. 174
Фомин А.С., Иванов А.В.
Современные методы решения транспортных развязок в сложных и
стесненных условиях…………………………………………………...
Худайназарова Т.С.
Компьютерное сопровождение самостоятельной работы по дисциплине «Алгебра и геометрия» при подготовке инженеровсистемотехников……………………………………………………………………...
Шабалина О.А., Сычёв О.А., Тарасенко А.В., Ефанов П.А.
Разработка обучающей игры для изучения языков программирования..
Эпов А.А., Кухарева Л.И.
Описательная модель системы управления учебным процессом вуза (на примере КТИ ВолгГТУ)………………………………………....
Эпов А.А., Мартиросова Т.М.
К вопросу о создании системы открытого образования в КТИ ВолгГТУ..
Эпов А.А., Редько С.Г., Морозова Е.В.
Разработка концептуальной модели функционирования механизированной линии стеклотарного производства………………………...
Эпов А.А., Тарасова Л.П.
Информационное обеспечение автоматизированной системы делопроизводства на кафедре «Информатика»………………………….....
Якушева А.А.
Компьютерное сопровождение дисциплины «Математический анализ. Часть 1»…………………………………………………………….
Авторский указатель………………………………………………….
8
175
178
180
182
186
189
193
196
200
CЕКЦИЯ №3
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ
ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
УДК 677.023
ВОЗДУХОПРОНИЦАЕМОСТЬ КАК ФАКТОР ОЦЕНКИ
ТЕПЛОЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ ТКАНИ
Бойко С.Ю.
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
Тел. (84457) 9-47-73, Факс. (84457) 9-43-62, E-Mail: ttp@kti.ru,
Теплозащитные свойства являются одним из важных показателей для
многих текстильных тканей, предназначенных для теплой одежды, и их
изучение приобретает все большее практическое значение. К текстильным полотнам в зависимости от их назначения предъявляют различные
требования относительно тепловых свойств. В тканях, предназначенных
для одежды, большое значение имеют теплозащитные свойства, которые
зависят от толщины ткани, определяемой строением ткани и ее отделкой,
воздухопроницаемостью, видом волокна и др.
При оценке теплозащитных свойств одежды ее воздухопроницаемость
является одним из решающих факторов. При большой воздухопроницаемости зимняя одежда не может быть теплой независимо от ее толщины и
веса. Низкие теплозащитные свойства современной зимней одежды объясняются в большинстве случаев большой воздухопроницаемостью.
Из исследований ученого А.П. Колесникова установлено, что с увеличением скорости воздушного потока тепловое сопротивление тканей резко снижается. Интенсивность снижения теплового сопротивления зависит от степени воздухопроницаемости ткани.
Целью данной работы является исследование влияния заправочных
параметров ткацкого станка на воздухопроницаемость, а, следовательно,
на теплозащитные свойства основоворсовой ткани.
Эксперимент проводился на ткацком станке для выработки ворсовых
тканей, по матрице планирования КОНО-2 с различными заправочными
параметрами (плотность ткани по утку Х 1; величина подачи ворсовой основы Х2). В результате проведенных исследований получены математические зависимости воздухопроницаемости ткани от заправочных параметров ткацкого станка:
Y  80.57  56.27 X  13.58 X  4.73 X  X  17.1X 2  20.85 X 2
1
2
1 2
1
2
Анализ уравнения позволил сделать следующие выводы:
- наибольшее влияние на воздухопроницаемость и теплозащитные
свойства ткани оказывает плотность ткани по утку;
-при увеличении величины подачи ворсовой основы и плотности
ткани по утку, воздухопроницаемость ткани уменьшается, а следовательно повышаются теплозащитные свойства исследуемой ткани.
9
УДК 677.017
ИЗМЕНЕНИЕ ВОЗДУХОПРОНИЦАЕМОСТИ ПАКЕТОВ ОДЕЖДЫ
ПОД ДЕЙСТВИЕМ ИСКУССТВЕННОЙ И ЕСТЕСТВЕННОЙ
СВЕТОПОГОДЫ
Бочкарёва Е.В., Шустов Ю.С.
Московский государственный текстильный университет им.
А.Н. Косыгина
При разработке пакетов одежды важным показателям является оценка
стойкости тканей к действию светопогоды. Под действием светопогоды
наблюдается старение, т.е. ухудшение свойств текстильных материалов,
вызванное в основном окислительными процессами, усиливающимися
под действием тепла, света и влаги.
В качестве объектов исследования были использованы пакеты одежды,
состоящие из двух слоев, включающих ткани для верха и подкладки. Основные структурные характеристики образцов приведены в таблице 1 и
таблице 2.
Таблица 1. Структурные характеристики исследуемых тканей верха
арт.Зс21кв арт.Зс24кв арт.4с5кв арт.8с119кв
Показатель качества
Синяя
Серая
Асфальт
Диорит
Номер пакета
1
2
3
4
77%ПЭ
76%ПЭ
53%ПЭ
25%ПЭ
Смесовой состав ткани, %
23% ХБ
24% ХБ
47% ХБ
75% ХБ
Линейная плотность по осно13,60
13,00
27,60
13,60
ве, текс
Линейная плотность по утку,
33,20
31,20
52,06
71,00
текс
Число нитей на 10см, по основе
388
360
368
447
186
211
230
Число нитей на 10см, по утку
214
(2 нити в зуб) (2 нити в зуб)
(2 нити в зуб)
Линейная плотность ткани, г/м
274,86
285,71
322,38
339,00
Таблица 2. Структурные характеристики исследуемых подкладочных тканей
арт. 3с16кв арт.8с55кв арт.8с55кв арт. 8с10кв
Показатель качества
Синяя
Тёмная
Светлая
Зеленая
Номер пакета
1
2
3
4
100% ПЭ 100% ПЭ
100% ПЭ
100% ПЭ
Смесовой состав ткани, %
Линейная плотность, текс, по
13,20
11,60
13,00
11,80
основе
Линейная плотность, текс,
9,40
9,00
8,80
11,20
по утку
Число нитей на 10см, по основе
315
340
360
310
Число нитей на 10см по утку
280
320
330
284
Линейная плотность ткани, г/м
100,30
108,40
121,00
92,00
Целью работы было рассмотреть влияние действия светопогоды на
физико-механические свойства рассматриваемых тканей. Для этого об10
разцы подвергались действию светопогоды в естественных условиях в
течение 52 - 208 суток и искусственных условиях света на приборе ПДС в
течении 3-12 часов в соответствии с ГОСТ 10793-64 [2]. После каждого
цикла воздействий определялась воздухопроницаемость образцов.
Определение воздухопроницаемости пакетов одежды определялось в
соответствии с ГОСТ 12088-77 [2], результаты исследований приведены в
таблице 3 и таблице 4. Графическое изображение изменения воздухопроницаемости от действия светопогоды представлено на рисунке 1.
3
Таблица 3. Воздухопроницаемость тканей для верха, дм
2
м с
Артикул тканей
Вид
арт. Зс21кв арт. Зс24кв
арт. 4с5кв
воздействия
Синяя
Серая
Асфальт
арт.
8с119кв
Диорит
0
9,7
9,5
13,5
8,4
ЕСП
52
10,2
10
28,2
8,9
(естественная светопо104
12,1
12
30,6
10,5
года)
156
13,5
14,9
39,1
11,3
сутки
208
15,6
16,8
46,4
13,8
0
9,7
9,5
13,5
8,4
ИСП
3
10,2
10,2
28,6
9,7
(искусственная светопо6
12,6
12,3
31,4
10,8
года)
9
14,2
15,6
40,0
11,3
часы
12
16,2
17,4
46,8
14,4
3
Таблица 4. Воздухопроницаемость подкладочных тканей , дм
2
м с
Артикул тканей
Вид
арт.
арт. 8с55кв арт. 8с55кв
арт. 8с10кв
воздействия
3с16кв
Тёмная
Светлая
Зеленая
Синяя
0
45,2
58,5
60,5
50,0
52
59,0
75,5
79,5
78,2
ЕСП
104
66,0
86,0
89,5
86,7
сутки
156
74,0
100,0
99,5
92,0
208
82,0
119,0
123,0
132,0
0
45,2
58,5
60,5
50,0
3
58,2
71,5
75,5
68,0
ИСП
6
67,5
88,2
85,0
82,0
часы
9
75,6
98,7
105,0
101,0
12
81,5
105,0
123,0
130,5
Анализ полученных данных показывает, что действие искусственной
светопогоды в течение 12 часов соответствует примерно 208 суткам действия естественной светопогоды. При этом падение воздухопроницаемости в естественных условиях составило для тканей верха в интервале
38%-71%, для подкладочных тканей в интервале 40%-71%, для пакетов
одежды – 22%-27%; соответственно на приборе ПДС для тканей верха в
интервале 45%-71%, для подкладочных тканей в интервале 41%-62%.
11
Изменение воздухопроницаемости от светопогоды тканей верха во
многом зависит от состава смески, так для ткани 8с101кв, состоящей из
100% полиэфирного волокна падение воздухопроницаемости от светопогоды составляет 38%, а для ткани арт. 4с5кв, где 53% полиэфирного волокна и 47% хлопкового волокна, составляет – 71%.
Из подкладочных тканей наиболее светостойкая ткань арт. 3с16кв, а
наименее – 8с10кв, т.к. ткань обладает наименьшей поверхностной плотностью.
Анализ приведенных результатов в таблицах 3 и 4 и построенного на
рисунке 1 графиков, где правая часть графика характеризует изменение
стойкости воздухопроницаемости в естественных условиях, а левая в искусственных условиях, показывает, что они с достаточно высокой точностью описываются линейным уравнением:
у = - ах +b,
где х – действие светопогоды, часы (сутки); у – воздухопроницаемость, дм3/(м2·с); а, b – коэффициенты.
Таким образом на основании проведенного исследования можно
определять степень падения воздухопроницаемости, того или другого
материала в естественных условиях или путём проведения экспрессной
оценки с помощью прибора искусственной светопогоды (ПДС).
Рис. 1. Зависимость изменения воздухопроницаемости от длительности воздействия светопогоды
ВЫВОДЫ
В работе проанализировано изменение воздухопроницаемости пакета
одежды, состоящего из верхнего слоя и подкладки.
Установлено соответствие падения воздухопроницаемости в естественных условиях и действием прибора дневного света (ПДС).
Список литературы
1. ГОСТ 10793-64 «Ткани хлопчатобумажные, вискозные и смешанные. Метод определения устойчивости ткани к фотоокислительной деструкции»
2. ГОСТ 12088—77 «Материалы текстильные и изделия из них. Метод определения воздухопроницаемости»
12
УДК 677.025:51
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЯЗАНИЯ ИЗДЕЛИЙ
НА ПЛОСКОВЯЗАЛЬНЫХ АВТОМАТАХ
Ефремова С.А., Кетат Л.В., Дербишер В.Е.
Волгоградский государственный технический университет
(8442)763090, efr-s-a@t-k.ru, lit@vstu.ru
Современное развитие текстильной промышленности тесно связано с
использованием новейшей вычислительной техники и информационных
технологий. Предприятия текстильной (в том числе и трикотажной) промышленности оснащаются новейшим автоматизированным оборудованием, в связи с этим повышается спрос на новые разработки в области информационных технологий обеспечения производства и проектирования
изделий [1,2].
В связи с развитием рыночных отношений актуальным встает вопрос
о частой смене ассортимента, также необходимо снижение затрат при изготовлении изделий. Современное оборудование поставляется на предприятия в комплекте с программным обеспечением управлением работой, однако надо отметить, что этап подготовки вязания изделия или полуфабриката разрабатывается технологом, который опирается на собственный опыт, либо на экспериментальные данные, что ведет к увеличению времени подготовки, кроме этого, выбранный таким образом вариант вязания детали не всегда является оптимальным с точки зрения ресурсосбережения.
Рассмотрим процесс вязания изделий (полуфабрикатов) на плосковязальных автоматах. Данное оборудование довольно часто используется
на малых трикотажных производствах, так как на плосковязальных автоматах достаточно быстро осуществляется смена ассортимента.
Каждую деталь можно в первом приближении разбить на некоторые
участки, в частных случаях это будут либо прямоугольники (участки с прямолинейным вязанием), либо трапеции (участки с сбавками и прибавками).
Анализ вязания участков с прибавками показал, что в данном случае
дополнительных затрат при работе оборудования не будет, следовательно, можно вязать участок детали строго по контуру.
При вязании со сбавкой более чем одной петли появляются дополнительные холостые ходы каретки, значит, растут и трудозатраты. Поэтому
необходимо выбрать такой вариант вязания участков с уменьшением ширины вязания, при котором общие затраты будут минимальными.
Проведенный анализ работы различных плосковязальных автоматов
выявил зависимости числа холостых ходов каретки Kx от количества
сбавляемых петель x при параллельном и последовательном способах
сбавки, а также при групповых сбавках петель.
В соответствии с этим была получена математическая модель себестоимости С(х), которая складывается из затрат сырья и затрат на работу
оборудования, от количества сбавляемых петель.
13
При Кх=1 наименьшая себестоимость будет достигаться при
Исб
, то есть при наибольшем числе возможных сбавок.
x
m 1
Расчеты при Кх=2(х-1) показали, что выбор оптимального варианта
вязания зависит от соотношения между стоимостью сырья и затрат при
работе оборудования, при этом необходимо проверить значения С(х) на
Исб
концах отрезка x[1,
].
m 1
При групповых сбавках во время сбавок затрачивается дополнительное время tдоп . На основании данных экспертов была получена следующая зависимость от числа сбавляемых петель:
(1)
t доп  0,19 х  4,78.
С учетом (1) была составлена математическая модель С(х) для вязания
деталей на плосковязальных полуавтоматах с групповыми сбавками., исследование которой показало, что минимальное значение функция С(х)
принимает при
x
9.56  10 3  Tc  V  B  ( Ш н  Ш к )
.
А  Д д  (3.6  10 3  V  L  T  Ц с  Tc  tигл )
(2)
Необходимо также отметить, что задача определения оптимального
количества сбавляемых петель является целочисленной. Поэтому в данном случае для приведения х к целочисленному виду используется два
метода: метод перебора и метод «округления решений» [3].
Необходимо рассматривать деталь в целом, после определения оптимальной технологии вязании одного участка, для следующего участка
проводится корректировка геометрических размеров участка детали.
Получение математической модели дает возможность находить оптимальный вариант технологического процесса вязания участка детали
трикотажного изделия сложной формы на плосковязальном оборудовании в зависимости от вида оборудования и способа сбавки, что приводит
к снижению материальных затрат. Рассматриваемую модель вязания изделия или полуфабриката можно использовать при создании автоматизированного рабочего место технолога (АРМТ).
Список литературы
1. Кудрявин Л.А. Автоматизированное проектирование основных параметров трикотажа
(с использованием ЭВМ).- М. Легпромбытиздат, - 1992.
2. Колесникова Е.Н., Чердынцева Т.Ю. Постановка задач при разработке технологических
модулей для выработки регулярных изделий// Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. - 2003, № 5. С.72...75.
3. Ковалев М.М. Дискретная оптимизация. Целочисленное программирование. – 2-е изд. –
М. УРСС, -2003.
14
УДК 677.023.23.001.18(043.3)
ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
ТРИКОТАЖА
Короткова М.В.
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
Тел. (84457) 9-47-73, Факс. (84457) 9-43-62, E-Mail: ttp@kti.ru,
В настоящее время изделия из трикотажа, благодаря низкой себестоимости и разнообразию ассортимента, получили широкое распространение у потребителя, в связи с этим к нему предъявляются высокие эксплутационные требования, поэтому рассмотренные в данной работе вопросы, являются наиболее актуальными.
Целью данной работы является установление математической зависимости стойкости трикотажа к истиранию от толщины пряжи и плотности
вязания с целью выпуска более износостойкого трикотажа.
Эксперимент по исследованию технологического процесса выработки
трикотажа проводился в лаборатории кафедры «Технология текстильного
производства» Камышинского технологического института на трикотажной машине МПФ-4М-10 по матрице планирования КОНО-2.
Изучив строение и свойства трикотажа, требования, предъявляемые к
изделиям из трикотажа, в качестве выходного параметра была выбрана
стойкость трикотажа к истиранию. В качестве входных параметров, влияющих на поверхностную плотность трикотажа, были приняты линейная
плотность пряжи и плотность вязания трикотажа.
В результате обработки экспериментальных данных получено регрессионное уравнение зависимости между стойкостью трикотажа на истирание и поверхностной плотностью трикотажа.
Y = 919,5 +196,6 х1 +675,6х2 + 147,5х12 +551,5 х22 +275,9 х1 х2
Анализ уравнения показывает, что наибольшее влияние на стойкость
трикотажа к истиранию оказывал плотность вязания, причем при ее увеличении стойкость трикотажа будет увеличиваться.
15
УДК 677.024
Н 19
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНТЕРПОЛЯЦИОННОГО ПОЛИНОМА
СТИРЛИНГА В КАЧЕСТВЕ МЕТОДА МАТЕМАТИЧЕСКОГО
МОДЕЛИРОВАНИЯ НАТЯЖЕНИЯ НИТЕЙ В ТКАЧЕСТВЕ
Назарова М.В., Березняк М.Г.
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
Тел. (84457) 9-47-73, Факс. (84457) 9-43-62, E-Mail: ttp@kti.ru,
Научно-технический прогресс представляет собой совершенствование
всех аспектов производства на основе новейших достижений науки и техники, заключающихся в механизации и автоматизации производства, применении передовой технологии и новых форм организации труда, использовании
автоматических и автоматизированных систем управления технологическими процессами на базе широкого применения вычислительной техники.
В последнее время научный и практический интерес представляют вопросы прогнозирования процессов ткацкого производства. С этой целью
применяют различные методы, позволяющие доводить решение сложных
научных и инженерных задач, выдвигаемых практикой, до логического
конца, то есть до математической модели, графика, диаграммы и т. д. Методы приближения функций в связи с большим объемом вычислений не
нашли широкого применения. В их основе лежит замена одной функции
f(x), зачастую представленной в виде таблицы экспериментальных значений, другой функцией g(x), вычисляемые значения которой и принимают за
приближенные значения функции f.
Применение методов приближения функций оправдано лишь тогда,
когда значения g(x) вычисляются быстро и надежно, а погрешность приближения достаточно мала. С помощью методов приближения функций
можно получить математическую модель исследуемого процесса и таким
образом прогнозировать протекание технологического процесса на различном ткацком оборудовании.
Анализ работ, посвященных математическому моделированию процесса ткачества, показал, что метод приближения функций с помощью полинома Стирлинга ранее не использовался в виду сложности его применения
из-за необходимости проведения громоздких вычислений. В настоящее
время, в связи с быстрым развитием программного обеспечения, появилась
возможность использовать интерполяционный полином Стирлинга для математического описания технологического процесса ткачества.
Сущность использования интерполяционного полинома Стирлинга для
получения математической модели технологического процесса заключается в следующем.
На технологическом оборудовании, установленном в ткацком производстве или в лабораторных условиях, с помощью контрольно-измерительных
приборов получают диаграмму или осциллограмму натяжения нитей. В
16
данной работе на ткацком станке СТБ-2-216, установленном в лаборатории
ткачества кафедры «Технология текстильного производства» натяжение нитей
при заданных технологических параметрах измерялось в зоне «скало-ламельный
прибор» с помощью экспресс-диагностической установки фирмы «Метротекс».
На диаграмме был выделен участок, после которого характер изменения
натяжения нитей повторяется.
1. Для получения дискретной информации об исследуемом процессе
разбивают диаграмму или осциллограмму натяжения нитей с выбранным
постоянным шагом h изменения аргумента.
2. Определяют по экспериментальной диаграмме или осциллограмме
натяжения нитей значения аргумента и функции в соответствии с выбранным постоянным шагом.
3. Для практического применения полинома Стирлинга вводят новую
безразмерную величину по формуле:
xa
(
U
1)
h
где а – значение аргумента, занимающее центральное положение в
таблице экспериментальных данных.
4. Составляют таблицу разностей для определения коэффициентов полиномa Стирлинга.
5. Подставляют значения найденных коэффициентов в полином
Стирлинга и получают математическую модель.
В данной работе эффективность полученной математической модели
оценивалась путем нахождения относительной средней квадратической
ошибки  по формуле:
N
 i
(
2)
  i 1  100 %
N
где  i - относительная величина квадратической ошибки для каждого
значения аргумента хi, , %; N- количество экспериментальных значений
натяжения основных нитей.

(
 i  i  100 %
3)
y тi
где  i - абсолютная средняя квадратическая ошибка для каждого
значения аргумента хi;
N
(
2
 ( y э i  y тi )
4)
i 0
где y э i - экспериментальные значения натяжения основных нитей,
сН; y тi - теоретические значения натяжения основных нитей, вычисленные по
i 
математической модели, сН
17
Алгоритм оценки эффективности полученной математической модели
с помощью полинома Стирлинга сводится к определению относительной
средней квадратической ошибки для всех значений аргумента.
Для наглядного представления оценки эффективности полученной математической модели следует совместить экспериментальную и теоретическую
кривую натяжения нитей.
Если относительная средняя квадратическая ошибка для всех значений аргумента значительна, то с целью получения более адекватной модели необходимо выбрать следующий шаг интерполяции и произвести
расчет в соответствии с разработанным алгоритмом использования интерполяционного полинома Стирлинга для математического описания
технологического процесса ткачества.
Использование данного алгоритма позволяет значительно сократить
время, затрачиваемое исследователем на проведение многочисленных
трудоемких вычислений при анализе натяжения в ткачестве.
Реализация процесса математического моделирования технологического процесса ткачества с помощью вышеуказанного метода приближения функций осуществлялась в среде программирования: Mathcad и
Excel.
Расчет производился по вышеуказанному алгоритму с шагом интерполяции h=5, 10, 15, 20, 30, 40, 60, 80, 120 град. Полученные математические модели имели следующую величину относительной средней квадратической ошибки, представленной в таблице 1.
Таблица 1. Показатели относительной средней квадратической ошибки в зависимости от шага интерполяции
Величина относительной сред- Величина относительной средней
Шаг интерней квадратической ошибки на квадратической ошибки на интерполяции
интервале (0; 360 град.), %
вале (80; 280 град.), %
5
84,25
72,80
10
76,22
58,93
15
95,08
91,49
20
112,88
120,53
30
29,96
2,94
40
19,97
2,76
60
3,77
3,28
80
10,24
5,70
120
96,82
15,23
Таким образом, было установлено:
 при использовании полинома Стирлинга для исследования натяжения нитей основы на ткацком станке СТБ-2-216 целесообразно использовать шаг
интерполяции h=40 град.
 применение интерполяционного полинома Стирлинга дает особую
точность для точек, близких к середине интервала.
Выводы:
1. Проведен анализ работ, посвященных математическому моделированию технологического процесса ткачества.
18
2. Проанализированы методы получения математической модели для
приближенного описания технологических процессов ткацкого производства.
3. На основе экспериментальных данных с использованием интерполяционного полинома Стирлинга получены математические модели
натяжения нитей основы при исследовании технологического процесса ткачества.
4. Предложена методика оценки эффективности полученных математических моделей путем определения относительной средней квадратической ошибки.
5. Разработан автоматизированный алгоритм по использованию метода
приближения функций с применением интерполяционного полинома
Стирлинга для прогнозирования изменения натяжения на ткацком
станке.
6. Разработаны рекомендации по использованию полинома Стирлинга
при анализе натяжения в технологическом процессе ткачества.
УДК 677.024
Н 19
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ИНТЕРПОЛЯЦИОННОГО ПОЛИНОМА НЬЮТОНА ДЛЯ
ПОЛУЧЕНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ, ОПИСЫВАЮЩЕЙ
ПРОЦЕСС ТКАЧЕСТВА
Назарова М.В., Березняк М.Г.
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
Тел. (84457) 9-47-73, Факс. (84457) 9-43-62, E-Mail: ttp@kti.ru,
Ткачество представляет собой процесс формирования ткани определенного переплетения, плотности и ширины из основных и уточных нитей.
Процесс образования ткани на ткацком станке складывается из следующих
циклически связанных друг с другом основных технологических операций:
1) нити основы перемещаются в вертикальном направлении, разделяются в соответствии с рисунком переплетения и образуют зев;
2) в образованный зев вносится уточная нить;
3) проложенная в зеве уточная нить прибивается к опушке ткани;
4) наработанная ткань постепенно отводится и наматывается на товарный валик, а основа перемещается в продольном направлении;
5) основа сматывается с ткацкого навоя под определенным натяжением, необходимым для ведения технологического процесса.
Для исследования технологического процесса ткачества применяются
различные методы. В последнее время в связи с развитием компьютерной
техники стало возможным использование методов математического моделирования для исследования процессов в самых различных отраслях
19
науки. Математическое моделирование представляет собой метод исследования объектов и процессов реального мира с помощью их приближенных описаний на языке математики – математических моделей. Для
получения математических моделей можно использовать различные интерполяционные полиномы, например, полином Ньютона.
Анализ работ, посвященных математическому моделированию процесса
ткачества, показал, что метод приближения функций с помощью полинома
Ньютона ранее не использовался. Для получения математической модели,
описывающей изменение натяжения нитей основы при выработке ткани на
ткацком станке, необходимо выполнить следующие действия:
1. На технологическом оборудовании, установленном в ткацком производстве или в лабораторных условиях, с помощью контрольноизмерительных приборов получают диаграмму или осциллограмму натяжения нитей. На диаграмме или осциллограмме выделяют участок, после
которого цикл натяжения нитей повторяется.
2. Для получения дискретной информации об исследуемом процессе разбивают диаграмму или осциллограмму натяжения нитей с выбранным постоянным шагом h изменения аргумента.
3. Определяют значения аргумента и функции в соответствии с выбранным постоянным шагом по экспериментальной диаграмме или осциллограмме натяжения нитей.
4. Для практического применения полинома Ньютона вводят новую безразмерную величину:
x  x0
(1)
,
U
h
где x0 - значение аргумента, занимающее начальное положение в таблице
экспериментальных данных натяжения.
5. Составляют диагональную таблицу разностей.
6. Подставляют значения разностей из таблицы разностей, в полином
Ньютона.
Используя данный алгоритм, было получено несколько математических
моделей с различным шагом интерполяции. Оценка эффективности полученных математических моделей производилась путем расчета относительной средней квадратической ошибки для всех значений аргумента хi
по формуле:
N
 i
  i 1  100 %
N
(2)
где  i - относительная величина квадратической ошибки для каждого
значения аргумента хi, , %; N- количество экспериментальных значений
натяжения основных нитей.
i 
i
 100 %
y тi
20
(3)
где  i - абсолютная средняя квадратическая ошибка для каждого значения аргумента хi;
N
2
(4)
 i   ( y э i  y тi )
i 0
где y э i - экспериментальные значения натяжения основных нитей, сН;
y тi - теоретические значения натяжения основных нитей, вычисленные по ма-
тематической модели, сН
Математическое моделирование технологического процесса ткачества с помощью интерполяционного полинома Ньютона осуществлялось в программных
оболочках Mathcad и Excel.
Для реализации поставленной цели по использованию интерполяционного полинома Ньютона для получения математической модели в лаборатории
ткачества кафедры «Технология текстильного производства» Камышинского
технологического института (филиал Волгоградского государственного технического университета) был проведен эксперимент по исследованию влияния заправочных параметров ткацкого станка СТБ-2-216 на физикомеханические свойства ткани бязь. Результатом проведенного эксперимента
явилось получение диаграммы зависимости натяжения нитей за оборот
главного вала станка. Данная диаграмма в соответствии с вышеуказанным
алгоритмом разбивалась на равные интервалы с шагом интерполяции h=5,
10, 15, 20, 30, 40, 60, 80, 120 град. После составления диагональных таблиц
разностей и нахождения коэффициентов полинома было получено девять
различных математических моделей.
В зависимости от выбранного шага математические модели имели следующие величины относительной средней квадратической ошибки для всех значений аргумента (см. табл.1).
Таблица 1. Показатели относительной средней квадратической ошибки в зависимости от шага интерполяции
Величина относительной
Величина относительной
Шаг
средней квадратической
средней квадратической
интерполяции
ошибки на интервале
ошибки на интервале
(0; 360 град.), %
(80; 280 град.), %
5
84,29
100,00
10
68,49
81,94
15
56,80
61,34
20
42,50
37,04
30
23,94
10,97
40
117,59
2,84
60
3,77
3,28
80
5,53
4,33
120
96,83
15,25
Из таблицы 1 видно, что наименьшую относительную среднюю квадратическую ошибку на интервале (80; 280 град.) имеет математическая модель с шагом интерполяции h=40 град. Кроме того, особенностью исполь21
зования полинома Ньютона является то, что высокая точность достигается
только для тех точек, которые расположены в середине интервала.
Выводы:
1) Проанализированы методы приближения функций, которые могут применяться для описания технологических процессов ткацкого производства.
2) На основе экспериментальных данных с использованием интерполяционного полинома Ньютона получены математические модели натяжения
нитей основы при исследовании технологического процесса ткачества.
3) Предложена методика оценки эффективности полученных математических моделей путем определения относительной средней квадратической ошибки.
4) Разработан автоматизированный алгоритм по использованию метода
приближения функций с применением интерполяционного полинома Ньютона для прогнозирования изменения натяжения на ткацком станке.
5) Разработаны рекомендации по использованию полинома Ньютона
при анализе натяжения в технологическом процессе ткачества.
УДК 677.024
Н 19
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МЕТОДА ПРИБЛИЖЕНИЯ
ФУНКЦИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПОЛИНОМА ЛАГРАНЖА ПРИ
АНАЛИЗЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ТКАЧЕСТВА
Назарова М.В., Березняк М.Г.
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
Тел. (84457) 9-47-73, Факс. (84457) 9-43-62, E-Mail: ttp@kti.ru,
Технологический процесс ткачества относится к категории сложных
процессов. Он характеризуется большим числом взаимосвязанных факторов, наличием существенных неконтролируемых возмущений и ошибок измерения отдельных факторов и случайным изменением во времени
характеристик. Поэтому важным является установление математической
модели или соотношения между входными параметрами и выходными.
Знание математической модели процесса позволяет прогнозировать
условия изготовления, строение и свойства ткани, оценить степень влияния входных факторов.
Анализ литературы позволил установить, что для математического
описания технологического процесса ткачества ранее использовались
экспериментальные методы, заключающиеся в обработке экспериментальных данных, полученных в результате реализации математикостатистических методов планирования эксперимента.
Кроме этих методов существуют также методы приближения функций,
которые не нашли широкого применения, поскольку требуют проведения значительного количества вычислений, то есть являются очень трудоемкими.
22
В настоящее время появилась современная вычислительная техника,
позволяющая автоматизировать весь процесс исследования какого- либо
процесса при наличии всех необходимых для этого средств исследования. Поэтому стало возможным использование методов приближения
функций для математического описания технологических процессов.
Сущность методов приближения функций заключается в замене одной
функции, которая чаще всего известна лишь эмпирически, другой функцией
более простого вида. С этой целью можно применять различные интерполяционные полиномы, в частности, полином Лагранжа.
Для использования этого полинома при исследовании технологического
процесса ткачества был составлен автоматизированный алгоритм, в соответствии с которым необходимо:
1) На технологическом оборудовании, установленном в ткацком производстве или в лабораторных условиях, с помощью контрольноизмерительных приборов получить диаграмму или осциллограмму натяжения нитей. На диаграмме или осциллограмме выделить участок, после которого цикл натяжения нитей повторяется.
2) Для получения дискретной информации об исследуемом процессе разбить диаграмму или осциллограмму натяжения нитей с выбранным постоянным шагом h изменения аргумента.
3) На основе экспериментальных данных натяжения произвести
вычисления коэффициентов полинома.
4) Подставить коэффициенты в полином Лагранжа, общий вид которого:
Р(х) = В0 +В1(х –xо) + В2(х –xо)(х –x1)+ ... + Вп (х –xо)*
* (х –x1)…(x –x п-1 )
Для получения диаграммы натяжения нитей основы в лаборатории ткачества кафедры «Технология текстильного производства» Камышинского технологического института (филиал) Волгоградского государственного технического университета был проведен эксперимент на ткацком станке СТБ-2-216.
Полученная в результате эксперимента диаграмма обрабатывалась в соответствии с вышеуказанным алгоритмом. В среде программирования Mathcad
было получено несколько математических моделей с различным шагом интерполяции. Оценка эффективности полученных математических моделей
производилась в табличном процессоре Excel путем расчета относительной
средней квадратической ошибки для всех значений аргумента хi по формуле
N
 i
  i 1  100 % ,
N
(1
)
где  i - относительная величина квадратической ошибки для каждого
значения аргумента хi, , %; N- количество экспериментальных значений
натяжения основных нитей.
i 
где
i -
i
 100 % ,
y тi
(2)
абсолютная средняя квадратическая ошибка для каждого зна-
чения аргумента хi;
23
i 
N
2
 ( y э i  y тi ) ,
i 0
(3)
где y э i - экспериментальные значения натяжения основных нитей, сН
y тi - теоретические значения натяжения основных нитей, вычисленные по математической модели, сН
В зависимости от выбранного шага модели имели следующие величины относительной средней квадратической ошибки для всех значений
аргумента (см. табл.1).
Таблица 1. Показатели относительной средней квадратической ошибки в зависимости от шага интерполяции
Величина относительной
Величина относительной
Шаг
средней квадратической
средней квадратической
интерполяции
ошибки на интервале
ошибки на интервале
(0; 360 град.), %
(80; 280 град.), %
5
84,29
100,00
10
68,50
81,95
15
84,01
96,51
20
47,92
46,40
30
21,80
7,25
40
37,20
2,37
60
3,51
3,28
80
10,20
5,68
120
10,30
5,72
Проанализировав данные таблицы 1, выяснили, что на узком интервале
(80; 280 град.) более эффективной математической моделью является та,
которая построена с шагом h=40 град. Однако для исследования натяжения
нитей на всем интервале эту модель использовать нецелесообразно вследствие большой величины относительной средней квадратической ошибки.
В этом случае следует выбирать математическую модель с шагом h=60
град. И в том, и в другом случае величины относительной средней квадратической ошибки на интервале (80; 280 град.) не превышают допустимой
нормы δ=5 %, следовательно, математические модели с шагом h=40 и
h=60 град. могут быть использованы для прогнозирования изменения
натяжения нитей в ткачестве для точек, близких к середине интервала.
Выводы:
1) Проанализированы методы приближения функций, которые могут применяться для описания технологических процессов ткацкого производства.
2) С использованием полинома Лагранжа получены математические модели натяжения нитей основы при исследовании процесса ткачества и проведена оценка их эффективности.
3) Разработаны автоматизированный алгоритм по использованию метода приближения функций с применением интерполяционного полинома Лагранжа для прогнозирования изменения натяжения на ткацком
станке и рекомендации по использованию полинома Лагранжа при анализе натяжения в технологическом процессе ткачества.
24
УДК 677.024
Н 19
РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО МЕТОДА
ПРИБЛИЖЕНИЯ ФУНКЦИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОЛИНОМА
БЕССЕЛЯ ДЛЯ ОПИСАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
ТКАЦКОГО ПРОИЗВОДСТВА
Назарова М.В., Березняк М.Г.
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
Тел. (84457) 9-47-73, Факс. (84457) 9-43-62, E-Mail: ttp@kti.ru,
В последнее время при исследовании технологических процессов ткацкого производства научный и практический интерес представляют вопросы
их прогнозирования, которые являются актуальными в связи с необходимостью уверенного предсказания возможности использования новых видов
сырья, а также традиционных при повышенных скоростных режимах работы оборудования.
Методы математического моделирования позволяют прогнозировать и
управлять технологическими процессами, строением и качеством тканей, а
также определять оптимальные параметры, например натяжение нитей и
скорость станка при небольших затратах и достаточно оперативно. Кроме
того, методы математического моделирования технологических процессов
относятся к числу современных методов и средств исследования и включают в себя методы получения математических моделей и их исследование
с помощью электронных вычислительных машин.
Раньше для получения математической модели с целью оптимизации
процесса ткачества использовались экспериментальные методы, заключающиеся в обработке экспериментальных данных, полученных в результате реализации математико-статистических методов планирования эксперимента.
Использование методов приближения функций являлось нецелесообразным
вследствие многочисленных громоздких вычислений, необходимых для получения конечного результата, представленного в виде математической модели. Однако, в последнее время стало возможным использование данных
математических методов в связи с тем, что многие расчеты, ранее производимые вручную, сейчас можно автоматизировать, имея соответствующие
навыки при работе на современной вычислительной технике.
В работе по использованию математического метода приближения
функций с применением полинома Бесселя при анализе технологических
процессов ткацкого производства был разработан автоматизированный
алгоритм, позволяющий достаточно оперативно получить искомую математическую модель исследуемого технологического процесса и оценить ее эффективность, расчет которой также автоматизирован. Все необходимые вычисления производились в программной среде Mathcad и
табличном процессоре Excel.
В соответствии с разработанным алгоритмом необходимо провести
25
эксперимент на ткацком оборудовании с целью получения экспериментальной диаграммы и ее последующей обработки.
На кафедре «Технология текстильного производства» Камышинского технологического института эксперимент проводился на ткацком станке СТБ-2216, установленном в лаборатории ткачества, при выработке ткани бязь артикула 262. В результате эксперимента была получена диаграмма зависимости
натяжения нитей в зависимости от угла поворота главного вала станка.
Для получения дискретной информации об исследуемом процессе полученную экспериментальную диаграмму натяжения нитей разбили на n
интервалов с выбранным постоянным шагом h изменения аргумента. Результатом этого разбиения стало определение значений аргумента и
функции в соответствии с выбранным постоянным шагом. Полученные
значения функции с выбранным постоянным шагом изменения аргумента
были занесены в таблицу экспериментальных данных натяжения нитей,
на основе которой составляется таблица разностей.
Для определения коэффициентов полинома Бесселя из полученной
таблицы разностей были выбраны только те значения разностей, которые
находятся на линии среднего значения аргумента. Все найденные коэффициенты подставляли в полином Бесселя.
Проведя необходимые преобразования по упрощению полученной
математической модели, приступили к определению ее эффективности.
Оценка эффективности математической модели заключается в определении относительной средней квадратической ошибки для всех значений аргумента хi по формуле:
N
 i
  i 1  100 % ,
N
(1)
где  i - относительная величина квадратической ошибки для каждого
значения аргумента хi, , %; N- количество экспериментальных значений
натяжения основных нитей.
i 
где  i - абсолютная
значения аргумента хi;
i
 100 % ,
y тi
средняя квадратическая ошибка для каждого
N
(3
2
 ( y э i  y тi ) ,
)
i 0
где y э i - экспериментальные значения натяжения основных нитей, сН;
i 
y тi - теоретические значения натяжения основных нитей, вычисленные по мате-
матической модели, сН
С целью получения более достоверных сведений об исследуемом процессе
были построены математические модели с шагом интерполяции h=5, 10, 15,
20, 30, 40, 60, 80, 120 град.
26
(
2)
В зависимости от выбранного шага интерполяции математические
модели имели следующие величины относительной средней квадратической ошибки для всех значений аргумента (см. табл.1).
Таблица 1. Показатели относительной средней квадратической ошибки в зависимости от шага интерполяции
Величина относительной
Величина относительной средШаг
средней квадратической
ней квадратической ошибки на
интерполяции
ошибки на интервале
интервале
(0; 360 град.), %
(80; 280 град.), %
5
80,49
66,51
10
398,46
619,78
15
103,87
106,28
20
6644,51
11226,90
30
76,24
62,83
40
94,11
15,30
60
42,79
4,81
80
72,39
4,82
120
211,98
9,27
Из таблицы 1 видно, что более оптимальной является математическая
модель с шагом интерполяции h=60 градусов. Эта математическая модель выглядит следующим образом:
 1  
60


x  180   x  180
2
   x  180  1  
 3.0355  10  


1
 
  60

2
 60   60
 
3
P ( x)  1.0305  2.7144  10
3
 ( 4.0424)  10
 3 x  180
 x  2.8648  10

60
 
x  180
 x  180  2   x  180 
  1   60  2
 60 
 

 
Данную математическую модель можно использовать для контроля
натяжения нитей основы на ткацком станке, но только в узких пределах,
поскольку особенностью метода приближения функций с использованием интерполяционного полинома Бесселя является то, что применение
его дает особую точность для точек, близких к середине интервала.
Выводы:
1) На основе экспериментальных данных с использованием интерполяционного полинома Бесселя получены математические модели натяжения
нитей основы при исследовании технологического процесса ткачества.
2) Проведена оценка эффективности полученных математических
моделей путем определения относительной средней квадратической
ошибки.
3) Разработан автоматизированный алгоритм по использованию метода
приближения функций с применением интерполяционного полинома Бесселя для прогнозирования изменения натяжения на ткацком станке.
4) Разработаны рекомендации по использованию полинома Бесселя
при анализе натяжения в технологическом процессе ткачества.
27
УДК 677.04
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НЕТКАНЫХ МАТЕРИАЛОВ
ДЛЯ ДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
Назарова Ю.В., Тюменев Ю.Я., *Мухамеджанов Г.К., **Плеханова С.В.
Московский государственный университет сервиса,
*ОАО «Научно-исследовательский институт нетканых материалов»,
**Московский государственный текстильный университет им.
А.Н.Косыгина
На сегодняшний день выпуском нетканых материалов в России занимается
более 50 предприятий. При их производстве используются различные технологии, сырье и оборудование, отделки и термообработки, позволяющие выпускать
нетканые материалы с широким диапазоном потребительских и эксплуатационных свойств, что позволяет применять их в различных сферах деятельности и
использовать как материалы производственно - технического назначения.
Одним из направлений, в котором нетканые геотекстильные материалы получили широкое применение является дорожное строительство.
Основная цель использования геотекстиля в дорожном строительстве
– обеспечение надежного функционирования автодороги или отдельных
ее элементов в процессе эксплуатации. Дополнительные слои из геотекстильных материалов позволяют повысить эксплуатационную надежность и сроки службы дорожной конструкции или отдельных ее элементов, сократив сроки строительства, уменьшить расход традиционных дорожно-строительных материалов (песка, щебня, гравия), объемы земляных работ и материалоемкость дорожной конструкции.
Геотекстильные нетканые материалы выступают в качестве дополнительных слоев и выполняют избирательно или в комплексе ряд функций.
Разделение (сепарация) - заключается в предотвращении смешивания двух
или нескольких прилегающих грунтов, отличающихся различным гранулометрическим составом. Разделительная прослойка должна предотвратить перемешивание слоев материалов в период строительства и эксплуатации. Одновременно замедляются забивание фильтровального слоя и эрозия. Результатом
применения геотекстиля в качестве разделительного слоя являются: снижение
издержек на укладку (уменьшение использования щебня для достижения такой же несущей способности); снижение времени строительства за счет более
быстрой и качественной утрамбовки; снижение стоимости технического обслуживания и увеличение срока работоспособности конструкции.
Благодаря высокой эластичности и приспособленности к контакту с неровными нижними слоями почвы, механически связанные нетканые материалы являются наиболее подходящими для сепарации. Эластичность играет важную роль при разделении мягкого и зернистого слоев почвы, полотно обтягивает камни, предотвращая повреждение нетканой структуры.
Армирование – усиление дорожных конструкций насыпей, в том числе откосов, оснований в результате перераспределения геотекстильным материалом
напряжений, возникающих в грунтовом массиве и дорожной одежде при действии нагрузок от транспортной и собственной массы. В зависимости от области применения повышается жесткость насыпи, устойчивость откосов, несу28
щая способность основания, снижается неравномерность осадки. Применение
геотекстиля в качестве армирующего элемента обеспечивает: сокращение материалоемкости и трудозатрат, повышение темпов строительства, уменьшение
полосы отвода. Основные для выполнения функции армирования свойства
геотекстиля, благодаря которому материал может воспринимать значительные
нагрузки и выполнять функцию армирования при относительно малых деформациях - высокий модуль упругости, большие удлинения при разрыве, высокая сопротивляемость местным механическим повреждениям.
Защита - предотвращение взаимопроникновения крупнофракционных материалов и грунта, предотвращение или замедление процесса эрозии грунтов,
предотвращение повреждения прослоек из других материалов (пленочных
гидроизоляционных). В зависимости от области применения заменяются защитные слои из минеральных материалов, создаются лучшие условия для
формирования (уплотнения) слоев из минеральных материалов, достигаются
лучшие динамические характеристики строительной конструкции. Геотекстильный материал обеспечивает: немедленную защиту откосов; сокращение
стоимости, трудозатрат, растительного грунта; повышение темпов строительства. При использовании специальных видов геотекстильного материала с семенами трав, введенными в его состав в процессе производства, возрастает
экономический эффект. Благодаря своей пористой структуре, геотекстиль создает наилучшие условия для прорастания семян трав. Основные для выполнения функции защиты свойства геотекстиля - сопротивление продавливанию.
Фильтрование – предотвращение выноса грунтовых частиц в результате волнового воздействия, водного течения, давления воды из выклинивающихся водоносных горизонтов, предотвращение загрязнения традиционных дренажей. Заменяются традиционные многослойные минеральные фильтры. Основные для выполнения функции фильтра свойства
геотекстиля - фильтрующая способность. Применение горизонтального
бестраншейного дренажа с использованием геотекстиля в качестве фильтрующей оболочки обеспечивает сокращение стоимости строительства,
трудозатрат, экономию песка и щебня; упрощает контроль качества выполнения работ; исключает необходимость выполнения земляных работ
на оползневом склоне; сокращает сроки строительства. А в качестве обратного фильтра обеспечивает: повышение надежности защиты откосов;
простоту контроля качества выполнения работы; сокращение стоимости
и трудозатрат; экономию зернистых материалов.
Дренирование – ускорение отвода воды в плоскости полотна и нормальном ей направлении. В зависимости от области применения позволяет достичь улучшения работоспособности дренирующих слоев, ускорения консолидации грунтов повышенной влажности, возможности прерывания капиллярного поднятия воды. Основное для выполнения функции
дренирования свойство геотекстиля - тонкость фильтрации. Фильтрующая способность, обусловлена специфической структурой материала, которая исключает внедрение частиц грунта в поры и их засорение. Это
позволяет обеспечивать устойчивые фильтрующие качества материала
под давлением грунта и в условиях сильной вибрации.
Разделение и армирование. При строительстве дорог (от пешеходных
до железных) и стоянок обычно используют щебень. Но, со временем, на
дороге на слабом основании (глина, торф или переувлажненные грунты)
29
образуются колеи либо щебень вообще «тонет». Геотекстиль помогает в
решении этих проблем, препятствуя перемешиванию щебенчатой засыпки
с основанием и сохраняя первоначальную толщину засыпки, что в сочетании со значительным модулем упругости самого геотекстиля позволяет:
- значительно увеличить несущую способность такой конструкции;
- обеспечить повышенную степень уплотнения на этапе строительства,
предотвращая вдавливание щебня в мягкую подоснову;
- снизить разрушение дорог, вызываемое воздействием мороза, так как
задержанные мельчайшие частицы (тонкодисперсные включения) действуют как губка, впитывая воду и расширяясь при замораживании.
Результатом применения геотекстиля в качестве разделительного слоя
являются:
- снижение издержек на укладку (уменьшение использования щебня
для достижения такой же несущей способности);
- снижение времени строительства за счет более быстрой и качественной утрамбовки;
- снижение стоимости технического обслуживания и увеличение срока
работоспособности конструкции.
Фильтрация и дренаж. Для осушения или снижения уровня грунтовых
вод, в частности на заболоченных почвах, обычно применяют различные
дренажные системы. Традиционный способ - это канава, по которой вода
выводится за пределы участка либо в специальные места ее сбора. Такой
способ - самый дешевый, но не очень эстетичный, к тому же быстро обваливающиеся края и намытый водой песок быстро снижают, а затем
полностью прекращают ток воды. Чтобы края не обваливались, канаву
рекомендуется заполнить щебнем или керамзитом. Такая система более
эффективна, но, со временем проницаемость засыпки значительно снижается за счет заиливания мелкими частицами. Геотекстиль, если им выложить полностью канаву и внахлест уложить на засыпку, фильтрует
тонкодисперсный поток, и поэтому площадь фильтрации дрены, а также
ее водопроницаемость сохраняются в течение гораздо большего времени.
Для выполнения дренажей также часто используют дренажные перфорированные трубы, в последнее время их часто используют уже с геотекстилем,
обернутым вокруг трубы, что предотвращает засорение самой трубы и отверстий в ней. Геотекстиль для этих целей идеально подходит благодаря высоким
фильтрующим способностям материала и тому, что он не заиливается. При применении данной технологии возможен отказ от использования дренажной трубы, так как можно применять только щебень крупных фракций и геотекстиль.
Вода, проходя из почвы в дренаж через геотекстиль, вымывает мелкие частицы,
после чего соединительная структура крупных частиц прилегает к материалу и
образуется естественный почвенный фильтр, который последовательно уменьшает вымывание, вплоть до его полного прекращения. Пропускающая способность такой системы определяется водопроницаемостью грунта.
Эффективность и возможность выполнения геосинтетическими материалами перечисленных выше функций определяется их видом, способами изготовления, исходным сырьем и соответствием показателей свойств требованиям.
30
УДК 677.023
РОЛЬ ТЕХНИЧЕСКОГО ТЕКСТИЛЯ В РАЗВИТИИ
НАРОДНОГО ХОЗЯЙСТВА СТРАНЫ
Николаев C.Д., Панин И.Н., Зайцев В.П.
Димитровградский институт технологии, управления и дизайна,
Московский государственный текстильный университет им.А.Н. Косыгина,
тел./факс (84235) 2-13-25, E-mail.panin@ditud.ru)
Все отрасли народного хозяйства страны будь то машиностроение,
атомная энергетика, медицина, сельское хозяйство, авиа и аэрокосмическая отрасль или нефтяная и газодобывающие отрасли, автомобилестроение и т. д. буквально пронизывает одна отрасль – технический текстиль.
Не существует ни одного космического корабля или подводной лодки,
автомобиля или компьютера, где бы не использовались продукты выпускаемые текстильщиками. В настоящее время технический текстиль находит все более широкое применение в новых отраслях, это и дорожный
текстиль (ткани дарнит), текстильная броня, текстильный бетон, а в последнее время без текстильных фильтровальных материалов не обходится ни одна установка по очистке различных сред (питьевой воды, газов,
технических растворов, дымов и т.д.).
Высока доля использования продуктов технического текстиля в атомной энергетике, и даже в спорте невозможно показать высокие результаты без использования текстильных изделий специального назначения
(костюмы пловцов, шесты прыгунов и т.д.).
Во многих странах Мира техническому текстилю уделяется очень
большое государственное внимание. Особенно развито это направление
текстиля в Германии, Турции, Китае, США и ряде других стран.
В нашей стране также сильны традиции технического текстиля, который развивается в МГТУ им. А.Н. Косыгина, ДИТУД, СанктПетербургском университете дизайна. В данных учреждениях созданы
новые изделия технического текстиля связанные с решением экологических задач (трубчатые текстильные фильтры и аэраторы) направленных
на очистку питьевой воды и сточных вод. Учитывая вышеизложенное
следует считать, что развитие работ и научных направлений технического текстиля являются приоритетной задачей текстильной отрасли страны
и важным звеном национальной безопасности России.
31
УДК 677.023
О НЕДОСТАТКАХ КОНСТРУКЦИЙ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ
БОБИНАЖНЫХ МОТАЛЬНЫХ МАШИН
Панин А.И., Воропаева Л.В.
Димитровградский институт технологии, управления и дизайна,
тел./факс (84235) 2-13-25, E-mail.panin@ditud.ru)
Эффективность протекания процессов ткачества и вязания во многом
определяется качеством намотки мотальных бобин, которое не отвечает
современным высоким скоростям переработки указанных паковок на
бесчелночных ткацких станках и вязальных машинах.
Скорость введения уточной нити в зев на стыках СТБ составляет 24 м/с
(1440 м/мин) и происходит рывками, что вызывает быстрый сход бобин, возникновение слетов, высокую обрывность пряжи и как правило ведет к увеличению угаров (отходов) пряжи. Поэтому необходимо укрупнять мотальные
паковки, повышая их массу, а следовательно, и длину намотанных нитей,
изыскивать мероприятия по уменьшению количества слетов и гарантирующих
полное сматывание нити с бобин. Применение мотальных паковок увеличенных габаритов (бобин ракетной формы) не дало желаемых результатов из-за
необходимости увеличения габаритов машин и низкого качества их намотки.
Наиболее эффективным способом решения указанных задач является
внедрение в производство мотальных паковок сомкнутой структуры, которые при тех же габаритах (объема) имеют массу в 1,5 раза большую,
более равномерную удельную плотность намотки и обладают большей
связанностью витков; такие бобины могут быть получены на механизмах
с раздельным действием механизмов намотки и раскладки нити, т.е. на
бобинажных мотальных машинах. Зарубежные мотальные машины
снабжены механизмами, позволяющими получить сомкнутую намотку
бобин, а отечественные прецизионные мотальные машины не имеют подобных механизмов, что является конструктивным недостатком.
Наличие большого свободного отрезка нити между нитеводителем и
точкой входа нити в бобину вызывает необходимость применения механизма сокращения хода нитеводителя для предупреждения спадания (слета) витков на торцы бобин. Последнее обстоятельство ведет к уменьшению
объема пряжи на бобине, а следовательно, к увеличению отходов пряжи
при ткачестве и вязании. На зарубежных бобинажных мотальных машинах
длина свободного отрезка нити сведена к минимуму, что позволяет не
применять механизм сокращения хода нитеводителя, и этим самым увеличить объем пряжи на бобинах.
Кроме того, на зарубежных бобинажных мотальных машинах для привода
мотальных головок используется трехфазные асинхронные электродвигатели с
теристерным управлением. Это позволило увеличить надежность привода, повысить ею мощность и расширить ассортимент перематываемой пряжи по сравнению с отечественными бобинажными мотальными машинами, головки которых получают вращение от однофазных электродвигателей переменного тока.
Устранение всех вышеуказанных недостатков в конструкции отечественных бобинажных мотальных машин позволит существенно повысить эффективность мотальных машин позволит существенно повысить
эффективность производства.
32
УДК 677.023
ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО
СОСТОЯНИЯ (НДС) ОСНОВНЫХ НИТЕЙ НА СТАНКЕ СТБМ-180
Романов В.Ю.
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
Тел. (84457) 9-47-73, Факс. (84457) 9-43-62, E-Mail: ttp@kti.ru,
Целью данной работы является оценка изменения напряженнодеформированного состояния основных нитей при выработке петельных
тканей при помощи метода расчёта НДС нитей, предложенного в работе
[1] и адаптированного к исследуемому ткацкому станку СТБМ-180.
Для образования махровых тканей обычно используют две системы
основных и одну систему уточных нитей. Одна основа, переплетаясь с
утком, образует грунт, или основание ткани, и называется грунтовой или
коренной. Другая основа служит для образования петель и называется
петельной основой. Эти две основы в определенном порядке переплетаются с одним утком.
Предлагаемый метод расчета НДС нитей основы на ткацком станке
СТБМ-180 будет обладать следующими особенностями:
Для коренной основы
1) При расчете заправочного натяжения коренной основы учитывается, что в системе заправки станка установлено два скала (рис. 1).
2) При расчете длины деформируемой нити основы, она будет разделяться на длину нити, огибающей большое скало и длину нити, огибающей малое скало.
3) При расчете деформации нитей основы при прибое для нахождения
расстояния, пройденного батаном за период от начала движения до крайнего
переднего положения, необходимо учитывать особую конструкцию батана.
Для петельной основы
1) При расчете заправочного натяжения петельной основы следует
учесть, что система заправки существенно отличается от коренной (рис. 1).
2) При расчете длины деформируемой нити основы, также необходимо учесть особенности заправки петельной основы
3) При расчете деформации нитей основы при прибое необходимо
учитывать, что петельная основа в момент прибоя отпускается специальным механизмом.
Для определения общей абсолютной деформации нитей основы А О
необходимо рассчитать:
– абсолютную деформацию нитей основы от заправочного натяжения,
– абсолютную деформацию нитей от зевообразования
– деформацию нитей при прибое.
Таким образом, общая абсолютная деформация нитей основы определяется по формуле:
Ao 
 180 0
[h  (hл  hл )] 2 [h  (hл  hл )] 2 h 2 b 2  2hb 
Fз Lo
 sin 2  0
( i   з )  ск

 
  (l бi  l бв )
SE (t )
2l3
2l 2
2l1
2l1 
 360   в

33
l5
l1
l3
l4
Рис.1 Технологическая схема заправки петельной (сверху)
и коренной (снизу) основы ткацкого станка СТБМ-180
Натяжение нитей основы определяют по формуле:
 F L

 180 0
[h  (h л  h л )] 2 [h  (h л  h л )] 2 h 2 b 2  2hb 
F(t )  E (t ) S  з o  sin 2  0
( i   з )  ск

 
  (l бi  l бв )
2l 3
2l 2
2l1
2l1 
 SE (t )

 360   в

Результаты расчетов натяжения нитей коренной и петельной основ представлены на рис. 3
90
80
70
60
50
40
30
36
0
34
0
32
0
30
0
28
0
26
0
24
0
22
0
20
0
14
0
12
0
10
0
80
60
40
20
0
0
18
5
10
16
0
1 и 2 ут.прокидка КО
3 ут.прокидка КО
1 и 2 ут.прокидка ПО
3 ут.прокидка ПО
20
Рис. 3 График изменения натяжения коренной и петельной основ
Выводы по работе:
1. Из графиков видно, что максимальное натяжение нитей коренной
основы в процессе ткачества двухсторонней петельной ткани составляет
11,4 % от разрывной нагрузки нитей с линейной плотностью Т=36 текс, а
петельной основы – 9,2%.
34
2. Резкое увеличение натяжения нитей в момент прибоя как коренной, так и петельной основы при третьей прокидки утка, объясняется тем
что в этот момент происходит прибой сразу трёх нитей утка.
Список литературы
1. Николаев С.Д., Юхин С.С., Евсюкова Е.В.. Методы расчёта параметров напряженнодеформированного состояния нитей на ткацком станке при выработке тканей различных
переплетений. Учебное пособие. – М.: МГТУ, 2002. – 40с.
УДК 677.027.115:[677.074:677.21]
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ УДАЛЕНИЯ БЕЛКОВЫХ ПЯТЕН
С ИЗДЕЛИЙ ИЗ ХЛОПЧАТОБУМАЖНЫХ ТКАНЕЙ
Санжеева Е.Б., Сафонов В.В., Баланова Т.Е.
Московский государственный текстильный университет им.
А.Н. Косыгина
На сегодняшний день проблема удаления белковых пятен с текстильных материалов является очень актуальной. В связи с этим представляла
интерес разработка препарата для решения этой проблемы. Большое распространение в последнее время получили ферменты, применяемые в составах моющих и пятновыводных средств, способствующие удалению
трудновыводимых пятен.
Их применение способствует быстрому и полному удалению загрязнений, которые под действием других веществ трудно или совсем неудалимы. [1]
Для удаления белковых загрязнений использовались протеолетические ферменты – протеазы, ускоряющие процесс разложения белковых
веществ, пептидов и аминокислот.
Задачей нашего исследования является создание препарата на основе
ферментов для удаления белковых пятен.
При разработке такого препарата использовался метод микростирки
искусственно загрязненных образцов белой хлопчатобумажной ткани.
Ткани загрязнялись искусственным загрязнителем по гостированной методике.
Загрязненные образцы просматривались на лейкометре фирмы “Карлцейсс”, затем обрабатывали в среде испытуемого ферментного препарата
на шюттель – аппарате для взбалтывания в течение 30 мин. Далее образцы промывались проточной и дистиллированной водой, высушивались на
воздухе и просматривались на лейкометре. [2]
Для поддержания необходимой температуры раствора обработка проводилась в термосах.
Эффективность отстирывания определялась по величине моющей
способности, которая характеризует степень удаления загрязнении в %.
Моющую способность определяли по формуле:
М=(R0-RЗ)/(RИ-RЗ)*100,
35
М
оющая способность, %
где R0, RЗ, RИ – коэффициет отраженного света тканью обработанной,
загрязненной и исходной белой. [1]
На первоначальном этапе эксперимента было изучено влияние природы фермента на моющую способность чистящего раствора. Рассматривались два протеолетических фермента Пектиназа 1 и Пектиназа 2.
Для определения влияния концентрации фермента Пектиназа 1 на
моющую способность раствора проводили обработку образцов загрязненной ткани в течение 30 мин. при рекомендуемой температуре 50°С.
Полученные результаты представлены на рис.1
50
1
40
2
30
20
10
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
С, %
Рис.1 Зависимость моющей способности раствора содержащего фермент Пектиназа 1 и Пектиназа 2: 1 - раствор, содержащий фермент Пектиназа 1; 2 – раствор,
содержащий фермент Пектиназа 2.
Полученные данные показывают, что введение ферментов существенно повышает моющую способность раствора и, следовательно, его применение целесообразно.
Из данных рис. 1 следует, что моющая способность раствора, содержащего Пектиназа 1, с увеличением концентрации фермента с 0 до 0,5 %
существенно возрастает с (6,0 до 34,0%), а при дальнейшем повышении
концентрации фермента, моющий эффект существенно не меняется.
Приведенные данные и кривая зависимости 2 показывают, что для
фермента Пектиназа 2 оптимальной является концентрация, находящаяся
в пределах от 0,3 до 1,0%. При этом характер концентрационной зависимости такой же, как и в случае с ферментом Пектиназа 1 , однако, абсолютное значение моющей способности выше при использовании фермента Пектиназа 2.
Сопоставляя полученные результаты, видно, что более эффективным
является раствор, содержащий фермент Пектиназа 2. Оптимальной концентрацией фермента приняли величину 0,5%.
Далее было исследовано влияние температуры, продолжительности
времени обработки, концентрации фермента, влияния ПАВ и восстановителя на моющую способность раствора.
Необходимо учитывать активность самого фермента, которая определяется температурной зависимостью. Для определения влияния температуры на моющую способность раствора готовили 0.5 %-ный раствор Пектиназа 2 и проводили обработку образцов загрязненной ткани в течение
36
Моющая
%
способность,
30 минут на шюттель – аппарате при температуре от 20 до 60°С (обработку проводили в термосах). В результате исследования установлено,
что оптимальные температурные условия для действия фермента соответствуют температуре 40 - 50°С, а при дальнейшем повышении температуры до 60°С моющая способность начинает падать, что связано с денатурацией белка фермента.
Для определения влияния продолжительности обработки загрязненной
ткани растворами Пектиназа 2 образцы обрабатывались на шюттель – аппарате 0,5 %-ным раствором при температуре 40°С и продолжительности
от 10 до 60 мин.
Известно, что основные биохимические процессы на ткани протекают в
первые 10-15 мин, однако, установлено, что максимальный эффект при
удалении белковых загрязнений достигается при 20-ти минутной обработке, далее с увеличением времени величина моющей способности постепенно падает.
В следующей серии опытов было изучено действие ПАВ и влияние их
на моющую способность раствора Пектиназа 2. В качестве ПАВ были исследованы анионноактивные – ЕС-1, неионогенныне – ЕС-2 и катионоактивные – ЕС-3 растворы.
Данные исследования влияния ПАВ на моющую способность раствора приведены на рис. 2.
70
Как видно
1 из рис. 2 ис60
2 пользование
50
ПАВ позволя40
3 ют увеличить
показатель
30
моющей спо20
собности раствора, следова10
тельно, целесообразно при0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
С, %
менение вышеРис. 2 Зависимость моющей способности раствора от вида ПАВ указанных
1 – раствор, содержащий фермент Пектиназа 2 и ЕС-1;
ПАВ в составе
2 – раствор, содержащий фермент Пектиназа 2и ЕС-2;
чистящего
3 – раствор, содержащий фермент Пектиназа 2 и ЕС-3.
средства.
Полученные данные свидетельсьвуют о том, что наиболее эффективными являются добавки ЕС-2 и ЕС-1, максимальное значение моющей
способности составляет 64,0 и 62,4% соответственно. При этом имеется
экстремальная зависимость моющей способности от концентрации ПАВ,
максимальное значение получено при добавлении в раствор 0,7% ЕС-1 и
ЕС-2. Использование ЕС-3 не позволяет получить высокие показатели
моющей способности.
В результате исследования влияния ПАВ установлено, что наиболее
целесообразно использовать анионоактивные и неионогенные ПАВ, в
частности, ЕС-1 и ЕС-2 с эффективной концентрацией 7 г/л.
37
Моющая
%
способность,
В работе было исследовано влияние восстановителей как компонента
моющего раствора, содержащего фермент. Данные исследования представлены на рис. 3.
Данные ис60
следования
50
1 свидетельствуют о том,
40
что использо30
2 вание восстановителя ВС-1
20
3 в композиции с
10
ферментом в
растворе поз0,2
0,4
0,6
0,8
1,2
1,4
0
1
воляет
улучС, %
шить показаРис. 3 Зависимость моющей способности раствора
тель моющей
от восстановителей
способности
1 – раствор, содержащий фермент и ВС-1;
чистящего
2 – раствор, содержащий фермент и ВС-2;
средства, сле3 – раствор, содержащий фермент и ВС-3.
довательно, его
применение эффективно. Использование восстановителей ВС-2 и ВС-3
снижает показатель моющей способности, в связи с этим применение
вышеуказанных восстановителей нецелесообразно. Наиболее эффективной концентрацией восстановителя ВС-1 является 0,7% моющая способность раствора составляет 51%.
При погружении загрязненной ткани в раствор, содержащий моющее
средство его молекулы адсорбируются на поверхности загрязнений. Процесс адсорбции протекает постепенно, когда, молекулам моющего вещества удается захватить все свободные точки и проникнуть в зазор между
тканью и загрязнением, частица грязи оказывается полностью покрытой
адсорбированными прочно связанными с ней молекулами. Такая частица
отделяется от поверхности ткани, силы притяжения между нею и тканью
ослабевают, она отрывается и уходит в раствор. Перемешивание раствора
на приборе способствует удалению грязи с поверхности ткани и способствует образованию пены. Загрязнения, удаленные с ткани образуют в растворе суспензию. Частицы грязевой суспензии, захваченные пеной, удаляются из раствора вместе с нею. [3]
Таким образом, на данном этапе эксперимента были установлены оптимальные концентрации реагентов пятновыводного средства и оптимальные режимы обработки: Т=40°С, t=20 мин.; Сфермента=5 г/л, С ЕС-1
и ЕС-2=7г/л, С ВС-1=7г/л.
Список литературы
1. Федорова А.Ф. Технология химической чистки и крашения: Учеб.для вузов. – М.:
Легпромбытздат, 1990. -336 с.
2. ГОСТ 4920-80. Оценка качества ферментсодержащих препаратов для удаления белковых загрязнений. – М.; ЦНИИБыт, 1985.-15 с.
3. Граусман О.М. Химические материалы, красители и моющие средства: учеб. для
техникумов. – М.: Легпромбытиздат, 1985. – 208 с.
4. Сафонов В.В. Электронные процессы в отделке тканей. – М., 1995.
38
УДК 677.023
МОТАЛЬНЫЕ ПАКОВКИ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
И ИХ РОЛЬ В РАЗВИТИИ ОТРАСЛИ
Стрелков Е.В., Бояркина М.А., Поликарпов А.В.
Димитровградский институт технологии, управления и дизайна,
Московский государственный текстильный университет им.
А.Н. Косыгина,
тел./факс (84235) 2-13-25, E-mail.panin@ditud.ru
Основные тенденции развития текстильного производства заключается в создании новых технологий формированию новых изделий, используемых человеком в различных отраслях народного хозяйства (от изделий бытового назначения, до изделий используемых в военных целях), и
соответствующего высокопроизводительного оборудования необходимого для реализации данных технологий и получать требуемые продукты с
заданными качественными показателями и свойствами.
Одним из главных направлений укрепления отечественного текстильного производства является развитие технического текстиля, так как именно здесь сохранен высокий потенциал разработок российских учебных текстильщиков.
Новейшими технологиями технического текстиля следует считать
разработанные нами способы формирования мотальных паковок специального назначения, к которым относятся:
 мотальные паковки увеличенных габаритов и плотности намотки (до 12 кг);
 паковки заданной пористости и проницаемости (используемые в качестве трубчатых текстильных фильтров);
 мотальные паковки используемые в качестве композиционных материалов;
 паковки заданной формы и размеров из неидеальных гибких нитей и т.д.
Данные паковки отличаются от обычных материалов тем, что они вырабатываются дешевым однопроцессным способом, при высокой точности параметров структуры, что позволяет создавать объекты текстильного производства с наперед-заданными свойствами и качественными показателями.
Создание таких паковок позволит существенно расширить возможности текстильного производства в деле создания новых материалов.
39
УДК 677.04
О ПРОБЛЕМЕ ПОВЫШЕНИЯ СВЕТОСТОЙКОСТИ
УКРЫВНЫХ НЕТКАНЫХ МАТЕРИАЛОВ,
ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В АГРОПРОМЫШЛЕННОМ КОМПЛЕКСЕ
Тюменев Ю.Я., Галимулин А.Х., *Мухамеджанов Г.К., **Шитова Т.И.
Московский государственный университет сервиса,
*ОАО «Научно-исследовательский институт нетканых материалов»,
**Московский государственный текстильный университет им.
А.Н.Косыгина
В настоящее время в агропромышленном комплексе многих стран
широко используются текстильные полотна. В последнее время большой
интерес вызывают нетканые термоскреплённые материалы. Данные полотна могут использоваться для различных целей, в том числе и в качестве укрывного материала для защиты сельскохозяйственных растений от
неблагоприятных условий среды, натягивания на каркасные парники,
мульчирования почвы.
Данные материалы испытывают при эксплуатации комплексное воздействие температуры, атмосферных осадков, биологически активных веществ, что вызывает старение материала, которое выражается в потере
прочности. Одним из наиболее значительных факторов износа от старения
для данного рода материалов, выработанных из полипропилена и полиэфира, является фотодеструкция полимера от солнечного излучения видимого и ультрафиолетового спектра. Это воздействие вызывает образование
свободных радикалов в исходном волокнообразующем полимере и, как
следствие, его деструкцию.
С целью предотвращения раннего старения укрывных материалов при
их производстве в состав исходного полимера вводят различные добавки
- светостабилизаторы, отличающиеся друг от друга химическим составом, строением, механизмом действия и своей эффективностью.
На кафедре «Материаловедение и товарная экспертиза» МГУС совместно с ОАО «НИИНМ» и МГТУ им.А.Н.Косыгина проводится цикл
работ по исследованию возможности повышения потребительских
свойств укрывных нетканых материалов в процессе эксплуатации. Основными потребительскими свойствами данной номенклатуры агротекстильных материалов, как показали социологические опросы потребителей, являются износостойкость, прочность, материалоемкость и стоимость.
Целью работы является исследование светостойкости нетканого
укрывного материала, выработанного с использованием различных видов
светостабилизаторов, а также влияния их содержания на долговечность
образцов. Объектами исследования были выбраны образцы нетканого
материала одной поверхностной плотности с применением различных
видов UV-стабилизатора, с варьированием каждого из стабилизаторов по
40
процентному содержанию. На первом этапе исследования были использованы различные приборы для ускоренных испытаний текстильных материалов с целью определения их светостойкости, как одного из основных свойств агротекстиля.
Для осуществления процесса искусственного старения в лабораторных условиях применяются приборы, в которых используются различные
виды ламп (флуоресцентные, металлогалогенные, ксеноновые). Все эти
лампы наряду с инфракрасным и видимым излучением в первую очередь
создают ультрафиолетовое излучение, но различаются общим количеством УФ-энергии, которую они излучают; пиковой эмиссией; спектром
длины волн. Разница в энергетической мощности или длине волн ламп
может существенно сказаться на результатах испытаний.
По интенсивности излучения в зависимости от длины волн наиболее
соответствуют естественному солнечному излучению у поверхности
Земли ксеноновые лампы.
Отсеивающий эксперимент показал, что наиболее подходит для поставленной цели установка для климатических испытаний материалов
УКИМ. Данная установка позволяет имитировать условия эксплуатации
при ускоренных испытаниях. Непрерывное облучение производилось с
интенсивностью излучения ксеноновой лампы (при длине волны 300-800
нм) 1030 Вт/м2, с периодичностью дождевания в течение 20 сек через
каждые 20 минут, температура в рабочей камере в зоне вентилирования
37-39 оС, в режиме «день-ночь» 1 мин.
Критерием оценки светостойкости образцов нетканого укрывного материала служило время облучения проб до потери прочности 50%. В ходе
исследования было выявлено, что образцы нетканого укрывного материала, выработанные с применением светостабилизаторов Cesa и Ferro, являются более светостойкими, чем со стабилизатором «Аяском».
Результаты испытаний показали, что время облучения необходимое
для потери прочности образца на 50% зависит для каждого вида стабилизатора от его концентрации в волокнообразующем полимере.
Методом световой и поляризационной микроскопии были обнаружены внешние признаки деструкции волокон полотна после инсоляции,
причём их число увеличивалось с увеличением длительности облучения.
Волокна мутнели, в то время как до инсоляции имели гладкую прозрачную поверхность.
По результатам исследования определен характер зависимости повышения светостойкости укрывных нетканых материалов от вида и концентрации UV-стабилизатора. Результаты исследования используются на
отечественных предприятиях, вырабатывающих нетканые агротекстильные полотна.
41
УДК 677.023.23.001.18(043.3)
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЗАПРАВОЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ
СТАНКА НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
ВАФЕЛЬНОЙ ТКАНИ
Фефелова Т.Л.
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
Тел. (84457) 9-47-73, Факс. (84457) 9-43-62, E-Mail: ttp@kti.ru,
В настоящее время на российском рынке большой спрос имеют текстильные товары из зарубежных стран, так как российские ткани не являются конкурентно способными из-за высокой цены, связанной со стоимостью сырья и издержками производства. Потребитель предпочитает
более дешевый товар, несмотря на его недостаточно высокое качество.
Выходом из этой ситуации может служить повышение качества ткани,
применение современного высокоскоростного ткацкого оборудования,
либо использование и того и другого одновременно.
Целью работы являлось исследование физико-механических свойств
вафельной ткани.
Исследование технологического процесса выработки тканей проводился в лаборатории «Механическая технология текстильных материалов» кафедры «Технология текстильного производства» Камышинского
технологического института на ткацком станке АТПР-100.
Изучив свойства тканей вафельного переплетения, требования, предъявляемые к ним, в качестве выходного параметра была выбрана стойкость ткани к истиранию.
В ходе работы был проведен эксперимент для установления влияния
заправочных параметров изготовления ткани (заправочное натяжение нитей основы, у.е, заступ) на стойкость ткани к истиранию.
Эксперимент проводился по матрице планирования КОНО-2. Она обладает свойствами униформности и ротатабельности, имеет малое число
опытов и обеспечивает при этом достаточную точность эксперимента.
После проведения эксперимента на ткацком станке АТПР-100 наработанную вафельную ткань подвергли истиранию на приборе ИТ-3М-1.
В результате получена математическая модель второго порядка описывающая влияние заправочных параметров ткацкого станка на стойкость ткани к истиранию
Y  654,4  0,43x1  1,67 x2  14,43x12  19,47 x22  6,6 x1 x2
Анализ уравнения позволяет сделать вывод что наибольшее влияние
на истирание оказывает заступ, причем с увеличением заступа стойкость
ткани к истиранию уменьшается.
42
УДК [677.071.252.4:677.494.675]:677.017.42
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛИАМИДНЫХ НИТЕЙ,
ВЛИЯЮЩИХ НА ПРОЦЕСС ТЕКСТУРИРОВАНИЯ
Чинкова М.П., Молоденская К.В., Мнацаканян В.У.
Московский государственный текстильный университет им.
А.Н. Косыгина
Полиамидные волокна, разработка методов получения которых началась в Англии с 1941 г., представляют собой пример текстильного волокна, получаемого методами химического синтеза из сырья нерастительного происхождения. Эти волокна могут быть использованы почти во всех
областях текстильной промышленности [1].
Полиамидные волокна и нити нашли разнообразное и широкое использование. Их высокая прочность и упругость, износостойкость и малая плотность определили области их применения. Тонкие комплексные
нити и тонкие мононити используют для выработки трикотажных изделий — чулок, тонкого белья; для производства тонких тканей — блузочных и других; технических тканей (сита, парашютное полотно и т.д.).
Комплексные нити большой линейной плотности применяют для выработки корда для авто- и авиапокрышек, различных крученых изделий, сетей, мебельных тканей и др.
Полиамидные волокна поглощают сравнительно небольшое количество влаги. Поэтому нецелесообразно изготавливать из полиамидных волокон плотные, тяжелые ткани для белья и одежды [2].
Для сообщения химическим нитям таких свойств, как объемность, извитость, пористость, упругая растяжимость и мягкость, исходные комплексные нити подвергают текстурированию. Изделия из текстурированных нитей обладают большей драпируемостью и эластичностью, хорошо
пропускают воздух, впитывают и испаряют в окружающую среду влагу
(гигроскопичны).
Большинство существующих способов текстурирования основано на
механическом воздействии на комплексные нити (кручении, прессовании, гофрировании, протягивании по острой грани) с одновременным
обогревом и последующим охлаждением для фиксации или стабилизации
видоизмененной структуры.
Использование кручения термопластичных синтетических нитей –
один из основных и наиболее распространенных способов текстурирования. Этим способом вырабатываются как высокорастяжимые, так и малорастяжимые нити малой и средней линейной плотности (от 1,66 до 28
текс). К примеру, для тонких чулок и колготок используют комплексные
высокорастяжимые текстурированные нити малой линейной плотности,
вырабатываемые путем кручения. Малорастяжимые текстурированные
нити применяют преимущественно для изготовления верхнего трикотажа, платьевых и костюмных тканей. Их вырабатывают из нитей средней
43
линейной плотности. При этом сначала получают высокорастяжимые
нити, которые затем подвергают дополнительной тепловой обработке.
В настоящее время большая часть текстурированных химических нитей
текстильного ассортимента производится с применением способа ложного
кручения. Основную группу механизмов ложного кручения составляют
устройства фрикционного типа с наружной поверхностью трения, где в качестве крутильных элементов используются профилированные диски.
Наиболее совершенными являются трехшпиндельные многодисковые механизмы с диаметром шпинделя 8-12 мм и жестко фиксированным межцентровым расстоянием. Данные узлы могут применяться для нитей широкого диапазона плотности от 1,1 до 33 текс, они универсальны и достаточно надежны в работе [3].
Известно, что износостойкость поверхности детали, эксплуатирующейся в условиях трения скольжения, зависит не только от физикомеханических свойств материала поверхности, силового и скоростного режимов эксплуатации, но и от шероховатости ее поверхности. Для деталей,
контактирующих с нитью, этот вопрос приобретает особую значимость и
актуальность, поскольку наряду с повышением эксплуатационных характеристик поверхности диска за счет применения керамических покрытий
необходимо сохранить целостность комплексной нити, исключив повреждение элементарных волокон, т.к. при прохождении через механизм
ложного кручения химическая нить совершает сложное движение. Кинематика движения нити характеризуется одновременным вращением, обусловленным фрикционным контактом с поверхностью крутильного элемента, в результате чего нить получает крутку, и поступательным движением в вертикальном направлении со скоростями порядка 800 – 1000
м/мин. Частота вращения нити при закручивании зависит от частоты вращения фрикционных дисков и составляет от 9000 до 12000 об/мин.
При этом качество текстурированной нити также будет зависеть от качества исходной комплексной нити и условий ее переработки [4]. При
оценке качества полиамидных нитей наиболее важным этапом является
выбор номенклатуры определяющих показателей качества, который
определяет всю последующую работу и ее результаты [5]. Номенклатура
определяющих показателей качества обычно дается в соответствующих
стандартах, однако в них не указывается количественная величина значимости, которая необходима для комплексной оценки качества, поэтому
в большинстве случаев при оценке качества продукции возникает необходимость выполнения этого этапа работ. Для этого используются различные методы, среди которых наибольшее распространение получил
экспертный или эвристический из-за своей простоты и невысокой стоимости. Основа экспертного метода была разработана в начале 50-х гг. для
решения крупных военно-промышленных проблем [6, 7]. В качестве экспертов выступили преподаватели МГТУ им. А.Н. Косыгина в количестве
9 человек. Опрос проводился заочно путем анкетирования. По существу,
выбор определяющих показателей качества сводится к нахождению коэффициентов весомости и выделении наиболее значимых показателей.
Общая согласованность оценок экспертов определяется по величине
коэффициента конкордации W.
44
Коэффициент весомости или значимости оцениваемых показателей zi
подсчитывался по следующей формуле:
zi 
mn  S i
,
0,5mn(n  1)
(1)
где m – число экспертов; n – число показателей; Si – сумма ранговых оценок по каждому показателю.
Существенно значимыми являются показатели, для которых выполняется неравенство:
zi 
1
;
n
(2)
Из 23 показателей, предложенных ГОСТ 4.128-84 «Нити химические.
Номенклатура показателей», и 3 показателей, добавленных экспертами,
экспертами было выделено 13 определяющих показателей качества:
1. Количество элементарных нитей
2. Номинальная линейная плотность
3. Удельная разрывная нагрузка
4. Удлинение нити при разрыве
5. Коэффициент вариации по удлинению нити при разрыве
6. Количество кручений на 1м нити
7. Коэффициент вариации по крутке
8. Линейная усадка
9. Плотность намотки
10. Содержание пороков
11. Отклонение фактической или кондиционной линейной плотности от номинальной
12. Коэффициент вариации по линейной плотности
13. Фактическая влажность
Таким образом наиболее важными характеристиками работы пары
трения нить – нитеконтактирующая деталь для сохранения целостности
полиамидной нити являются:
- величина удельной разрывной нагрузки;
- критическая деформация, которая выражается величиной удлинения
нити при разрыве.
Эти характеристики и были исследованы. В качестве образцов были
представлены следующие полиамидные нити линейной плотности: 3,3 текс,
5 текс, 10 текс выработанные на кафедре ПХВ МГТУ им. А.Н. Косыгина.
Отбор проб и испытания проводились в соответствии с ГОСТ 6611.0-73 –
6611.4-73 "Нити текстильные. Правила приемки и методы испытаний".
Результаты исследования этих характеристик представлены в таблице.
Показатели качества нити
3,3 текс
5 текс
10 текс
Удельная разрывная нагрузка, Н
0,70±0,037 1,01±0,058 1,47±0,043
Относительная разрывная нагрузка, 0,21±0,010 0,20±0,010 0,15±0,003
Н/текс
Удлинение нити при разрыве, мм
27,88±1,637 46,49±1,943 38,91±1,511
45
Из результатов таблицы видно, что нагрузки и деформации, испытываемые нитью при текстурировании, для конкретных нитей, не должны
превышать предельных значений.
При этом априорно можно предположить, что весьма важным является обеспечение благоприятного микропрофиля фрикционных дисков и
его материала. Так как на всем пути движения с высокими скоростями,
огибая рабочий профиль фрикционного диска, нить контактирует преимущественно с микровыступами его поверхности. Учитывая, что высота микронеровностей поверхности диска и диаметр элементарных волокон комплексной нити могут быть соизмеримы, можно допустить, что
нить в процессе текстурирования постоянно испытывает кратковременные (импульсные) нагрузки со стороны микровыступов рабочего профиля. При этом целостность элементарных нитей, а, следовательно, и комплексной текстурируемой нити, зависит от воспринимаемых удельных
нагрузок, уровень и частота которых определяется регулярностью микропрофиля и формой контактирующих с ней микровыступов.
Список литературы
1. Кларе Г., Фрицше Э., Грёбе Ф. Синтетические полиамидные волокна. М., «Мир»,
1966.
2. Г.Н. Кукин, А.Н. Соловьев. Текстильное материаловедение, часть 1. М., Легпромбытиздат, 1985.
3. Усенко В.А. и др. Производство текстурированных нитей и высокообъемной пряжи/
Усенко В.А. Дамянов Г.В., Адыров П. М., 1980.
4. Чичинадзе А.В. Расчет и исследование внешнего трения при торможении. М., Наука, 1967.
5. Соловьев А.Н., Кирюхин С.М. Оценка качества и стандартизация текстильных материалов. М., Легкая индустрия, 1974.
6. Соловьев А.Н., Кирюхин С.М. Оценка и прогнозирование качества текстильных материалов. М., Легкая и пищевая промышленность, 1984.
7. Фомин В.Н. Квалиметрия. Управление качеством. Сертификация. Курс лекций. М.,
ЭКМОС, 2000.
УДК 677.463.022.955:77
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАТЯЖЕНИЯ БАЛЛОНИРУЮЩЕЙ НИТИ
С ИПОЛЬЗОВАНИЕМ ЦИФРОВОЙ ФОТОГРАФИИ
Щербаков В.П., Пилюшина И.В.,Цыганов И.Б.
Московский государственный университет им. А.Н. Косыгина,
(495) 954-46-82, (495) 952-14-40
В настоящее время в технике все шире применяются основовязаные
трикотажные полотна из высокомодульных сверхтонких нитей. Для
удобства работы с такими нитями на кафедре механической технологии
волокнистых материалов МГТУ им. А.Н. Косыгина создана технология
превращения их в комбинированные текстильно-металлические нити.
Прядь, состоящая из двух, или трех очень тонких, параллельных высокомодульных нитей, обкручивается сначала химической нитью в одном направлении, а затем другой подобной нитью в противоположном направлении.
46
Контактное взаимодействие двух скрученных между собой упругих
нитей должно обеспечить прохождение текстильно-металлической нити
через нитепроводящие и петлеобразующие органы основовязальной машины без относительного смещения металлического и химического компонента. Силовое же взаимодействие этих нитей, помимо упругих
свойств каждой из нитей, в первую очередь определяется натяжением
химической состовляющей скручиваемых нитей. Кроме того, величины
натяжений компонентов создают равномерную структуру результирующей нити, без чего дальнейшая переработка текстильно-металлической
нити вообще невозможна.
Основным источником возникновения и дальнейшего регулирования
натяжения химического компонента является баллонирование нити при
ее сматывании с катушки (Рис.1).
Рис.1 Баллонирование нити при сматывании с катушки
Цель данной работы – определение натяжения химического компонента комбинированной нити, необходимого для наилучших результатов
дальнейшей переработки комбинированной нити.
Расчетная схема баллона сматывания дана на рис.2.
х
Будем считать нить достаточно «пологой»
(Рис. 1). Длина нити l мало отличается от
А(h;R)
расстояния h между точками закрепления
α
нити. Тогда угол  между касательной к нити
ω
и осью вращения х является малым и
v
М
производная y = tg  << 1.
Баллонирующую
нить
можно
рассматривать
в
условиях
контурного
или
0
установившегося
движения,
когда
у
Рис.2 Расчетная схема баллона движущаяся нить сохраняет все время форму
некоторой неизменяемой линии. Тогда
движущуюся вдоль перемещающейся неизменяемой линии нить можно
рассматривать как находящуюся в покое, если действительное натяжение
*
нити Т заменить кажущимся T и к действующим на нить силам f добавить силы инерции: относительную касательную (   vк e1 ), переносную
(   wе ), кориолисову (   wс ) на вращающиеся с нитью координатные
оси Оху в соответствии с рис. 2 [1]. Проектируя основное уравнение
контурного
движения
идеально
гибкой
нерастяжимой
нити
47
v
d
ds
*
(T e1 )  f   vк e1   wе   wс  0 линейной плотности µ на координат-
ные оси получим два уравнения контурного движения вращающейся нити:
d
ds
(T
d * dy
* dx
2
)  0;
(T
)    y .
ds
ds
ds
*
Кажущееся натяжение T определено равенством T *  T    v2 , где v
- относительная скорость нити.
Путем преобразований, используя приближенное соотношение,
получающееся при разложении радикала в ряд по степеням у,
1 2
2
ds  1  y  dx  (1  y  ) dx , было получено общее решение задачи для
2
«пологой» вращающейся нити y  1 c1c2 sin(   x ) , а также натяжение


C1
1
нити T *  C (1  y 2 ) . Постоянные интегрирования определены из
1
2
C
C
C
cc

уравнений R  1 1 2 sin(   h) и l  (1  2 ) h  2 1 sin(2
h ) .
4
8 
C1


C1
Эксперимент проводился на крутильном устройстве, снабженным
водилкой. В эксперименте использовалась вискозная нить линейной
плотность 8,3 текс, частота вращения баллона составляет 10500 мин -1.
Фотографирование баллонирующий нити производилось цифрововой
фотокамерой с расстояния 0,5 м при экспозии 1/200 (Рис. 1). Полученный
снимок маштабировался в среде Аutocad. С помощью данной среды были
определены такие параметры, как длина образующей баллона (l = 0,118
м), а также высота и радиус баллона (h = 0,111 м и R = 0,039 м), α0=22,6о.
Для экспериментальных данных был выполнен расчет натяжения по
описанной методике. Расчет производился с использованием Мathcad
Professional 2001. Результаты представлены в виде графика на рис. 3.
Максимальное
расчетное
натяжение в баллоне в точке
касания нитью ните-проводника
составило 27,6 сН. Натяжение
нити,
проведенное
с
использованием
тензометрической установки при данных
условиях составило 30 сН, что
хорошо согласуется с расчетом.
Рис. 3 Зависимость натяжения нити
от высоты баллона
Список литературы
В.П. Щербаков. Прикладная механика нити // МГТУ им. А.Н. Косыгина, Международная программа образования, Москва 2001, С.41…71.
48
УДК 681.2.002
МЕХАНИЗМ ИМИТАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
ХЛОПЧАТОБУМАЖНОГО ПРОИЗВОДСТВА НА ЭВМ
Эпов А.А., Ломкова Е.Н., Казначеева А.А.
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
Тел.(84457) 3-40-19. Fax (84457) 3-43-62. E-mail: ivt@kti.ru
Объектом имитации является последовательная обработка исходного
текстильного материала на нескольких машинах поточной линии. Каждая
i-ая машина обеспечивает выполнение технологического процесса, состоящего из совокупности j-ых операций обработки, реализуя таким образом функциональные действия FDij. Обработку исходного материала на
поточной линии можно рассматривать как сложную производственную
систему, в которой обработка на каждой i-ой машине является техникотехнологической подсистемой или компонентой Ki всей системы [1].
Функционирование компоненты Ki представляет собой определенную последовательность FDij. В результате выполнения FDij в Ki происходят события Sij (смена технологического состояния подсистемы Ki).
При этом любое FDij выполняется на некотором временном интервале τij.
Каждая Ki характеризуется понятием локального времени ti. В сложной
системе все ti изменяются одновременно, однако характер этих изменений различен и определяется последовательностью временных интервалов τij.
На основании рекомендаций, изложенных в работе [2], в имитационной модели сложной системы FDij заменяются упрощенными функциональными действиями
FDiju . При этом степень упрощения определяет
уровень детализации имитационной модели. Процедура замены FDij реализуется в следующей последовательности. Вначале выполняется
FDiju
при неизменном значении ti, а затем отображается изменение ti на величину τij, инициируя появление события Sij.
На рис.1 для принятого нами объекта имитации приведено графическое
представление процедуры замены реальных функциональных действий в
подсистеме Ki их моделями. Как видно из рис.1, в подсистеме Ki последовательно выполняются FDi1, FDi2, …, FDin, вследствие чего в Ki соответственно происходят события Si1, Si2, …, Sin (j=1, 2, …, n). С появлением нового Sij происходит изменение FDij и увеличение его временной координаты ti соответственно на величину τi1, τi2, …, τin. В процессе имитации появление событий Sij реализуется ступенчатой линией 0, 1, Si1, 2, Si2, …, n, Sin.
Это означает, что вначале выполняется FDiju при неизменном ti, а затем
отображается изменение ti на величину τij, предопределяя появление события Sij и т.д. При имитации порядок появления события может быть и обратным – сначала изменяется ti, а затем выполняется FDiju .
49
FDiju
n
u
FDin
2
FDin
Sin
Si2
FDiu2
FDi2
1
FDiu1
Si1
FDi1
0
τi1
τi2
τin
ti
Рис.1. Графическое представление процедуры замены
реальных функциональных действий в подсистеме Ki их моделями
В имитационной модели каждое FD u описывается в общем случае неij
которым алгоритмом ALij. В ходе имитации происходят реализации FDiju
по соответствующим алгоритмам ALij и последующее изменение ti на величину τij. Таким образом, имитационная модель описывается набором
элементарных модулей, каждый из которых содержит в себе описание алгоритма выполнения ALij соответствующего FDiju и оператора Otij, осуществляющего изменение временной координаты ti на величину τij. Пару
(ALij, τij ) называют ij-ой активностью имитационной модели и обозначают
ACij. Реализация этой активности в имитационной модели приводит к появлению в модели сложной системы очередного события Sij.
Как было отмечено выше, хлопчатобумажное производство как сложная
система состоит из нескольких технико-технологических подсистем (компонент) Ki, которые функционируют одновременно. Для обеспечения имитации параллельных событий реальной системы вводится некоторая глобальная переменная t0, называемая модельным временем [2]. С помощью этой
переменной можно организовать синхронизацию всех событий Sij в модели и
квазипараллельное выполнение алгоритмов ALij компонент Ki.
Корректировка временных координат ti нескольких Ki с помощью модельного времени t0 осуществляется следующем образом. При совпадении конкретных ti (tij) в процессе выполнения ALij нескольких Ki (в реальной системе происходит одновременно несколько событий Sij) последовательно обслуживаются ALij, совпадающие по времени выполнения. В
этом случае модельное время t0 не меняется до окончания выполнения
всех совпавших по времени реализаций алгоритмов ALij. После каждой
реализации ALij выполняется оператор корректировки временной координаты Otij. Таким образом, корректировка сводится к вычислению нового конкретного значения ti, при котором происходит событие Sij, tij = t0+ τij
Это значение временной координаты ti запоминается и используется для
определения момента новой активизации компоненты Ki. После завершения
50
имитации одновременно появившихся событий Sij, выполнения соответствующих алгоритмов активностей ALij и проведения корректировки временных координат ti меняется значение глобальной переменной модели t0.
Процедура изменения модельного времени в имитационной модели реализуется управляющей программой-монитором. Существуют два способа
изменения t0: с помощью фиксированных и переменных интервалов изменения модельного времени. Для принятого нами объекта имитации на этапе разработки модели и ее программирования выбор сделан в пользу способа фиксированного интервала, исходя из следующих соображений:
1.Установлено [1], что события Sij на всем интервале моделирования
распределены равномерно, и их формирование осуществляется группами.
В результате этого представляется возможным подобрать интервал изменения временной координаты, обеспечивающий минимальную погрешность имитации.
2. Групповое обслуживание всех событий Sij, которые попали в интервал очередного шага t0, приводит к значительному сокращению машинного времени.
3. Данный способ изменения модельного времени менее сложен, его
проще задавать и надежно контролировать.
Окончательный выбор способа изменения модельного времени на основе минимизации погрешности имитации и последующее уточнение t0
будет являться предметом исследований в процессе предварительных испытаний имитационной модели
Список литературы
1.
Эпов А.А., Ломкова Е.Н., Казначеева А.А. Формализация производственного
процесса хлопкопрядения // Инновационные технологии в обучении и производстве: Материалы III Всероссийской конференции, г. Камышин, 20-23 апреля 2005 г. – ВолгГТУ, Волгоград, 2005. – с. 108 - 110.
2.
Максимей И.В. Имитационное моделирование на ЭВМ.– М: Радио и связь, 1988. – 230 с.
УДК 519.682:677.21
РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
КОМПЛЕКСОВ ХЛОПКОПРЯДИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Эпов А.А., Ломкова Е.Н., Казначеева А.А.
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
Тел.(844-57) 9-40-19. Fax (844-57)93-43-62. E-mail: ivt@kti.ru
Возможности моделирования сложных систем обусловлены рядом
принципов, основными из которых являются декомпозиция и иерархичность описания объектов. Разработка математических моделей хлопкопрядильного производства, как сложной иерархической системы, с учетом рекомендаций Н.П. Бусленко [1] начинается с декомпозиции ее на
конечное число частей до получения элементов, удобных для математического и алгоритмического описания.
Исходя из выше обозначенных принципов, применительно к целостному процессу функционирования технологических комплексов хлопкопрядильного производства, представляется возможным выделить на
51
уровне структурных элементов ряд взаимосвязанных техникотехнологических подсистем хлопкопрядения (Т 1…Т4): «Разрыхление,
смешивание и очистка хлопкового волокна», «Получение холста», «Формирование и выравнивание ленты», «Получение пряжи» (табл. 1). При
этом каждая подсистема соответствует технологическому процессу, выполняемому определенным оборудованием механизированной линии.
Дальнейшая декомпозиция процесса хлопкопрядения позволяет выделить подсистемы низшего уровня (Т 1.1…Т1.4; Т3.1, Т3.2) а также наиболее
важные технологические операции (состояния оборудования С1…С15) для
различных групп станков, выполняющих заданные функции в рамках
этих подсистем (табл.2).
Таблица 1. Технико-технологические подсистемы хлопкопрядения
№ п/п
1
2
3
4
Подсистема
Разрыхление, смешивание и очистка хлопкового волокна
1.1. Предварительное рыхление пластов хлопка
1.2. Смешивание волокон
1.3. Очистка хлопка
1.4. Разрыхление хлопка
1.5. Распределение волокна
Получение холста
Формирование и выравнивание ленты
3.1. Формирование ленты
3.2. Выравнивание ленты
Получение пряжи
Код подсистемы
Т1
Т1.1
Т1.2
Т1.3
Т1.4
Т1.5
Т2
Т3
Т3.1
Т3.2
Т4
Таблица 2. Кодирование технологических состояний оборудования прядильного производства
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Код
состояния
ПОДГОТОВИТЕЛЬНО-ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ОПЕРАЦИЯ
С1
Предварительное рыхление и расщипывание пластов хлопка
С2
Смешивание волокон различных партий
С3
Очистка хлопка
С4
Дальнейшее разрыхление хлопка
С5
Распределение волокна, регулирование поступления хлопка
С6
Завершение разрыхления и очистки хлопкового волокна, полуС7
чение холста
Чесание, утонение слоя волокна и формирование ленты
С8
Распрямление и параллелизация волокон, утонение и выравниС9
вание ленты
Вытягивание, утонение и скручивание ленты, получение пряжи
С10
Вспомогательные технологические операции
С11
Отказ по техническим причинам
С12
Отказ по технологическим причинам
С13
Простой оборудования из-за отсутствия фронта работ
С14
Контрольная операция
С15
Технологическое состояние
На основании данных, приведенных в табл. 1 и 2, а также графов тех52
нологических состояний станочного оборудования [2] разработаны математические модели технико-технологических подсистем:
а) подсистема «Разрыхление, смешивание и очистка хлопкового волокна»
 (C(t) = Cm) ∩ (tох(t) ≥ Tох);
Сm, если (C(t) = Cm) ∩ (tох(t) < Tох) ∩ (Nх(t) < Nх) ∩ (α(t) =1) ∩ (β(t) = 1) 
 (C(t) = C12) ∩ (tотп(t) ≥ Tотп)  (C(t) = C14) ∩ (tпо(t) ≥ Tпо);
С12, если (C(t) = C12) ∩ (tотп(t) < Tотп) ∩ (α(t) = 0) ∩ (β(t) = 0)  (β(t) =1) 
 (C(t) = Cm) ∩ (tох(t) ≥ Tох)  (C(t) = C14) ∩ (tпо(t) ≥ Tпо);
С14, если (C(t) = C14) ∩ (tпо(t) < Tпо) ∩ (α(t) = 1) ∩ (β(t) = 0)  (C(t) = Cm) ∩
∩ (tох(t) ≥ Tох)  (C(t) = C12) ∩ (tотп(t) ≥ Tотп).
С1, если(C(t) =C1)∩(tпз(t)<Tпз)∩(α(t)=1) ∩ (β(t) = 0)
C(t+∆t)=
где C  (С1, С2, С3, С4, С5, С6, С12, С14); Сm  (C2 C3 C4 C5 C6); t и Δt – произвольный момент и шаг приращения времени моделирования; Nх(t) – случайная
функция количества хлопка; Nx – необходимое количество хлопка; (t) – случайная функция, характеризующая работоспособность оборудования (0 – не работает, 1 - работает); (t) – случайная функция, характеризующая выполнение технологической операции (0 – не выполняется, 1 – выполняется); tпз(t), tох(t),
tотп(t), tпо(t) – случайная функция времени соответственно выполнения подготовительно-заключительной операции, обработки хлопка, отказа по техническим
причинам, простоя оборудования; Tпз, Tох, Tотп, Tпо – регламентированное значение длительности времени соответственно выполнения подготовительнозаключительной операции, обработки хлопка, отказа по техническим причинам,
простоя оборудования.
б) подсистема «Получение холста»
С1, если (C(t) = C1) ∩ (tпз(t) < Tпз)∩(α(t) =1) ∩(β(t) = 0)  (C(t) = C7) ∩ (tпх(t) ≥ Tпх);
С7, если (C(t) = C7) ∩ (tпх(t) < Tпх) ∩ (Nпох(t) < Nпох) ∩ (α(t) =1) ∩ (β(t) = 1)

(C(t) = C11) ∩ (tвто(t) ≥ Tвто)
∩ (tпо(t) ≥ Tпо);
 (C(t) = C12) ∩ (tотп(t) ≥ Tотп)  (C(t) = C14) ∩
С11, если (C(t) = C11) ∩(tвто(t) < Tвто) ∩ (α(t) =1) ∩ (β(t) = 0)
C(t+∆t)=
∩ (tпх(t) ≥ Tпх)

 (C(t) = C12) ∩ (tотп(t) ≥ Tотп) 
 (C(t) = C7) ∩
(C(t) = C14) ∩ (tпо(t) ≥ Tпо);
 (β(t) =1) 
 (C(t) = C7) ∩ (tпх(t) ≥ Tпх)  (C(t) = C11) ∩ (tвто(t) ≥ Tвто)  (C(t) = C14) ∩
С12, если (C(t) = C12) ∩ (tотп(t) < Tотп) ∩ (α(t) = 0) ∩ (β(t) = 0)
∩ (tпо(t) ≥ Tпо);
С14, если (C(t) = C14) ∩ (tпо(t) < Tпо) ∩ (α(t) =1) ∩ (β(t) = 0)
∩ (tпх(t) ≥ Tпх)

(C(t) = C11) ∩ (tвто(t) ≥ Tвто)

(C(t) = C7) ∩
 (C(t) = C12) ∩ (tотп(t) ≥ Tотп).
где C  (С1, С7, С12, С14); t и Δt – произвольный момент и шаг приращения времени моделирования; Nпох(t) – случайная функция количества обработанного
хлопка; Nпоx – необходимое количество обработанного хлопка; (t) – случайная
функция, характеризующая работоспособность оборудования (0 – не работает, 1
53
- работает); (t) – случайная функция, характеризующая выполнение технологической операции (0 – не выполняется, 1 – выполняется); tпз(t), tпх(t), tвто(t), tотп(t),
tпо(t) – случайная функция времени соответственно выполнения подготовительнозаключительной операции, получения холста, выполнения вспомогательных технологических операций, отказа по техническим причинам, простоя оборудования;
Tпз, Tпх, Tвто, Tотп, Tпо – регламентированное значение длительности времени
соответственно выполнения подготовительно-заключительной операции, получения холста, выполнения вспомогательных технологических операций, отказа по
техническим причинам, простоя оборудования.
в) подсистема «Формирование и выравнивание ленты»
 (C(t) = Ck) ∩(tол(t) ≥ Tол);
Сk, если (C(t) = Ck) ∩ (tол(t) < Tол) ∩ (Nппх(t) < Nппх) ∩ (α(t) =1) ∩ (β(t) =1) 
 (C(t) = C11) ∩ (tвто(t) ≥ Tвто)  (C(t) = C12) ∩ (tотп(t) ≥ Tотп)  (C(t) = C13) ∩
∩ (tолп(t) ≥ Tолп)  (C(t) = C14) ∩ (tпо(t) ≥ Tпо);
С11, если (C(t) = C11) ∩ (tвто(t) < Tвто) ∩ (α(t) =1) ∩ (β(t) = 0)  (C(t) = Ck) ∩
∩ (tол(t) ≥ Tол)  (C(t) = C12) ∩ (tотп(t) ≥ Tотп)  (C(t) = C13) ∩ (tолп(t) ≥ Tолп) 
 (C(t) = C14) ∩ (tпо(t) ≥ Tпо);
С12, если (C(t) = C12) ∩ (tотп(t) < Tотп) ∩ (α(t) = 0) ∩ (β(t) = 0)  (β(t) =1) 
 (C(t) = Ck) ∩ (tол(t) ≥ Tол)  (C(t) = C11) ∩ (tвто(t) ≥ Tвто)  (C(t) = C13) ∩
∩ (tолп(t) ≥ Tолп)  (C(t) = C14) ∩ (tпо(t) ≥ Tпо);
С13, если (C(t) = C13) ∩ (tолп(t) < Tолп) ∩ (α(t) =1) ∩ (β(t) = 0)  (C(t) = Ck) ∩
∩ (tол(t) ≥ Tол)  (C(t) = C11) ∩ (tвто(t) ≥ Tвто)  (C(t) = C12) ∩ (tотп(t) ≥ Tотп) 
 (C(t) = C14) ∩ (tпо(t) ≥Tпо);
С14, если (C(t) = C14) ∩ (tпо(t) < Tпо) ∩ (α(t) =1) ∩ (β(t) = 0)  (C(t) = Ck) ∩
∩ (tол(t) ≥ Tол)  (C(t) = C11) ∩ (tвто(t) ≥ Tвто)  (C(t) = C12) ∩(tотп(t) ≥ Tотп) 
 (C(t) = C13) ∩ (tолп(t) ≥ Tолп).
С1, если (C(t) = C1)∩(tпз(t) < Tпз) ∩ (α(t )=1) ∩ (β(t) = 0)
C(t+∆t)=

где C  (С1, С7, С8, С11, С12, С13); Сk (C7 C8); t и Δt – произвольный момент
и шаг приращения времени моделирования; Nппх(t) – случайная функция количества полученного холста; Nппx – необходимое количество полученного холста;
(t) – случайная функция, характеризующая работоспособность оборудования
(0 – не работает, 1 - работает); (t) – случайная функция, характеризующая выполнение технологической операции (0 – не выполняется, 1 – выполняется);
tпз(t), tол(t), tвто(t), tотп(t), tолп(t), tпо(t) – случайная функция времени соответственно выполнения подготовительно-заключительной операции, обработки ленты, выполнения вспомогательных технологических операций, отказа по техническим причинам, отказа по технологическим причинам, простоя оборудования;
Tпз, Tол, Tвто, Tотп, Tолп, Tпо – регламентированное значение длительности
времени соответственно выполнения подготовительно-заключительной операции,
обработки ленты, выполнения вспомогательных технологических операций, отказа по техническим причинам, отказа по технологическим причинам, простоя оборудования.
г) подсистема «Получение пряжи»
54
 (C(t) = C9) ∩(tпп(t) ≥ Tпп);
С10, если (C(t) = C10) ∩ (tпп(t) < Tпп) ∩ (Nпл(t) < Nпл) ∩ (α(t) =1) ∩ (β(t) =1) 
 (C(t) = C11) ∩ (tвто(t) ≥ Tвто)  (C(t) = C12) ∩ (tотп(t) ≥ Tотп)  (C(t) = C13) ∩
∩ (tолп(t) ≥ Tолп)  (C(t) = C14) ∩ (tпо(t) ≥ Tпо)  (C(t) = C15) ∩ (tко(t) ≥ Tко);
С11, если (C(t) = C11) ∩ (tвто(t) < Tвто) ∩ (α(t) = 1) ∩ (β(t) = 0)  (C(t) = C10) ∩
∩ (tпп(t) ≥ Tпп)  (C(t) = C12) ∩ (tотп(t) ≥ Tотп)  (C(t) = C13) ∩ (tолп(t) ≥ Tолп) 
 (C(t) = C14) ∩ (tпо(t) ≥ Tпо)  (C(t) = C15) ∩ (tко(t) ≥ Tко);
С12, если (C(t) = C12) ∩ (tотп(t) < Tотп) ∩ (α(t) = 0) ∩ (β(t) = 0)  (β(t) =1) 
 (C(t) = C10) ∩ (tпп(t) ≥ Tпп)  (C(t) = C11) ∩ (tвто(t) ≥ Tвто)  (C(t) = C13) ∩
∩ (tолп(t) ≥ Tолп)  (C(t) = C14) ∩ (tпо(t) ≥ Tпо)  (C(t) = C15) ∩ (tко(t) ≥ Tко);
С13, если (C(t) = C13) ∩ (tолп(t) < Tолп) ∩ (α(t) = 1) ∩ (β(t) = 0)  (C(t) = C10) ∩
∩ (tпп(t) ≥ Tпп)  (C(t) = C11) ∩(tвто(t) ≥ Tвто)  (C(t) = C12) ∩ (tотп(t) ≥ Tотп) 
 (C(t) = C14) ∩ (tпо(t) ≥ Tпо)  (C(t) = C15) ∩ (tко(t) ≥Tко);
С14, если (C(t) = C14) ∩ (tпо(t) < Tпо) ∩ (α(t) =1) ∩ (β(t) = 0)  (C(t) = C10) ∩
∩ (tпп(t) ≥ Tпп)  (C(t) = C11) ∩ (tвто(t) ≥ Tвто)  (C(t) = C12) ∩ (tотп(t) ≥ Tотп) 
 (C(t) = C13) ∩ (tолп(t) ≥ Tолп)  (C(t) = C15) ∩ (tко(t) ≥Tко;
С15, если (C(t) = C15) ∩ (tко(t) < Tко) ∩ (α(t) =1) ∩ (β(t) = 0)  (C(t) = C10) ∩
∩(tпп(t) ≥ Tпп)  (C(t) = C11) ∩ (tвто(t) ≥ Tвто)  (C(t) = C12) ∩ (tотп(t) ≥ Tотп) 
 (C(t) = C13) ∩ (tолп(t) ≥ Tолп)  (C(t) = C14) ∩ (tпо(t) ≥ Tпо).
С1, если (C(t) = C1)∩(tпз(t) < Tпз)∩(α(t) =1) ∩ (β(t) = 0)
C(t+∆t)=
где C  (С1, С10, С11, С12, С13, С14, С15,); t и Δt – произвольный момент и шаг приращения времени моделирования; Nпл(t) – случайная функция количества ленты;
Nпл – необходимое количество ленты; (t) – случайная функция, характеризующая работоспособность оборудования (0 – не работает, 1 - работает); (t) – случайная функция, характеризующая выполнение технологической операции (0 –
не выполняется, 1 – выполняется); tпз(t), tпп(t), tвто(t), tотп(t), tолп(t), tпо(t), tко(t)
– случайная функция времени соответственно выполнения подготовительнозаключительной операции, получения пряжи, выполнения вспомогательных технологических операций, отказа по техническим причинам, отказа по технологическим причинам, простоя оборудования, контрольной операции; Tпз, Tпп, Tвто,
Tотп, Tолп, Tпо, Тко – регламентированное значение длительности времени соответственно выполнения подготовительно-заключительной операции, получения
пряжи, выполнения вспомогательных технологических операций, отказа по техническим причинам, отказа по технологическим причинам, простоя оборудования, контрольной операции.
Полученные математические модели в дальнейшем могут быть использованы при разработке и реализации средств компьютерной имитации
структуры технологических комплексов, а также процессов функционирования станочного оборудования хлопкопрядильного производства.
Список литературы
1. Эпов А.А., Ломкова Е.Н., Казначеева А.А. Формализация производственного
процесса хлопкопрядения // Инновационные технологии в обучении и производстве: Материалы III Всероссийской конференции, г. Камышин, 20-23 апреля 2005 г. – ВолгГТУ, Волгоград, 2005. – с. 108 … 110.
2. Бусленко Н. П. Моделирование сложных систем. – М: Наука, 1978. – 401 с.
55
СЕКЦИЯ №4
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ МАШИНОСТРОЕНИЯ
УДК 621.787
ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ВАЛОВ
СОСТАВНОЙ ПЛАНЕТАРНОЙ КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ
ПОВЕРХНОСТНЫМ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ
Багмутов В.П., Паршев С.Н., Притыченко В.Ю.
Волгоградский государственный технический университет
Тел. (8442) 23-31-75, E-mail: Sopromat@vstu.ru
Приводятся результаты разработки и исследования технологии
упрочнения валов составной планетарной коробки передач поверхностным пластическим деформированием (ППД) обкаткой роликами. Показано, что ППД является эффективным способом повышения эксплуатационного ресурса валов коробки передач за счет повышения износостойкости и усталостной прочности. Объясняются механизмы повышения механических и триботехнических свойств в результате ППД с позиций формирования напряженно-деформированного состояния поверхностного
слоя материала в зоне концентрации напряжений и структурных изменений.
Основными причинами нарушения работоспособности валов коробки
передач являются износ коренных и шатунных шеек, а так же усталостное разрушение в зоне галтели. Одним из перспективных путей повышения эксплуатационного ресурса валов коробки передач и существенного
снижения вероятности усталостного разрушения является применение
упрочнения поверхностным пластическим деформированием (ППД).
Упрочнение поверхностного слоя ППД является следствием упруго –
пластического деформирования, возникающего при механическом воздействии на металл. Упрочнение ППД основано на статическом и динамическом воздействии, на поверхностный слой вызывает в нем пластическую
деформацию.
Результатами ППД являются увеличение поверхностной твердости (деформационный наклеп), снижение шероховатости, повышение структурной однородности, наведение благоприятных остаточных сжимающих
напряжений и др.
Выбор метода упрочнения предопределяется прежде всего видом материала, формой и размерами детали.
Наиболее распространенными методами ППД является обкатка поверхности роликами или шариками. Преимуществами обкатки являются
простота технологического оборудования и реализации данных процессов, возможность управления в широких пределах технологическими режимами, а так же глубокие теоретические и экспериментальные исследования, проведенные в данной области.
56
В
данной работе
приводятся
результаты
конструкторскотехнологической подготовки процесса обкатки роликами шеек валов коробки передач и исследований износостойкости и усталостной прочности.
Разработанная конструкция трехроликового устройства для обкатки
шеек валов коробки передач позволяет осуществлять совмещенную обработку галтелей и цилиндрической части, при этом, радиусы рабочего
профиля роликов рассчитываются таким образом, что бы при одинаковом
усилии на каждом из роликов обеспечивались оптимальные контактные
давления в зонах обработки. Величина контактных давлений определялась на основании известных расчетных зависимостей, исходя из обеспечения формирования максимальных остаточных сжимающих напряжений в галтели и максимального повышения твердости на поверхности
цилиндрической части шейки. Разработанное устройство представляет
собой замкнутый силовой контур, что исключает изгибающие нагрузки
на вал, является самоустанавливающимся и самоцентрирующимся.
Обкатыванием роликами и шариками обычно упрочняют наружные и
внутренние цилиндрические поверхности (валы, болты), реже – плоские
и фасонные поверхности (шестерни, шлицы, резьбы). При обкатывании
роликами основными параметрами являются давление на ролик, число
ходов ролика, его форма и размеры, подача и скорость обкатывания.
Таблица1. Рекомендуемые технологические режимы обкатки:
Усилие обкатки
Скорость обкатки
Частота вращения
Смазка
20 – 25 кН
0,5 м/с
0,5с-1
Масло “И - го”
Главный из них – давление на ролик, так как этот параметр определяет глубину деформированного слоя, так же при выборе рациональных
режимов отделочно – упрочняющего обкатывания (для получения
наименьшей шероховатости поверхности, а так же наибольшего упрочнения и оптимального уровня направлений в поверхностном слое) использовать среднее давление Pср в контакте шарика с деталью:
Pср 
P
;
Aф
где P - нормальная сила; Aф - фактическая площадь контакта шарика детали.
Испытания на износостойкость проводились на модельных образцах,
выполненных из материала вала коробки передач с соблюдением режимов термообработки (обеспечения требуемой твердости) и механической
обработки (необходимой шероховатости). В качестве контртела использовались чугунные и бронзовые вкладыши. Испытательная машина
СМЦ-2, схема испытаний - кольцевкладыш со смазкой. Контактные давления в паре трения соответствовали расчетным. Результаты сравнительных испытаний показали, что ППД увеличивает износостойкость в 1,5 –
2,0 раза по сравнению с неупрочненными образцами.
57
Рис. 1 Износостойкость образцов из стали в условиях граничного трения
Сравнительные усталостные испытания образцов с концентратором
напряжений, эквивалентным галтели вала коробки передач проводились
по схеме чистого изгиба с вращением на машине НУ-3000, на базе 107
циклов. Результаты усталостных испытаний показали, что предел усталости образцов, упрочненных ППД, повышается на 50 - 70% по сравнению
с неупрочненными образцами.
Рис. 2. Кривые усталости образуов из стали с концентратором напряжений
Таким образом, разработанная технология поверхностного упрочнения шее валов коробки передач является эффективным способом повышения их эксплуатационного ресурса, надежности и долговечности и
может быть рекомендована использованию, как при изготовлении новых,
так и при ремонте валов коробок передач.
58
УДК 621.914.11
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ СТОЙКОСТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ЧЕРВЯЧНЫХ ФРЕЗ С ПРОГРЕССИВНОЙ ПРОФИЛЬНО - УГЛОВОЙ
СХЕМОЙ РЕЗАНИЯ
Болотина Е.М., Кузьмина Е.А.
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
Тел. (84457) 9-45-67, Факс: 9-43-62, E-mail: Ktm@kti.ru
Стойкостные испытания червячных зуборезных фрез со стандартной,
прогрессивной и прогрессивной профильно-угловой схемами резания проводились с целью выяснения эффективности использования прогрессивных профильно-угловых червячных фрез при обработке колес с z=20;30 и
60 и определения характера износа их зубьев, а также изучения влияния на
стойкость прогрессивных профильно-угловых червячных фрез технологических и конструктивных параметров процесса зубофрезерования.
Исследование влияния основных факторов процесса зубофрезерования на стойкость фрез проводилось двумя методами: традиционным, основанным на поочередном варьировании отдельных независимых переменных при сохранении остальных неизменными, и методом многофакторного планирования эксперимента, позволяющего при сравнительно
небольшом числе опытов установить математическую модель процесса и
выявить степень влияния на износ и стойкость управляющих факторов.
Натурные эксперименты проводились на зубофрезерном станке модели 5312, имеющем достаточную жесткость и виброустойчивость во всем
исследуемом диапазоне скоростей резания (35-46 м/мин) и подач (1,5-3
мм/об). Процесс зубофрезерования осуществлялся с охлаждением, в качестве охлаждающей жидкости использовался сульфофрезол.
Зубонарезание осуществлялось червячно-модульными фрезами из
быстрорежущей стали Р6М5 с твердостью HRCэ 60…64 и размерами по
ГОСТ 9324-80 класса А. Фрезы изнашивались по задним поверхностям
до лимитирующего износа 0,8 мм.
После проведения стойкостных исследований прогрессивных профильно-угловых червячных фрез методами натурного эксперимента и математического моделирования были получены результаты, представленные на
графиках, иллюстрирующих уровень совпадения величин износа инструмента и стойкости.
В результате выполнения работы были сделаны следующие выводы:
1. Износ прогрессивной профильно-угловой червячной фрезы значительно ниже, чем износ прогрессивных и стандартных фрез.
2. При работе профильно-угловой фрезой кривая износа поднимается
полого до износа по задней грани более 1 мм, в отличии от стандартных
червячных фрез, у которых после износа по задней грани 0,8 мм наступает ускоренный износ.
3. Износ червячных фрез с прогрессивной профильно-угловой схемой
резания протекает в 2,4 раза медленнее, чем стандартных червячных фрез
59
и в 1,6 раза медленнее, чем фрез с прогрессивной схемой резания.
4. Полученные эмпирические зависимости h = f (V, S, m, z, t) и T = f
(V, S, m, z) отражают влияние на стойкость фрез параметров процесса при
их одновременном варьировании и дают возможность достаточно точного количественного определения в этих условиях величины износа зубьев
и стойкости.
5. Уровень совпадения величин износа и стойкости при исследовании
профильно-угловой фрезы достаточно высок. Проверка адекватности уравнений показала, что уравнения адекватны. Расхождения в значениях износа
зубьев, полученных опытным путем и рассчитанных по эмпирическим формулам незначительны. Ошибка не превышает 5 % и поэтому полученные
эмпирические формулы для прогнозирования величин износа зубьев фрез и
их стойкости можно рекомендовать к использованию на практике.
УДК 621.7
ПРОГРЕССИВНЫЕ РЕЗЦОВЫЕ ГОЛОВКИ
ДЛЯ ОБРАБОТКИ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ
Гусев А.В.
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
E-mail: ktm@kti.ru
Для чистовой обработки отверстий используют различные по конструкции резцовые головки. Выбор того или иного инструмента зависит
от длины обрабатываемого отверстия, физико-механических свойств обрабатываемого материала, диаметра отверстия, требуемой точности и
производительности. Для чистовой обработки отверстий с диаметрами
больше 70 мм с последующим раскатыванием роликами наиболее часто
применяются головки с плавающими блоками резцов. Они позволяют получить достаточно высокую точность обработанного отверстия в пределах
6…8 квалитетов точности за счет большой жесткости резцов в радиальном
направлении. Поэтому погрешность зависит только от настройки резцов
на заданный размер, которая осуществляется вне станка с точностью
(0,001…0,01) мм. Недостатком является невозможность устранения непрямолинейности оси отверстия. В промышленном производстве преимущественно используются головки резцовые с призматическими плавающими блоками, установленными в прямоугольном пазу, выполненном
в корпусе инструмента с возможностью радиального смещения блока под
воздействием разности сил резания, действующих на противоположно
расположенные резцы. Точность изготовления паза в корпусе головки
должна быть достаточно высокой, причем с гарантированным зазором,
необходимым для свободного перемещения резцового блока. С увеличением зазора возможны перекосы блока, приводящие к снижению точности
и возникновению вибраций. Исходя из этого, точность обработки паза
назначается по 5…6 квалитету точности. На рис. 1 базовой резцовой головке, помимо достижения точности размеров, необходимо назначить до60
пуски на отклонение от параллельности противоположно расположенных
поверхностей и перпендикулярности смежных стенок паза, в котором
расположен резцовый блок, что вызывает определенные технологические
трудности. Перечисленные недостатки легко устраняются применением
цилиндрического плавающего резцового блока (рис. 1, б). В этом случае в
корпусе резцовой головки необходимо обработать одну цилиндрическую
поверхность, заданная точность которой может быть обеспечена различными методами такими, как протягивание, развертывание, внутреннее
шлифование, тонкое растачивание.
Предлагаемая резцовая головка состоит из корпуса 1, внутри которого
установлен цилиндрический плавающий блок 2. Для предотвращения поворота резцового блока 2 в его корпусе расположена призматическая
шпонка 3 с отверстием, в которой вставлен штифт 4.
1
hб
Do
В
2
а)
Б
d(Н6/f6)
2
4
S
5
1
3
Do
Б
б)
Рис. 1. Головки для чистового растачивания глубоких отверстий:
а) применяемая в производстве; б) предлагаемая
Для повышения производительности и снижения огранки при вихревом растачивании необходимо увеличить количество зубьев в инструменте. В современных фрезах, которые можно использовать при вихревом растачивании в качестве режущих элементов, используются резцовые вставки. Они имеют большие габариты, поэтому возможное их количество, устанавливаемое одновременно в инструменте, ограничено.
С целью увеличения количества одновременно устанавливаемых в
61
корпусе инструмента резцов предлагается конструктивное решение резцовой головки, изображенное на рис. 2.
Рис. 2. Многорезцовая расточная головка
с установкой большого количества режущих элементов
В данной конструкции применяются твердосплавные пластины прямоугольного сечения, которые устанавливаются в специально подготовленные для них в корпусе инструмента прорези. Крепление пластин осуществляется коническими штифтами.
УДК 681.7.
УДАРНАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ КОРУНДОВЫХ ПОРОШКОВ
ПРИ ДИНАМИЧЕСКОМ ПРЕССОВАНИИ
Дудин С.А., Уткин Е.Ф.
Волжский политехнический институт (филиал) ВолгГТУ
В процессе исследования ударной сжимаемости α-корунда были установлены закономерности ударной фильтрации, которая имеет связь между
вектором скорости фильтрации и полем импульсного давления. При ударном сжатии, в отличии от статического сжатия, происходит изменение пористости m сжатого абразивного порошка. Фильтрация в процессе ударного сжатия является следствием уравнений количества движения расплавленного вещества под воздействием СВС-процесса в изменяющемся поровом пространстве, поэтому в систему величин уравнений следует включить
плотность ρ и вязкость μ.
Считаем, что фильтрация жидкой фазы легкоплавкого компонента
удовлетворяет закону Дарси:
▼Pж=-(μ/K)ν,
где μ – вязкость расплава, K – проницаемость пористой среды ударносжимаемого α-корунда
Коэффициент проницаемости определяется по формуле:
К=m2d2/180(1-m)2
Массоперенос в каждом микрообъеме среды реализуется на сгустке
частиц при наличии открытой пористости, которая складывается из пористости реагирующего порошкового состава и удельного объема расплава, а также при наличии градиента порового давления. Учитывается
62
градиент давления, вызванный ударным импульсом или разностью коэффициентов линейного расширения компонент.
Разогрев реагирующей смеси СВС-материалами (термитными материалами) может способствовать преодолению порога возбуждения химических
превращений и определяет кинетику прессования абразивного материала.
Исследовался процесс горения порошковой системы Fe2O3 – 75 % и
Al – 25 %, состоящий из частиц 40 мкм (Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3). Рассмотрен случай ударного прессования однородной осесимметричной системы по всему объему порошковой смеси α-корунда. Начальная температура в эксперименте составила 1660 K, а расчетные данные составили
1640 K. Расчетные данные по скорости горения составили 0,0045 м/c, а
экспериментальные составили 0,005 м/с.
Ударное фильтрационное течение предварительного разогретого абразивного материала ( в данном случае α-корунд) является частным случаем ползущего течения.
УДК 681.2.002
ВЛИЯНИЕ КОНТАКТНЫХ КАСАТЕЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ
НА ГЛУБИНУ УПРОЧНЕНИЯ ПРИ ОБРАБОТКЕ ДЕТАЛЕЙ
ПОВЕРХНОСТНЫМ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ
Казак В.Ф., Отений Я.Н., Вирт А.Э.
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
Тел. (84457) 9-42-05, Факс: (84457) 9-43-62 E-mail: ktm@kti.ru
Развитие и расширение методов обработки деталей поверхностным пластическим деформированием (ППД) обусловлено требованиями непрерывного
повышения эксплуатационных характеристик машин. Процесс деформирования сопровождается значительными силами, действующими на деформирующий элемент, которые вызывают структурные изменения в поверхностном
слое. Учет влияния этих сил на качество поверхности базируется на разработке
основ расчета с приемлемой для практических применений точностью.
Все трудности контактных задач при деформировании тел, в том числе и
при упруго пластическом деформировании, осложняются необходимостью
учета касательных усилий, действующих на поверхности контакта. В настоящее время влияние касательных напряжений в контактной зоне на напряжения
в поверхностном слое при обработке ППД практически не исследовано.
В процессе ППД деформирующий элемент движется по обрабатываемой
поверхности, вызывая перемещение точек обрабатываемой поверхности.
Характер перемещения точек деформируемой поверхности определяется с
точностью до граничных условий протекания процесса на поверхности контакта между деформирующим элементом и обрабатываемой поверхностью.
Установление особенностей упруго пластического течения металла в зоне
контакта может быть основано на понятии о связях, наложенных на материальные точки, которые расположены на заданной поверхности, в данном
63
случае на контактной поверхности деформирующего элемента. При условии наложения связей действительные перемещения точек поверхности
детали равны геометрической сумме их совместного перемещения с соприкасающимися точками деформирующего элемента и дополнительного
смещения этих же точек по его поверхности. Вторая составляющая является проскальзыванием, в результате которого возникают касательные контактные напряжения. Проблема заключается в установлении составляющей проскальзывания, которая в настоящее время не решена. Можно только выделить основные причины, приводящие к проскальзыванию: 1) за
счет опережающего вытеснения металла из зоны контакта в направлении
качения деформирующего элемента (в направлении убывания интенсивности контактных напряжений); 2) за счет изменения радиусов в сечениях деформирующего элемента по длине контакта, в результате чего в
разных сечениях линейные скорости точек его поверхности являются переменными (приращение скорости пропорционально изменению радиуса
деформирующего элемента по его длине), угловая скорость при этом
одинакова для всех его сечений; 3) в результате перекрещивания осей
деформирующего элемента и детали, в связи с чем, векторы линейных и
угловых скоростей точек их поверхностей имеют разное направление.
Перечисленные виды проскальзывания не удается определить теоретическим путем, так как они зависят от ряда особенностей пластического течения металла в зоне деформации, технологических факторов и геометрических параметров деформирующих элементов. Поэтому с целью выявления основных закономерностей примем, что изменение касательных
напряжений τz от текущей полуширины контакта z в первом приближении
примем зависящими от нормальных контактных напряжений σz
(1)
k  k  f
где σk - напряжения направленные по нормали к поверхности контакта;
f - коэффициент трения.
В качестве исходной математической модели для решения задачи
влияния тангенциальных напряжений приложенных к поверхности контакта на напряжения в теле детали (см. рис.1) примем известные из теории упругости зависимости [1]
q
(2)
 yt  k cos 2 2  cos 21 
2
(3)

qk 
sin 2
 zt 
 yzt 
 2 ln
 
qk
sin1
 0.5cos 2 2  cos 21 

 2  1  0.5sin 2 2  sin 21 
(4)

где qk – касательная постоянная нагрузка, расположенная в пределах
интервала 2а на расстоянии z от начала системы координат zohy; происхождение углов α1 и α2 ясно из рис.1.
Формулы (1), (2) и (3) необходимо преобразовать таким образом, чтобы
они были пригодны для расчета напряжений в поверхностном слое от распределенной по заданному закону нагрузки приложенной в пределах контакта zk. Для этого примем длину интервала а достаточно малой и определим
его значение в зависимости от ширины контакта zk по формуле (см. рис.1)
64
a  k  zk
k<1
(5)
Удельная нагрузка
qz связана с напряжениями τz зависимостью
(6)
q  a
k
k
При
обработке
ППД роликами во многих работах нормально
действующие контактные напряжения принимают по формуле
Герца [2]
2
 z  (7)
 kn   m 1   
z

Рис.1. Схема для определения напряжения
в поверхностном слое от касательной нагрузки,
приложенной к поверхности тела.
деляются по зависимостям
1  arctan
k

где σm – максимальные напряжения
в контакте.
Углы α1 и α2 опре-
za
za
 2  arctan
hy
hy
(8)
Изменение напряжений по глубине поверхностного слоя от касательных напряжений, распределенных по полуширине контакта можно рассчитать по формулам
zk
(9)
qz
cos 2 2  cos 21 dz
 cyt 
2

0
zk
 czt 

0

qk 
sin  2
 0.5cos 2 2  cos 21  dz
 2 ln
 
sin 1

 cyzt 
zk

0
qk

 2  1  0.5sin 2 2  sin 21 
(10)
(11)
Формула для определения напряжений распределенных по глубине
поверхностного слоя от нормально распределенных контактных напряжений получена в работе [2]
zk
2
(12)
 z 
z3
 cyn   1.5 m 1    
dz
5
 zk    R

0
Сравнительный анализ приведенных зависимостей (рис. 2 и 3) показывает, что основное влияние на напряжения в поверхностном слое при ППД
оказывают нормально-распределенные контактные напряжения. Касательные напряжения влияют главным образом на шероховатость поверхности.
65
а)
а)
б)
а)
б) а)
б)
б)
Рис.2. Изменение напряжений в поверх- Рис.3. Изменение напряжений в поверхностном слое от изменения напряжений ностном слое от суммарного действия
по полуширине контакта. σm = 1000МПа. контактных напряжений. σm = 1000МПа.
Список литературы
1. Тимошенко С. П., Гудьер Дж. Теория упругости.: Пер. с англ. Главная редакция физ.матем. лит-ры, изд-во «Наука». 1975. – 576 с.
2.Отений Я.Н. Технологическое обеспечение качества деталей машин поверхностным пластическим деформированием. Монография/ ВолгГТУ.- Волгоград, 2005. – 220 с. (+ 1 вставка).
УДК 681.2.002
КИНЕМАТИКА ПРЕЦЕССИРУЮЩИХ ПЛАНЕТАРНЫХ ПЕРЕДАЧ
Кислов С.Ю., Панченко А.Ю.
Волгоградский государственный технический университет
В приводах транспортных машин широко используются зубчатые передачи, которые применяются в трансмиссии, раздаточных коробках,
подъемных механизмах и т.д. Наряду с рядовыми передачами широкое
распространение получили также планетарные и волновые зубчатые передачи [1]. В планетарных конических передачах внутреннего зацепления, получивших название прецессирующие конические передачи, сохранены в основном достоинства волновых и эксцентриковых передач и
устранены свойственные им недостатки.
В прецессирующих конических передачах сателлитное колесо совершает
сферическое движение, которое в общем случае характеризуется углом нутации , углом прецессии  и углом собственного вращения . От собственного вращения сателлит может удерживаться кинематической связью со
стойкой (неассурова связь минус первого порядка), выполненной в виде
пальца, скользящего в пазу корпуса, кардана, сильфона, универсального
шарнира, конической муфтой и т.д. Поскольку в этом случае  = 0, а угол
нутации  = const, изменяется только угол прецессии , т. е. в такой передаче
сателлит как бы "прецессирует”. Генератор прецессирующего движения может быть механическим, респонсинным, гидравлическим и пневматическим.
В качестве механического генератора используются наклонный кривошипный вал и торцовый кулачек, находящийся на быстроходном валу.
Первое исследование кинематики зубчато-рычажного прецессирующего
механизма было проведено в работе [2] и было показано, что прямолинейная
форма пазов не позволяет получить постоянного мгновенного передаточного
отношения. Коэффициент неравномерности в данном случае определяется как
z
(1)
k  1 sin tgi

cp
z2
66
Для получения постоянного передаточного отношения в зубчаторычажной прецессирующей передаче рекомендовалось выполнить самопересекающийся паз в виде октоиды, расположенной на сфере, что практически трудно осуществимо.
Постоянное передаточное отношение можно получать, используя в
прецессирующих передачах в качестве кинематической связи с сателлита
со стойкой синхронные и мембранные муфты, сильфоны и т.д.
Постоянное передаточное отношение можно получать в двухступенчатой прецессирующей передаче (рис.1).
Рассмотрим, в качестве
примера, двухступенчатую
передачу, имеющую противоположное расположение зубчатых венцов на
сателлите (рис. 1,б).
Уравнение сферического движения сателлита
при равномерном вращении ведущего вала и при
условии постоянства пеа)
б)
редаточного отношения
(  H    H ) имеют вид:
Рис. 1
(2)
  const ,
 H   H t ,
 H  H t ,
т.е. движение сателлита представляет регулярную прецессию. Найдем
функцию положения механизма, т.е. определим зависимость угла поворота
ведомого вала  1 от угла поворота ведущего. Для этого представим движение ведомого колеса 5 как составное, состоящее из переносного вращательного движения вместе с блоком сателлитов 2-3 (  1e ) и относительного вращательного движения по отношению к блоку сателлитов 2-3 (  1r ), т.е.
(3)
1  1e  1r
где  1e   H , а  1r - функция от угла  H .
Учитывая, что
 1r  z2 z H , получаем
1
1  H 
 z z 
z2 
z 
  H 4    H 1  2 4 .
z1 
z3 
z1 z3 

Определим мгновенное передаточное отношение:
d H
H
i (4)

.
H1 
d 1

z2 z4 

 H 1 

(4)
(5)
z1 z3 
Окончательно получим:
i (4)
H1  
67
z1 z 3
.
z 2 z 4  z1 z 3
(6)
Отрицательный знак в формуле (6) указывает на то, что направление
вращения выходного звена обратно направлению входного вала. Для получения относительно небольших редукций угловых скоростей можно в
одной ступени использовать колеса с одинаковыми числами зубьев.
В исследуемой передаче оксоидами в зацеплении являются два прямых
круговых конуса (рис.2), имеющих внутреннее касание вдоль общей образующей ОР.
В
рассматриваемой
нами
равносмещенной
передаче начальные конуса совпадают с делительными. На внутренней поверхности начального конуса 1, принадлежащий
колесу,
расположены
прямобочные зубья, а на
наружной
поверхности
начального конуса 2, принадлежащий шестерни,
Рис. 2
располагаются зубья, боковые поверхности которых являются огибающими плоских граней зубьев
колеса [3].
Изобразим делительный конус колеса 1 с одной впадиной зуба, боковые стороны которого представляют собой плоскости (рис. 3). При этом
зубья у этого колеса располагаются на внутренней поверхности делительного конуса. Плоскость, образующая боковую грань этого зуба колеса, является одновременно производящей поверхностью.
Поверхность зацепления в
прямозубой конической передаче внешнего зацепления
имеет вид симметричной
восьмерки (октоиды), что и
определило название такого
зацепления. Зацепление реальных зубьев в такой передаче происходит на прямолинейных участках октоиды.
Разработана
методика
расчета геометрических параметров прецессирующей
конической передачи внутРис. 3
реннего зацепления. Создана расчетная математическая модель кинематики прецессирующей передачи, базирующаяся на научно-технических разработках авторов и реализованная с учетом специфики работы привода на персональных компьютерах как с использованием современного программного обеспечения
для САПР, так и программным обеспечением собственной разработки.
68
Список литературы
1. Лакота, Н. А. Исследование механических передач для электромеханических модулей промышленных роботов / Н.А. Лакота, И.В. Булин-Соколов, А.С. Гончаров. Вестник
машиностроения.-1982.-№10.-С.6-9.
2. Павлов, Б.И., Кинематика планетарной прецессионной конической передачи с внутренним зацеплением / Б.И. Павлов, А.П. Михеев К.Н.Михеева.- Машиностроение.- 1972.- №
4.- С.37-40.
3. Кислов, С.Ю. Математическое моделирование на ЭВМ геометрии внутреннего зацепления прямозубой конической передачи / С.Ю. Кислов; ВолгПИ.- Волгоград, 1990.20с.- Деп. В ВНИИТЭМР 19.04.90. №88.
УДК 621.791.76:621.7.044.2.001.5
ОСНОВНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О МЕХАНИЗМЕ ВЗРЫВНОГО
ПЛАКИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН ТВЕРДЫМИ СПЛАВАМИ
Крохалев А.В.
Волгоградский государственный технический университет
Тел/факс: (8442)70-29-34, E-Mail: tfpic@vstu.ru
Нанесение на поверхность деталей машин износостойких покрытий из
твердых сплавов зачастую оказывается невозможным из-за взаимодействия
компонентов покрытия и материала подложки во время спекания, необходимого для формирования твердого сплава. Решение этой проблемы возможно при использовании технологии взрывного плакирования, обеспечивающей не только качественную напрессовку порошкового слоя на поверхность заготовки детали, но и возможность получения готового твердого
сплава без операции спекания.
При проведении подобной операции исходную порошковую смесь
обычно располагают на поверхности монолитной металлической подложки
и нагружают путем подрыва накладного заряда ВВ через промежуточную
прокладку, отделяющую продукты детонации от порошка. Процесс прессования сопровождается распространением по порошковой смеси падающей ударной волны и ее отражением от поверхности монолитной подложки и промежуточной прокладки. При этом рост температуры порошкового
материала происходит в основном в первой волне, движущейся по невозмущенному порошку, а максимальное давление его сжатия достигается в
отраженных ударных волнах, что является оптимальным с точки зрения
сварки давлением.
Исследование сплавов, полученных взрывной обработкой смесей порошков карбида хрома Cr3C2 с Cu, Ni и Ti в широком диапазоне параметров нагружения (в соответствии с проведенными расчетами температура
разогрева порошка в ударных волнах изменялась в опытах от 200 до 1000
ºС, а максимальное давление ударно-волнового сжатия - от 4 до 16 Гпа),
показало, что порошковые смеси с Ti уплотняются существенно лучше,
чем смеси с Cu или Ni, что может быть объяснено более низкой аккустической жесткостью Ti, облегчающей его затекание в промежутки между
карбидными частицами при ударно-волновом микровзаимодействии последних с частицами металлической связки в момент прохождения по
69
порошку падающей и отраженных
ударных волн (рис.1).
Твердость сплавов с увеличением
интенсивности
ударно-волнового
воздействия увеличивается, причем
на ее плавный рост при увеличении
температуры разогрева порошка в
процессе обработки при 500 – 600 ºС
накладывается скачек, свидетельствующий о формировании прочного
соединения между составляющими
исходной порошковой смеси (рис.2).
Установленная нижняя темпераРис.1. Зависимость пористости спла- турная граница области режимов
вов от температуры разогрева в ударсварки частиц порошка друг с друной волне
гом на стадии уплотнения находится
в хорошем соответствии с известными положениями сварки давлением,
согласно которым для образования
прочного соединения в твердой фазе
необходимо обеспечить возможность пластической деформации
обоих свариваемых компонентов,
что в нашем случае может быть достигнуто лишь после разогрева карбидной составляющей смеси до
(0,35-0,4)Тпл.
Переход карбида хрома в пластичное состояние в указанном диапазоне температур разогрева порошРис.2. Зависимость твердости сплавов ка в ударных волнах проявляется
от температуры разогрева в ударной также в улучшении прессуемости
порошковых смесей, что приводит к
волне
появлению изломов на кривых рис.2,
соответствующих порошковым смесям с Cu и Ni, а также с небольшим
количеством Ti.
Следует отметить, что твердость сплавов с титановой связкой существенно превышает твердость сплавов со связкой никелевой, а тем более
медной (при использовании последней, как следует из рис.2, сварки карбидной и металлической фаз не происходит даже при благоприятных
условиях температурно-силового воздействия), что может быть объяснено высокой склонностью Ti к карбидообразованию и, как следствие,
большей энергией его связи с карбидной фазой, обусловленной термодинамической устойчивостью межфазных границ, в состав которых в
нашем случае должны входить атомы хрома, углерода и металла связки.
70
Исследование твердых сплавов, полученных взрывной обработкой, показало, что относительная удельная поверхность карбидной
фазы в их структуре может принимать значения, отличающиеся от значения относительной удельной поверхности исходных карбидных частиц как в большую, так и в меньшую
сторону, что свидетельствует о протекании
как процессов их дробления, так и процессов
совместной пластической деформации чаРис.3. Модель карбидного скелета стиц, сопровождающейся образованием непрерывного карбидного скелета сплава.
Для оценки степени протекания указанных процессов была предложена модель карбидного скелета, основанная на сферическом приближении формы частиц до и после деформации (рис.3).
В соответствии с этой моделью в качестве величины, характеризующей размер частиц карбидной фазы, рассматривался “восстановленный”
диаметр d, а степень их деформации оценивалась по относительному изменению диаметра от d до dx. Значения величин d и dx при этом вычислялись на основании данных по удельному объему и относительной удельной поверхности карбидной фазы, измеренным металлографически.
Проведенные исследования показали, что независимо от типа и количества металлической связки интенсивность дробления карбидных частиц однозначно связана с остаточной пористостью твердых сплавов, а
степень их пластической деформации – с содержанием карбидной фазы в
структуре сплава после взрывной обработки (рис.4). На режимах нагружения, обеспечивающих получение практически беспористых материалов, средний размер карбидного зерна оказывается равным среднему
размеру частиц карбидной фазы в исходной смеси порошков.
Рис.4. Связь диаметра карбидных частиц и степени их деформации с пористостью и удельным объемом карбидной фазы в структуре твердых сплавов
Установленные закономерности свидетельствуют, что в рассматриваемых условиях дробление карбидных частиц происходит преимущественно по откольному механизму в результате выхода ударных волн на
71
их свободные поверхности, а деформация является следствием взаимодействия частиц друг с другом по контактным поверхностям.
Исследования условий сохранения порошковых покрытий на монолитных подложках при нанесении их с использованием скользящего
взрывного нагружения показали, что сохранение порошкового покрытия
на плакируемой поверхности имеет место лишь в том случае, когда значение массовой скорости частиц за фронтом ударной волны в порошке
при взрывной обработке не превышает 600 м/с (см. рис.5). При большем
ее значении наблюдается сначала частичный (при скорости до 750 м/с), а
затем и полный (при больших значениях скорости) вынос материала покрытия с поверхности подложки.
Следует отметить,
что достижение в
процессе
ударноволновой обработки
по выбранной схеме
нагружения скорости
частиц порошка, равной 600 м/с, обеспечивает разогрев смесей карбида хрома с
титаном лишь на
200...250ºС, что не достаточно для протекания процессов формирования из них
твердых сплавов. Это
в свою очередь, ознаРис.5. Условия сохранения порошкового покрытия
чает, что при использовании взрывчатых веществ, имеющих скорость детонации, меньшую, чем
скорость звука в материале подложки, нанесение твердосплавных покрытий
на основе карбида хрома по схеме со скользящим нагружением исходной
смеси порошков, расположенной непосредственно на поверхности плакируемой заготовки, минуя спекание, не возможно.
Как показали эксперименты,
для устранения выноса порошкового покрытия при скользящем
нагружении на режимах, обеспечивающих необходимый для
формирования твердого сплава
разогрев прессуемого материала
до 500-600ºС, необходимо разРис.6. Микроструктура порошкового покрытия мещать слой исходной порошковой смеси с зазором относительно
покрываемой поверхности, например на металлической фольге, которая будет соединяться с подложкой в процессе ударно-волновой обработки по
обычному для сварки взрывом механизму (см. рис.6).
72
УДК 621.923.77
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ВОЗДЕЙСТВИЯ НА КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ ПРИ
ПОВЕРХНОСТНОМ ПЛАСТИЧЕСКОМ ДЕФОРМИРОВАНИИ
РОЛИКАМИ
Мартыненко О. В. Агасян Р.Ю.
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
Тел: (84457) 9-20-13, E-mail: ktm@kti.ru
Поверхностное пластическое деформирование (ППД) деталей машин и
частей металлических сооружений в настоящее время привлекает все большее внимание как исследователей, так и производственников. Методами
ППД удается во многих случаях существенно повысить сопротивление разрушению деталей, работающих в условиях переменных нагрузок или подвергающихся истиранию.
Обоснование и рациональный выбор параметров обработки ППД является важной задачей для достижения заданных характеристик поверхности. Поэтому целью данного исследования являлось выявление общих
закономерностей формирования показателей качества при реализации
процессов ППД и разработка на этой основе рекомендаций по контролю
и управлению технологическим процессом ППД.
Из всех показателей качества поверхности были выбраны для подробного рассмотрения глубина упрочнения и шероховатость поверхности. В
результате проведенного исследования проанализировано влияние конструктивно-технологических факторов процесса ППД на формирование
качества поверхностного слоя, систематизированы полученные данные и
выявлена взаимосвязь между эксплутационными показателями поверхностей деталей, обработанных ППД, показателями качества поверхности и
технологическими факторами обработки. Получены зависимости, определяющие влияние подачи, усилия деформирования, скорости деформирования, размеров инструмента, детали на такие показатели качества поверхностного слоя как шероховатость и глубина упрочнения.
На основании проведенного исследования разработаны рекомендации
по выбору рациональных режимов обработки ППД роликами для достижения заданных параметров качества поверхности.
УДК 681.2.002
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ОЦЕНКИ ПРОЦЕССОВ
МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
Митрофанов А.П.
Волгоградский госудаственный технический университет
Измерительный комплекс для оценки процессов механической обработки предназначен для исследования процессов механической обработ73
ки на операциях точения, шлифования, суперфиниширования и других с
целью повышения их эффективности.
Измерительный комплекс реализован по технологии сетей MicroLAN.
Структурная схема измерительного комплекса состоит из:
– датчиков, преобразующих контролируемые механические величины в электрические сигналы: датчика тока шпинделя, датчика
внутреннего диаметра кольца, датчика скорости вращения шпинделя и датчика режимов работы станка;
– нормализаторов, приводящих диапазон изменения выходных сигналов
датчиков к уровням, изменяющимся в диапазоне от 0 до +5 Вольт;
– аналого-цифровых преобразователей, преобразующих аналоговые
нормированные сигналы датчиков в цифровую форму, требующуюся для ввода в компьютер;
– адаптера, преобразующего цифровые сигналы аналого-цифровых
преобразователей в сигналы, соответствующие интерфейсу RS232;
– персонального компьютера, управляющего работой аналогоцифровых преобразователей, считывающего информацию с датчиков и обрабатывающего её в соответствии с алгоритмом, задаваемым специальным программным обеспечением.
– программного обеспечения, состоящего из программы сбора данных "OPROS" и программы обработки данных "ANALIZ".
Программа "OPROS" принимает и записывает данные о параметрах технологических процессов в компьютер. Программа "ANALIZ" обрабатывает
данные, полученные с помощью программы "OPROS" со станка и вычисляет
такие параметры, как припуск, мощность шпинделя, работу, затраченную на
обработку заготовки, длительность чернового и чистового шлифования и др.
По этим параметрам программа позволяет определять (по средним, максимальным и минимальным значениям) наилучший режим для данного круга и
сравнивать результаты экспериментов для различных кругов, режимов,
охлаждающих жидкостей и т.д. Визуализация в реальном времени позволяет
увидеть поведение данных, полученных со станка, также программа позволяет наблюдать время цикла (обработки детали и др.).
Для более углубленного анализа результатов или распечатки данных
можно воспользоваться кнопкой "Результаты в Excel 2000" после чего будет открыта для просмотра и печати таблица Excel2000, содержащая выбранные данные.
Мобильная конструкция комплекса позволяет проводить оценку и оптимизацию отдельной операции технологического процесса непосредственно в цеховых условиях. При необходимости комплекс позволяет передавать данные
по стандартной витой паре на расстояние до 300 м. Высокая частота опроса
датчиков (до 1изм/20мс) позволяет получить подробную картину процесса.
В настоящее время проведена отработка характеристики шлифовального круга и режимов шлифования на операции круглого внутреннего шлифования кольца на внутришлифовальном автомате мод. SIW 4/1 CAC с
совмещением на одной операции чернового и чистового шлифования.
В данной конфигурации со станка, посредством аппаратной части измерительного комплекса, собираются данные по четырем каналам: сила
тока шпинделя, внутренний диаметр обрабатываемого подшипникового
74
кольца, скорость вращения шпинделя и текущий рабочий режим (рис. 1).
Для других станков и операций эти каналы могут быть другими.
Анализ операции внутреннего шлифования с использованием
комплекса позволил
рекомендовать
более
эффективные режимы
обработки, что
позволило
уменьшить время цикла на
30%.
Рис. 1 Схема обработки и контролируемые параметры
УДК 621.787.4
СОВМЕЩЕННОЕ РЕЗАНИЕ И ППД РОЛИКАМИ ДЛИННОМЕРНЫХ
ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
Никифоров Н.И.
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
E-mail: ktm@kti.ru
Из всех цилиндрических деталей различного назначения, применяемых в машиностроении, наиболее трудоемкими и сложными при обработке являются длинномерные валы и трубы. Особенностью таких деталей является недостаточная жесткость и высокая склонность к значительным упругим деформациям под воздействием усилия обработки, что
ведет к вынужденному снижению производительности и достигаемому
качеству. Из всех известных методов обработки длинномерных валов
наивысшей производительности, при высоких показателях качества обработанной поверхности и наименьшей себестоимости, позволяет достичь комбинированная обработка резанием и ППД роликами с использованием многорезцовых и многороликовых обрабатывающих головок.
При этом схема, конструкция составляющих звеньев установки реализующей совмещенную обработку, характер закрепления заготовки, выбор
технологических баз (в центрах или от наружной поверхности) оказывают решающее значение на производительность и обеспечение стабильности заданного качества обработки. Известные конструктивные решения
совмещенной обработки обычно охватывают лишь обработку в технологической системе токарного станка с закреплением заготовки в центрах
[1]. Однако наибольшей производительности можно достичь за счет обработки по принципу бесцентрового шлифования на проход, сократив до
минимума вспомогательное время.
75
Как любой техническая система установка для совмещенной обработки
может быть рассмотрена с функциональной точки зрения. В основе анализа
функций установки и построения ее функциональной структуры применен
принцип выделения и рассмотрения структур с двухуровневой иерархией,
который заключается в разделении технической системы на несколько элементов, каждый из которых имеет вполне определенную функцию (или
функции) по обеспечению работы технической системы или ее элементов.
Установка для совмещенной обработки резанием и ППД роликами работающая с самоподачей должна выполнять функции резания - Фр, поверхностного пластического деформирования - Фд, обеспечения главного движения Фv и обеспечения движения подачи - Фs. Каждая из перечисленных функций
должна быть отнесена к конкретному составляющему элементу установки.
В наиболее общем виде установка должна обязательно содержать режущую Р и деформирующую Д части, выполняющие соответственно
функции резания - Фр и ППД - Фд, а для обеспечения функций главного
движения и подачи могут быть введены дополнительные элементы в виде
приводных устройств – Пу1…Пу4 (рис. 1, а). Если каждый структурный
элемент будет выполнять одну функцию, то с учетом обеспечения обработки на проход схема установки по первому варианту (рис. 1, а) будет
включать в себя шесть элементов, которые выполняют каждый одну
функцию: приводные устройства Пу1 и Пу2 сообщают заготовке вращательно-поступательное движение и прохождение через неподвижно установленные режущую и деформирующие части, осуществляя таким образом функции Фs и Фv соответственно; Пу3 и Пу4 обеспечивают движение
заготовки после выхода ее из контакта с Пу1 и Пу2 выполняя также
функции Фv и Фs; режущая часть Р и деформирующая часть Д выполняют
соответственно функции резания - Фр и ППД - Фд.
Для улучшения полученной конструктивно-функциональной модели
технической системы проведен ряд шагов с целью уменьшения количества составляющих элементов. При этом выполнялись следующие правила: при удалении элемента выполняемая им функция передавалась одному из оставшихся; при объединении элементов в один функции также
объединялись. В результате получена гамма схем реализующих совмещенную обработку с самоподачей (рис.1, б, в, г, д,).
1. Удаление элементов Пу2 и Пу3 с передачей функции обеспечения
главного движения (Фv) объединенным режущей Р и деформирующим частям Д (рис. 1, б) может быть реализована по двум вариантам. Первый ведет
к необходимости придания режущей и деформирующей части вращательного движения, при этом приводные устройства Пу5 и Пу6 должны получить
дополнительные функции по удержанию от проворота обрабатываемой заготовки. Существенным недостатком этого варианта схемы является сложность обеспечения уравновешенности вращающейся рабочей головки (режуще-деформирующей), что ведет к занижению скоростных параметров, а,
следовательно, и производительности обработки. Второй предусматривает
вращение заготовки, но требует применения специальной конструкции при76
водных устройств, которые должны продольно подавать заготовку, не препятствуя ее вращению, что конструктивно трудно реализуемо.
2. Обратное разделение рабочей головки на режущую Р и деформирующие Д части, удаление элемента Пу6 и перераспределение между всеми
элементами установки функций показано на рис.1, (в). Схема предусматривает использование деформирующей части для обеспечения функций
подачи, вращения и деформирования, режущая часть осуществляет лишь
функцию резания, а новый элемент Пу7 вращает и подает заготовку.
3. Схема, представленная на рис. 1, (г) получена объединением приводного устройства Пу7 с режущей частью, что может быть реализовано
только на основе разработки принципиально новой конструкции деформирующе-режущего комбинированного инструмента.
4. Последняя схема (рис. 1, д) построена на основе известной конструкции ротационного комбинированного инструмента с применением режущедеформирующего ролика [3], но при этом требует обоснования возможность
его работы с обеспечением вращения и подачи обрабатываемой заготовки.
Фs
Фy
Фp
Фд
Фу
Фs
Фv Фs Фд
Фр
Фv Фs Фд
Пу1
Пу2
Р
Д
Пу3
Пу4
Д
Р
Д
е)
а)
Фv
Фs
Пу5
Р
Фs
Пу6
Д
Фр
18
12
3
17
5 19 2 7 17
12 6
4 19
11 10
11
9 8 18
Фд
б)
Фv Фs
Фр
Фv Фs Фд
Пу7
Р
Д
S
в)
Фv Фs Фр
Пу7
Фv Фs Фд
Р
Д
г)
Фv Фs
Пу7
Фр Фд Фv Фs
Р
Д
16
15
14
13
ж)
д)
Рис.1 Результаты структурно-функционального анализа и синтеза конструктивной
схемы установки для обработки длинномерных валов совмещенным резанием и
ППД роликами с самоподачей: а, б, в, г, д - варианты схем установки; е – улучшенная схема установки с самоподачей обкатниками: Р – режущая часть, Д - деформирующая часть, Пу1…Пу7 – подающие устройства, Фр - функция резания; Фд функция ППД; Фv - функция обеспечения главного движения; Фs - функция обеспечения движения подачи; ж – конструктивная схема установки: 1 – основание; 2 –
корпус резцовой головки; 3, 4 – опорные конусы; 5,6 - деформирующие ролики; 7 –
обрабатываемая деталь; 8 – резцы; 9 – пружины; 10 – зубчатые колеса; 11 – подшипники; 12 – корпус обкатника; 13 – рама; 14 – шестерня; 15 – трансмиссионный
вал; 16 – электродвигатель; 17 – сепаратор; 18 – пружины; 19 – упоры.
Наиболее рациональной схемой для осуществления совмещенной обработки
резанием и ППД с самоподачей, является третья схема (рис.1, в), имеющая
наименьшее количество элементов, которая улучшена применением вместо
77
приводного устройства Пу7 второй деформирующей части с дополнительной
функцией Фд (рис.1, е). Конструктивная схема реализации данной схемы представлена на рис. 1, ж. После проработки и обоснования параметров установки
изготовлен опытный образец установки (рис. 2). Установка состоит (рис. 1. ж) из
двух обкатников и резцовой головки расположенной между ними. Привод осуществляется от электродвигателя 16, соединенного понижающей передачей с
общим трансмиссионным валом 15. С вала 15 крутящий момент передается шестернями 14 на зубчатые колеса 10 обкатников, внутри которых запрессованы
нажимные (опорные) конусы 3 и 4, находящиеся в постоянном силовом взаимодействии в процессе обработки с деформирующими роликами 5 и 6 соответственно. Деформирующие ролики для обеспечения определенного усилия деформирования, нагружены в осевом направлении постоянным усилием с помощью пружин 18, причем для ограничения их перемещения при отсутствии заготовки и настройки на минимальный размер служат упоры 19. Обрабатываемая
деталь 7 за счет фрикционного взаимодействия с роликами получает вращение.
Подача детали в продольном направлении обеспечивается за счет установки роликов по отношению к оси детали на угол самозатягивания.
Перед началом обработки заготовка подводится к роликам 6, которые
за счет наличия конических фасок захватывают заготовку и сообщают ей
движение по винтовой линии в направлении резцовой головки 2, где она
входит в контакт с режущими кромками резцов 8, удаляющими с наружной
поверхности припуск. При дальнейшем движении она захватывается роликами 5 второго обкатника, в результате чего осуществляется окончательная
обработка детали поверхностным пластическим деформированием.
Описанный способ комбинированной обработки резанием и ППД роликами с самоподачей обкатниками и устройство его реализующее прошли успешное испытание и запатентованы [2].
Рис. 2. Экспериментальная установка для совмещенной обработки резанием
и ППД роликами с самоподачей.
Список литературы
1. Азаревич Г.М., Кирсанова-Белова У.В., Акимов Б.И. Совмещение процессов резания и поверхностного пластического деформирования при автоматизированной токарной
обработке валов // Вестник машиностроения. – 1985. -№ 1. – С.46-52.
2. Способ комбинированной режуще-деформирующей обработки и устройство для
его осуществления. Патент №2247016. Опубл. 27.02.2005. Бюл. № 6. Смольников Н.Я., Отений Я.Н., Никифоров Н.И., Журавлев А.И.
3. Чистосердов П.С. Комбинированные инструменты для отделочно-упрочняющей
обработки. - Минск: Беларусь, 1977. - 127с.
78
УДК 621.923
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗНОСА
СКАЛЫВАНИЕМ ЗЕРЕН ИЗ ЭЛЕКТРОКОРУНДА
ПРИ МИКРОЦАРАПАНИИ
Носенко В.А., Федотов Е.В.
Волжский политехнический институт (филиал) Волг ГТУ
E-mail: nosenko@vlz.ru
Исследования проведены на круглошлифовальном станке мод. 3Б153
без применения СОЖ. Шлифзерно марки 25А зернистости 25 заделывали
в оправку на величину равную приблизительно половине размера зерна.
Оправку с зерном закрепляли в стальной диск. Скорость резания была
постоянной и равной 30 м/с. В качестве обрабатываемого материала использовали закаленную сталь 45 HRC 52. Микроцарапание осуществляли
с постоянно увеличивающейся глубиной резания. За время эксперимента
зерно изнашивали до 50 мкм или до вырывания зерна из оправки.
Момент скалывания фиксировали по характерному уменьшению длины риски на фоне общего её увеличения или по прекращению царапания,
которое может быть в результате вырывания зерна из оправки или при
скалывании вершины на величину, превышающую в данный момент глубину резания. В последнем случае через некоторое время царапание возобновлялось.
В экспериментах фактическую глубину резания-скалывания определяли по длине дуги контакта. Величину радиального износа зерна скалыванием ∆ находили формуле:
∆ = ti – ti+1 + ∆l ∙ tgα, если ∆>tф, ∆ = ∆l ∙ tgα,
где ti – глубина риски, после которой обнаружено скалывание, то есть
уменьшение размера длины дуги контакта; ti+1– глубина последующей
риски с уменьшенной длиной дуги контакта; ∆l – расстояние между рисками; α – угол наклона поверхности образца. Если на i-той риске произошло скалывание вершины зерна на величину, превышающую глубину
резания, то глубина i + 1 риски в формуле равна нулю.
Максимальная глубина резания без разрушения зерна не превышает
20 мкм. Данный диапазон глубин резания был разбит на интервалы по 2
мкм и определены выборки значений радиального износа зерен, полученные для соответствующего интервала глубин резания, при которых
наблюдалось изнашивание зерна скалыванием. Поскольку объем выборки в интервале глубин резания-скалывания зерен 18 -20 мкм был мал, два
последних интервала объединены. В каждом из девяти интервалов глубин резания-скалывания исследовали закономерность распределения радиального износа зерна. На рисунке 1 приведена гистограмма распределения ∆ на глубине резания-скалывания зерна в диапазоне от 8 до 10 мкм.
Для описания гистограмм выбраны четыре закона распределения случайных величин: Гамма, Вейбулла, логарифмически нормальный и нормальный. Проверку всех статистических гипотез о законе распределения
осуществляли для уровня значимости =0,05. Гипотеза о нормальном
79
частота
распределении отвергается по результатам статистической проверки. Поэтому в таблице приведены данные только для оставшихся трех законов
распределения.
22
Сравнение данных
20
по критерию согласия
18
Колмогорова показало,
16
что при достаточно
14
12
высоком значении ве10
роятности P(λ) распре8
деление величины из6
носа вершин зерен в
4
результате скалывания
2
0
может быть описано
0,335
1,656
2,976
4,297
5,618
6,939
распределением Гамма
0,995
2,316
3,637
4,958
6,278
или Вейбулла (таблица
Величина износа
, мкм
1). Выбранное распреРис.1 Гистограммы распределения величины износа при деление должно отраскалывании вершин зерен и график плотности распредележать физические факния Вейбулла при глубине резания-скалывания 8-10 мкм
торы, выступающие в
качестве причины скалывания. Наиболее вероятно, что размеры скола зависят от значения разрушающей нагрузки, которая в свою очередь подчиняются закону Вейбулла. Поэтому в качестве окончательного варианта было
взято распределение Вейбулла.
Таблица 1. Результаты статистической оценки законов распределений
Глубина резания,
мкм
0÷2
2÷4
4÷6
6÷8
8÷10
10÷12
12÷14
14÷16
16÷20
Объем
выборки
44
82
92
102
82
55
48
36
88
Гамма
P(λ
λ
)
0,39
1,0
0,641 0,81
0,433 0,99
0,400 1,00
0,692 0,72
0,482 0,97
0,365 1,00
0,333 1,00
0,508 0,96
Критерий Колмогорова
Вейбулл
Логарифмически нормальное
P(λ)
λ
P(λ)
λ
0,275
0,495
0,281
0,406
0,627
0,569
0,216
0,250
0,568
1,00
0,97
1,00
1,00
0,83
0,90
1,00
1,00
0,90
0,399
0,818
0,860
0,687
0,902
0,838
0,685
0,538
0,731
1,00
0,52
0,45
0,73
0,39
0,48
0,74
0,93
0,66
Установлено, что константы распределения зависят от глубины резанияскалывания. Выведены функциональные зависимости между этими величинами.
80
УДК 621.787.4
ПОВЫШЕНИЕ СТАБИЛЬНОСТИ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ
ПОВЕРХНОСТНЫМ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ
РАСКАТНИКОМ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ДЕЙСТВИЯ
Ольштынский С.Н.
Волгоградский государственный технический университет
Тел.: (8442) 740497, e-mail: stanki@vstu.ru
Эксплуатационные свойства и несущая способность деталей машин в
значительной степени определяется состоянием их поверхностного слоя.
Качество поверхностного слоя формируется на финишных операциях, одной из которых является поверхностное пластическое деформирование
(ППД) роликами.
При разработке новых инструментов для ППД приоритетным является выбор его конструктивных параметров, обеспечивающих заданное качество и производительность, которая выше традиционных финишных
методов обработки, таких как выглаживание, хонингование и суперфиниширование в 1.5 – 2 раза [1].
Исследования особенностей работы инструментов и обобщение научного
и производственного опыта показывает, что в условиях серийного и массового производства наиболее производительными и надежными в эксплуатации являются роликовые накатники и раскатники. В таких инструментах деформирующие элементы расположены в гнездах сепаратора равномерно по
обрабатываемой цилиндрической поверхности детали и контактируют с
опорным конусом, через который передается усилие деформирования [2].
В процессе проведения экспериментальных исследований, при раскатывании труб диаметром 160 мм опытным образцом центробежного раскатника [3], на отдельных участках обработки наблюдалась вибрация, что
свидетельствует о существовании динамических составляющих сил, действующих на промежуточный опорный каток и деформирующий ролик.
Это может быть вызвано неточностью изготовления деталей в пределах
отклонений от номинальных размеров, осевых составляющих создаваемого усилия деформирования, действующих на ползуны, в корпусах которых установлены подшипниковые опоры промежуточных катков, а так
же случайные неучтенные факторы. Поскольку обнаруженные вибрации
не могут не сказываться на стабильности процесса раскатывания, а следовательно снижают качество обработанной поверхности, представляется
целесообразным рассмотрение совокупности сил, действующих в инерционном узле и приложенных к опорному катку и ползунам, в корпусе
которого расположены их подшипники.
На рис. 1 показана принципиальная конструктивная схема усовершенствованного узла установки ползуна в радиальном пазе корпуса раскатника с действующими силами, где показан опорный каток 1, установленный в ползуне 2 на игольчатом подшипнике 3 и пружина 4, установленная в гнезде корпуса центробежного раскатника.
81
Rñð
Взаимодействие ползунов инерционных узлов с корпусом инструмента
осуществляется через контакт с поверхностью пазов.
Pz
Py
При этом действуют нормаль2
ные силы Pn1 и Pn2. При изменении
np
Pc
радиальных размеров в пределах
допуска обрабатываемой трубы
Pn2
или при наличии дебалансных соT1
l1
ставляющих самого раскатника,
либо от действия случайных фак1
l2
T2
Pn2
Pï ð
торов, ползуны вместе с опорными
катками могут смещаться в радиальных пазах, при этом возникают
3
4
касательные составляющие Тк1 и
Тк2.
l3
Поскольку центробежный расРис. 1. Конструктивная схема
катник не имеет жесткого базироусовершенствованного узла
вания деформирующих роликов и
опорных катков, то за счет различных систематических и случайных факторов, суммарное усилие деформирования непостоянно.
Если погрешность углового положения осей опорных катков равна
к, то значение неуравновешенной составляющей силы Рк, приходящейся на один опорный каток будет:
(1)
ΔPα  4  (Pn2  Tк2 )  sin 2(Δ к )
где принято, что Рn1 = Pn2, Тк1 = Тк2, Тк = Рn  f, f – коэффициент трения.
Значение усилий Рn1 и Pn2 можно вычислить из уравнений статики
равновесия сил, приложенных к ролику и ползунам
P r
Pn  z к
2l
1
(2)
Полагая, что суммарное неуравновешенное усилие деформирования,
как замыкающее звено угловой размерной цепи, равно в предельном случае сумме составляющих звеньев этой цепи, получим
zк
ΔRc  2   Pn  sin( к )  1  f
1
2
 2  n  Pn  sin(Δ к )  1  f 2 .
(3)
Вычисленное значение усилия Rс, действующего на корпус, можно
перенести в центр раскатника, приложив к нему дополнительно крутящий моментМс. Для уменьшения остаточного неуравновешенного усилия Rс, которое действует через контакт со стенками пазов на раскатник
и на опорный каток, можно применить дополнительный элемент конструкции – компенсирующую пружину 4. Конструктивные параметры
пружины необходимо расчитывать таким образом, чтобы ее силовая характеристика сжатия уравновесила составляющие Pn1 и Pn2. Необходимое
усилие, создаваемое пружиной 4 можно вычислить по формуле:
2 Pн l1
P r
P  z к 
.
пр
l3
l2
(4)
Из вышесказанного можно сделать вывод, что предложенная усовершенствованная конструкция узла установки опорных катков в корпусе
82
центробежного раскатника позволяет уменьшить действие неуравновешенных сил, а следовательно повысить стабильность процесса раскатывания и качество обработанной поверхности.
Список литературы
1. Шнейдер Ю.Г. Технология финишной обработки давлением: Справочник. – СПб.:
Политехник, 1998.
2. Смольников Н.Я., Ольштынский С.Н., Отений Я.Н., Никифоров Н.И. Обработка глубоких
отверстий центробежным раскатыванием // Инструмент Сибири. – 2000. – N6 (9). – С. 21–23
3. Патент РФ № 2219041. Инструмент для обработки тел вращения методом пластического деформирования / Смольников Н.Я., Отений Я.Н., Ольштынский Н.В., Ольштынский
С.Н. – Опубл. в Б.И., 2003, № 35
УДК 681.2.002
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕЙСТВИТЕЛЬНОГО ПЯТНА КОНТАКТА
В ЗУБЧАТОЙ ПАРЕ
Отений Я.Н., Акулич Л.С.
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
Цилиндрические зубчатые передачи имеют большое распространение
в различных приводах машин. От качества их изготовления и сборки зависит долговечность и надежность передач, в которых они применяются.
Основным параметром, существенно влияющим на выносливость рабочих поверхностей зубьев являются контактные напряжения между рабочими поверхностями зубьев. При расчетах зубчатого прямозубого зацепления контактные напряжения рассчитывают по их наибольшим значениям на основе использования формулы Герца, которая справедлива при
контактировании двух произвольных цилиндров расположенных параллельных друг другу (рис.1)
 ñ  0,418
p E

(1)
где σс – наибольшее контактное напряжение сжатия; р- удельная контактная нагрузка; Е- модуль упругости материала поверхностных слоев
соприкасающихся тел; ρ – приведенный радиус кривизны соприкасаемых
рабочих поверхностей (1 /ρ =1 /ρ1 + 1 /ρ2), ρ1, ρ2 – радиусы кривизны
контактируемых тел соответственно.
При параллельном расположении
осей валов радиусы кривизны определяются по формуле:
(
2
2
R  r  a .
2)
где r – радиус делительной окружности, a – радиус основной окружности
(см. рис. 2)
Отрезок МВ производящей прямой есть
Рис. 1
радиус кривизны эвольвенты в точке М.
83
Однако за счет погрешностей имеющих место при изготовлении и
сборке возникает перекос осей валов, на которых установлены зубчатые
колеса. Это приводит к тому, что полосовой первоначальный контакт
между поверхностями зубьев при перекосе поверхностей зубьев преобразуется в эллипсный контакт. Геометрические параметры этого контакта
могут быть определены на основе формул применяющихся в расчетах при
упругом деформировании двух тел двояковыпуклой кривизны. На рис.3
показана схема контакта двух зубьев повернутых друг относительно друга
на углы γ1 и γ2. Значения этих углов могут быть определены на основании
выявления и решения разменных угловых цепей сборочного узла цилиндрического зубчатого соединения. Методика выявления и решения этих
размерных цепей приведена в [1] и показана на рис. 3. В сечениях А-А и ББ образуются кривые, имеющие эквивалентные радиусы R12, R22.
Рис. 2. Схема для определения радиусов
кривизны при непараллельности осей.
Рис. 3. Сечение А – А
Алгоритм расчета радиусов кривизны при перекосе валов.
Рассмотрим сечение А – А (рис. 3):
На рисунке 3 R11 и R21 – радиусы окружностей, проходящих через три
заданные точки (на рис. 2 т. 1, 2, 3). Определяются по формулам:
R11 
R1
cos (1)
R21 
R2
cos (2 )
(
3)
γ1 и γ2 – углы перекосов соответственно первого и второго колес. R1 и
R2 определены выше.
Рассмотрим сечение Б – Б:
При построении сечения предполагалось, что при перекосе валов, рассматривая
сечение Б – Б радиус второй эквивалентной
окружности будет стремиться к бесконечности,
следовательно,
эквивалентная
окружность преобразуется в прямую.
На рисунке 4 R22 – радиус эквивалентной окружности в точке касания зубчатых колес при перекосе валов. Алгоритм
Рис. 4. Сечение Б – Б
84
определения данного радиуса приведен ниже:
 
 
 2 
 2
2
2 1   R11   R11   0.5 h sin 
1     R11     R11      0.5 h sin    
(4)
 
 
 2 
 2
2
2 2   R21   R21 h  0.5 h sin 
h
–
ширина
зубчатого
венца.
2     R21     R21      0.5 h sin    
c1     0.5 
c1     0.5 
cos   
h
c2     0.52
2
c1    cos
1 
R12    
2 1   
h
cos   
h
c2     0.52
2
c1    cos
1  
R12    
2 1   
(5)
(6)
2
2
c2     2   
R22    
2
2
2 2   




c2



2

СогласноR22
методике
    определения геометрических параметров контакта

при деформировании 2тел
кривизны [2] полуоси эл2  двояковыпуклой
липсного контакта определяются по следующему алгоритму:
 
k 
4
1
1
1 
 1





 R21 R22 R11 R12 
8 E1 E2

3  E2  1  1
(7)
  E2 1  22 
2
(8)
Е1, Е2 – модули упругости материалов зубчатых колес, μ1, μ2 – коэффициенты Пуассона



2
2
1   1
1 
1  1
1 
 1
 1
(9)



 
  2  3 
 
 cos    
 R12 R11
 4  R12 R11   R22 R21 

   R22 R21 
a    P 
3
k

a    P 
3
(10)
k

b    P 
3
a и b – наименьшая и наибольшая
полуоси
эллипса
соответственно.
k

b в 
 P
где α, β выбираются
зависимости
от значения θ по рис.5, град;
     acos 
7
 
k
7
1 1
6.4 6.4
0.930.93
5.8
5.8
0.860.86
5.2
5.2
0.790.79
4.6 4.6
 (
) ( 4)
0.720.72
4
) 0.65
 ( )(0.65
3.4 3.4
0.580.58
2.8 2.8
0.510.51
2.2 2.2
0.440.44
1.6
1.6
1
1
10
0.370.37
1018
1826
0.3 0.3 10
10
18 18 26 26 34 34 42 42 50 50 58 58 6666 7474
2634 3442 42 50 50 58 58 66 66 74 74 82 82 90 90
 
Рис. 5

8282
9090
Зная геометрические параметры пятна контакта, можно определить
максимальное давление, действующее в точке контакта:
P ( p)
q  p    
a p   




0
y p  x   




0

2
2
 x    y   d y dx



  a p      b p     
2 1   
85
(9)
УДК 681.2.002
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ДЛЯ РАСЧЕТА ПРИВОДА УСТРОЙСТВА
НАНЕСЕНИЯ РЕГУЛЯРНОГО ДЕКОРАТИВНОГО РЕЛЬЕФА
НА ДЛИННОМЕРНЫЕ ВАЛЫ И ТОНКОСТЕННЫЕ ТРУБЫ
Отений Я.Н., Выходец В.И.
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
Тел: (844-57) 3-45-67, 3-43-62, E-mail: ktm@kti.ru
Многие товары широкого потребления содержат детали, выполненные из тонкостенных труб и валов. Потребительская и эстетическая стоимость указанных изделий будет намного увеличена, если на поверхность предварительно обработанной детали с низкой шероховатостью
нанести регулярный декоративный рельеф.
Для реализации нанесения регулярного рельефа
возможно применение следующих способов:
 Накатывание роликами,
на наружной поверхности которых образованы
а)
б)
выступы в виде соответствующего рельефа. Этот
способ можно обеспечить двояким образом.
При помощи роликов
(рис. 1а) равномерно
в)
расположенных
по
Рис.1. Схемы нанесения регулярного рельефа.
окружности цилиндричеа) накатыванием роликами расположенными межской детали 1, установду обкатниками, б) накатывание роликами обкатленных между двумя обника;
катниками 2 и 3, осув) вибронакатыванием регулярного рельефа.
ществляющих вращение
детали и ее самоподачу, а также при помощи деформирующих роликов 7
(см. рис. 1б) самого обкатника, осуществляющего вращение детали и ее
самоподачу. Для этого на той части ролика, которая контактирует с деталью, нарезают рельеф, а в опорном конусе напротив этого участка выполняется расточка, чтобы не повредить рельефную поверхность ролика.
 Вибронакаткой (рис. 1,в). В этом случае используются алмазные или
шариковые инденторы, выдавливающие на обрабатываемой поверхности канавки в соответствии с заданным законом их движения. Индерторов может быть несколько.
 Ударным методом, по аналогии с печатающими устройствами, применяемыми при печати информации на матричных принтерах ПЭВМ.
Каждый из перечисленных методов имеет свои специфические особенности и создает характерный только для данного случая декоративный ри86
сунок. Наиболее простым является нанесение макрорельефа накаткой роликами, для чего на их рабочей поверхности выполнены выступы с требуемым узором. Обработку можно осуществить на токарном станке с установкой детали в центрах, но в этом случае длина детали ограничена возможностями станка. Трубы любой длины можно обрабатывать с применением двух последовательно расположенных друг за другом обкатников,
предназначенных для обработки валов поверхностным пластическим деформированием, работающих в режиме самоподачи детали. Обрабатываемая деталь пропускается через обкатники, а накатные ролики или виброинденторы устанавливаются между ними.
Вариант, когда регулярный макрорельеф на обрабатываемую поверхность наносится при помощи роликов, установленных непосредственно
в обкатнике, позволяет производить обработку с высокой производительностью и осуществлять автоматизацию процесса обработки. Главным недостатком является невозможность изменения рельефа в процессе
обработки. Некоторые проблемы могут возникать при изготовлении выступов на накатных роликах с требуемым узором. Кроме того, при обработке валов в обкатниках снижается шероховатость поверхности за счет
накатывания. Тем не менее, метод накатки является простым и легко реализуемым на практике. Во втором обкатнике для предотвращения порчи
обработанной поверхности ролики могут быть резиновыми или изготовленными из другого мягкого материала.
При нанесении регулярного макрорельефа вибронакатыванием в процессе обработки можно менять узор за счет изменения амплитуды и частоты колебаний индентора, для чего необходимо применять механизм
привода индентора с меняющимися параметрами колебаний. Для этого
способа не разработана методика выбора параметров оборудования и режимов обработки, поэтому рассмотрим его более подробней.
Согласно литературным данным виброобкатывание применяется в
машиностроении в основном для создания на поверхностях деталей микрорельефа с целью повышения эксплуатационных свойств деталей, повышения контактной жесткости, создания масляных карманов и регулярной микрогеометрии. В этом случае амплитуда вибраций индентора является незначительной (в пределах долей миллиметра).
При нанесении декоративного регулярного макрорельефа увеличивается
амплитуда движения индентора и глубина его внедрения в обрабатываемую
поверхность. Возможен вариант нанесения регулярного рельефа резанием алмазными или твердосплавными резцами. Частота колебаний будет зависеть от
характера рисунка и производительности. Чем больше производительность,
тем выше частота колебаний. Следовательно, параметры механизма, приводящего индентор в движение, необходимо рассчитывать с применением уравнений динамики. Расчётную схему , в первом приближении можно считать состоящей из одной массы, демпфирующего и упругого элементов.
Будем полагать, что рабочая часть инструмента движется по синусоидальному закону. В связи с тем, что количество волн, укладывающихся
на длине окружности детали, из эстетических соображений желательно
представить целым числом перемещение индентора без учёта подачи
описываются выражением:
87
Sи = А· sinω·t·k,
(1)
где А- амплитуда колебаний индентора; ω -угловая частота вращения
детали; k – волновой коэффициент (целое число), учитывающий количество волн приходящееся на длину окружности детали, равный
k = π·d / λ ,
(2)
где λ - длина волны колебаний индертора; t – время.
Общее уравнение динамики одномассовой системы, как известно,
имеет следующий вид.
Mu·a + h·V + c·S = F
(3)
где Mu – масса колеблющейся части инструмента; h – коэффициент
сопротивления; c – коэффициент жесткости; a,V,S – соответственно
ускорение, скорость и перемещение колеблющейся части инструмента.
S = S п - Su ;
V = Vп - Vu;
a = a п - au
Sп ,Vп , aп – перемещение, скорость и ускорение подачи.
Vи = А·ω·t· sinω·t·k; aи = -А·ω2·t· sinω·t·k - скорость и ускорение колебаний индентора.
Усилие привода индентора F зависит от его конструкции и является
суммой сил инерции Fи, сил сопротивления Fс и сил упругости Fу. В
нашем случае при расчетах в качестве сил сопротивления необходимо
брать горизонтальную составляющую силы резания, направленную вдоль
оси вращения детали. Тогда
Fи =Ми·(aп - au) ,
Fс = (Vп - Vи)y·К ,
Fу = с·(Sп - Su) ,
(4)
К,y – экспериментальные коэффициенты, зависящие от свойств материалов и условий обработки в каждом конкретном случае; с - коэффициент жесткости пружин, если они входят в конструкцию индертора.
Так как коэффициент y не всегда равен единице уравнение (3) становится нелинейным и требует дальнейшего анализа.
Требуемая мощность привода, создающего колебания, определяется
как произведение среднеквадратических значений скорости инструмента
и усилия привода F.
УДК 621.762
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРЕССОВОК
ИЗ ПОРОШКОВ КОБАЛЬТА И КАРБИДА ЦИРКОНИЯ,
ПОЛУЧЕННЫХ ВЫСОКОСКОРОСТНЫМ ПРЕССОВАНИЕМ
Писарев С. П., Рогозин В. Д., Хиен Л. Д., Казак В. Ф.*
Волгоградский государственный технический университет
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
*
Целью данной работы являлось изучение термоэлектрических свойств
прессовок из порошков Co и ZrC в зависимости от состава и режимов
прессования. Схема экспериментальной установки приведена на рис.1.
При работе установки нагретый медный электрод 1 соприкасается в
момент измерения с исследуемым образцом 2, образуя при этом термопару. Электрический нагреватель 3 питается переменным электрическим
током от автотрансформатора, с помощью которого можно, изменяя ве88
личину тока нагревателя плавно изменять температуру эталонного медного электрода и изменять, таким образом, чувствительность метода.
Рис. 1. Схема установки для контроля
изменений химического состава термоэлектрическим методом:
1-медный электрод;
2-исследуемый образец;
3-электрический нагреватель;
4-милливольтметр В7-40/1;
5- термопара;
6- милливольтметр В7-35,
АТР – автотрансформатор.
Возникающую термоэлектродвижующую (термо-э.д.с.) контролировали милливольметром В7-40, а температуру медного электрода измеряли хромель-копеловой термопарой 5 и милливольметром 6 марки В7-35.
Температуру свободных концов термопары контролировали ртутным
термометром расширения с погрешностью ±0,2ºС.
Проведено исследование термо-э.д.с. прессовок из порошка электролитического кобальта, карбида циркония, а также для их смесей, полученных высокоскоростным прессованием на баллистической установке
при скоростях поршня-ударника 350-550 м/с . Масса свинцового ударника была 0,3 кг, его толщина-13 мм. В порошковых композициях количество карбида циркония составляло 25-85%(по массе).
На рис.2 приведены зависимости термо-э.д.с. (Е) от состава прессуемых
порошковых материалов и скорости ударника,полученные при температуре медного электрода 100 ºС. Видно, что с увеличением содержания ZrC
термо-э.д.с снижается у всех материалов во всем диапазоне скоростей
ударника, причем наиболее заметные изменения термо-э.д.с. наблюдаются
при содержании ZrC более 25%. Скоростные режимы прессования на значения термо-э.д.с влияют значительно меньше, тем состав прессовок.
Полученные экспериментальные
данные
могут
быть использованы для контроля
состава прессовок
Co-ZrC, полученных высокоскоростным деформированием.
Рис.2. Зависимости термо-э.д.с. от состава: 1 – при скорости
ударника 450 м/с; 2 – 550 м/с; 3 –490 м/с; 4 – 420 м/с.
89
УДК 621.762
ВЫСОКОСКОРОСТНОЕ ПРЕССОВАНИЕ
ПОРОШКОВЫХ СМЕСЕЙ Co+ZrC
Писарев С. П., Рогозин В. Д., Хиен Л. Д., Казак В. Ф.*
Волгоградский государственный технический университет
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
*
В данной работе изложены результаты оптимизации схемы высокоскоростного ударного прессования с целью выравнивания давления по
высоте прессуемых разнородных порошковых слоёв.
В качестве исходных порошковых материалов использовали порошки
кобальта и карбида циркония, а также их смеси с содержанием кобальта
75% (смесь №1), 50% (смесь №2), 30% (смесь №3), 15% (смесь №4).
В опытах использовали пороховую баллистическую установку с внутренним диаметром ствола 50 мм. Свинцовый ударник имел толщину 13
мм. Скорость удара измеряли электроконтактным методом [1] и варьировали в диапазоне 350-550 м/с. Прессуемые порошки располагались слоями в пластичном контейнере внутри пресс-формы. После ударного воздействия спрессованные образцы извлекали из контейнера и измеряли их
плотность методом гидростатического взвешивания.
Оптимизацию схемы прессования проводили на основе компьютерного расчёта [2] конструктивных вариантов с подбором благоприятных сочетаний толщин прослоек, прокладок, демпфирующих слоёв, прессуемых
порошков с учётом физических свойств материалов. Оптимизированный
вариант схемы прессования приведён на рис. 1.
В этой схеме одновременно прессуется
шесть образцов из различных материалов.
Получаемые прессовки имеют вид дисков
диаметром до 30 мм. В отличие от известной схемы прессования [3], при размещении порошковых слоёв в контейнере слой
с меньшей плотностью (из ZrC) располагали внизу составного контейнера, а
остальные – последовательно по возрастанию плотности прессуемого материала.
Расчёты показали, что это способствует
выравниванию давления в прессовках при
Рис. 1. Схема высокоскоростного прес- высокоскоростном прессовании.
сования:1-ударник; 2,15-пуансоны; 3Стальной отражатель, расположенный
свинцовая прослойка; 4-стальной под контейнером, способствует выравниваэкран; 5-крышка контейнера; 6,11- нию фронта прессования, препятствует исстальные диски; 7-раздели-тельные
кривлению получаемых изделий в нижних
прокладки; 8-прессуемые порошки; 9слоях контейнера. Стальная пресс-форма и
песчаная прослойка; 10,12-оболочки
контейнера; 13-стальной отражатель; песчаная прослойка между контейнером и
14-пресс-форма; 16-стальное основа- стенкой пресс-формы препятствует появлению неконтролируемых поперечных дение;17-песчаный грунт.
формаций прессовок и элементов оснастки.
90
Расчётные значения максимальных давлений в прессуемых порошковых слоях приведены табл. 1.
Таблица 1. Давление (ГПа) в слоях в зависимости от скорости ударника
Номер слоя
на рис.1
7
9
11
13
15
17
Состав
прессовок
Co
Смесь №1
Смесь №2
Смесь №3
Смесь №4
ZrC
при скорости ударника:
420 м/с
490 м/с
1,14
1,4
1,22
1,54
1,28
1,6
1,24
1,6
1,27
1,56
1,34
1,6
350 м/с
0,8
0,9
1,0
1,0
1,0
1,08
550 м/с
1,7
1,77
1,78
1,86
1,9
2,0
Как видим, различие давлений в прессуемых слоях невелико, особенно при скоростях удара 420 и 490 м/с, где отклонения давления от среднего значения не превышают 7-9%. Это позволяет осуществлять одновременное прессование нескольких разнородных материалов в строго
контролируемых условиях практически при одинаковом давлении. В то
же время при получении изделий по способу [3] давление в нижних слоях
контейнера отличается от давления в верхних в 1,6-1,7 раза. На рис. 2
приведена зависимость плотности прессовок от давления прессования.
Рис. 2. Зависимость плотности прессовок от давления прессования:
1-порошок Co; 2-5 -смеси №1-4, соответственно; 6-ZrC.
Рис. 3. Распределение давления по
высоте столба из порошка.
Видно, что при давлениях свыше 1.3-1.4 ГПа плотность прессовок стабилизируется и достигает 90-95% от предельной для всех исследуемых материалов. В прессовках отсутствуют расслоения и трещины. Таким образом, обеспечивается высокое уплотнение у всех используемых материалов.
Компьютерные расчёты вариантов схем высокоскоростного прессования открывают дополнительные возможности управления параметрами
ударного нагружения порошковых материалов. Примером этому могут
служить кривые изменения давления по высоте столба из порошка (рис. 3),
полученные для скоростей ударника 420 м/с (кривая 1), 490 м/с (кривая 2)
и 550 м/с (кривая 3).
Схема прессования та же, что в предыдущих опытах, но при скорости
420 м/с толщина каждого из слоёв была уменьшена до 4 мм, при 490 м/с она
91
составляла 5 мм, а при скорости 550 м/с – 6 мм. Как показали предыдущие
опыты, при таких скоростях происходило наибольшее уплотнение порошковых слоёв. Рис. 3 показывает, что за счёт рационального варьирования
толщины прессуемых материалов удалось стабилизировать давление в
прессовках и получить его почти одинаковым во всех слоях в широком
диапазоне скоростей ударника. Уровень плотности прессовок соответствует
кривым уплотнения на рис. 2.
Таким образом, проведённые исследования по оптимизации схемы
многослойного прессования показали высокую эффективность этой схемы при использовании её для одновременного прессования заготовок из
разнородных порошков.
Список литературы
1. Рогозин В. Д., Писарев С. П., Чан М. Т. Высокоскоростное прессование неорганических порошков. //Известия ВолгГТУ «Материаловедение и прочность элементов конструкций». Вып. 1.- Волгоград,-2005.- №3.- с. 23-26.
2. Рогозин В.Д. Взрывная обработка порошковых материалов: Монография / ВолгГТУ,Волгоград,-2002.-136 с.
3. Патент РФ №2121410, МПК6 В22F 3/08. Способ получения изделий из керамического
порошка / Писарев С. П., Рогозин В. Д., Устинов И. В., Заруба Л. Ю. Князев М. А.; заявитель и патентообладатель ВолгГТУ. Опубл. 10.11.98. Бюл. №31.
УДК 621.923
ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИЗМА ИЗНОСА АБРАЗИВНОГО
ИНСТРУМЕНТА БЕЗ СВЯЗКИ
Полянчиков Ю. Н., Полянчикова М. Ю., Курченко А. И.,
Курсин О. А., Лешуков А. В.
Волгоградский государственный технический университет,
Тел.: (8442) 23-15-33
Износ абразивного инструмента в процессе эксплуатации происходит
из-за разрушения связки и выпадения абразивных зёрен, из-за хрупкого
разрушения зёрен и в результате пластической деформации поверхностных слоёв материала абразива.
В определённых условиях шлифования исследованиями [1] установлено, что пластическому течению подвергаются и хрупкие абразивные
материалы. Этому способствует разогрев режущих кромок.
Исследования адгезионного износа показали, что при скольжении
свежеобнажённых поверхностей детали и абразивного зерна происходит
непрерывный процесс возникновения и среза адгезионных пятен. Из-за
неоднородности структуры, пор, трещин, неравномерного распределения
внутренних напряжений и др. в процессе трения возникает вероятность
отрыва и среза частиц от абразивного материала. Эксперименты [2] показали, что для всего класса железоуглеродистых сплавов и легированных
сталей независимо от скорости резания преобладающим видом износа
92
корундовых материалов является адгезионный, о чем свидетельствует
бугристое строение зёрен электрокорунда [1].
При адгезионном взаимодействии материалов абразива и детали можно выразить количество перенесённого материала (М0) [2] зависимостью:
(1)
М 0  с   э  Aр  d р  Lк   0  m   m ,
где:
c – эмпирическая постоянная; Lк – длина контакта; Aр – площадь деформированного участка, на котором происходит адгезия; γэ –
плотность материала абразива; dр – средняя глубина вырванных частиц; χ0
– вероятность переноса материала вследствие адгезии; φm – механический
фактор вероятности переноса металла; m – коэффициент, учитывающий
отношение микропрочности контактных слоёв трущихся материалов.
Представляя зерно в форме конуса, допускаем, что в контакте с обрабатываемой деталью находится 3/4 его боковой поверхности. Тогда площадь боковой поверхности конуса-зерна, находящаяся в контакте:
az ,
(2)
Aр  0, 75    (0,5  bz ) 
sin( )
где: (0,5·bz) – радиус основания конуса; (az/sin(γ)) – высота конической
части зерна, контактирующей с деталью; γ – угол конуса зерна (по данным исследований: γ = 54°); bz – ширина риски-царапины; az – средневероятная глубина риски-царапины.
az 
2, 05  Py  0, 28    G  b   0,5  (c  d з )1,5  (   0, 05) ,
  G  b   0,5  c  d з  (   0, 05)
(3)
где: Pγ – радиальная составляющая силы резания; b – вектор Бюргерса; ρ – плотность дислокаций обрабатываемого материала; G – модуль
упругости второго рода; μ – коэффициент трения скольжения (0,15 –
0,25); c – гиперболический коэффициент; dз – средневероятный размер
абразивного зерна; α – коэффициент, учитывающий количество средневероятного размера абразивного зерна в объёме инструмента.
Таким образом, при определении величины площади пластически деформированного участка Aр можно учесть характеристики материала детали,
абразивного зерна и параметры контакта для зёрен различных размеров.
Список литературы
1. Кащеев В. Н. Процессы в зоне фрикционного контакта металлов.- М.: Машиностроение. – 1978 г. – 213с.
2. Лоладзе Т. Н., Бокучава Г. В. Износ алмазов и алмазных кругов.- М.: Машиностроение. – 1967 г. – 113с.
93
УДК 629.113.001
К ВОПРОСУ ДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА
ПЕРЕДНЕЙ ПОДВЕСКИАВТОМОБИЛЯ С АБС
Ревин А.А., Алонсо В.Ф.
Волгоградский государственный технический университет
E-mail: alonsovlad@rambler.ru
Регулирование тормозных моментов на колесах автомобиля при
функционировании антиблокировочной системы (АБС) (часто по циклическому принципу) обуславливает кардинальное отличие от традиционного режима затормаживания юзом и, следовательно, может приводить к
возникновению нерасчётных режимов работы элементов конструкции автомобиля и прежде всего передней подвески при действии существенно
нестационарных продольных сил в течение всего процесса торможения.
Дорожные исследования процесса торможения автомобилей, оборудованных опытными конструкциями АБС третьей категории с модулятором производства АВТОИЖ, проведенные в России в ВолгГТУ, а так же
МАДИ с модуляторами АБС других типов, показали, что возникновение
нерасчётных режимов работы элементов подвески может приводить к
разрушению элементов подвески даже при малом числе циклов нагружения. Последнее исключает возможность отождествления механизма разрушения с выводами теории усталостных разрушений и применений её
рекомендаций для обеспечения долговечности.
Вышесказанное обуславливает необходимость корректирования традиционной методики расчета на прочность элементов подвески при проектировании автомобилей с АБС. Анализ показывает, что величины возникающих на рычагах подвески продольных сил от действия тормозных реакций
обычно находятся при прочностном расчете на основе максимального значения коэффициента сцепления и действующей нормальной нагрузки. На
первый взгляд, видимых причин для нарушения прочности элементов нет,
поскольку максимальное значение коэффициента сцепления при функционировании АБС почти не изменяется. Однако необходимо помнить, что в
отличие от торможения юзом к концу процесса торможения по мере падения скорости, вследствие известной зависимости φ(v) возрастает как величина коэффициента сцепления при юзе колеса, так его максимальное значение. При этом экстремум коэффициента сцепления в случае торможения
колеса юзом достигается однократно при наибольшей за процесс торможения линейной скорости и его значение будет минимальным. При использовании АБС прохождение экстремума происходит многократно, вплоть до
остановки автомобиля. По известным оценкам, изменение коэффициента
сцепления в диапазоне линейных скоростей от 5 до 90 км/ч может составить до 12-15 % на сухом асфальтобетоне и до 30-35 % на мокром, что является одной из причин возникновения нерасчетных нагрузок.
Второй причиной является неучет динамических процессов в элементах подвески при нагружении колеса существенно нестационарными
94
тормозными силами. Доля их составляющих была определена на основе
исследований математической модели подвески автомобиля, учитывающей податливость элементов в продольном направлении [2].
Для ответа вопрос о необходимости коррекции методов расчета подвески в ВолгГТУ были проведены комплексные исследования, включающие в себя дорожный и лабораторный эксперименты, а также расчет
динамики элементов на разработанной математической модели и исследование действующих напряжений в передней подвеске с помощью метода конечных элементов.
Основной целью лабораторного эксперимента являлось определение
продольных характеристик передних подвесок серийных автомобилей, а
именно жесткости и демпфирования. Экспериментальное определение характеристик проводилось на автомобилях ИЖ-2125, ИЖ-2717, ВАЗ-2106,
ВАЗ-2115. В процессе эксперимента колесо автомобиля выводилось из состояния равновесия с помощью импульсного воздействия силы в продольном направлении, после чего фиксировался процесс затухающих колебаний
оси колеса. Для регистрации процесса применялись виброаппаратура ВИ6ТН с датчиком перемещений ДП-2СМ, внешний модуль АЦП/ЦАП E-440
производства ЗАО «Л-КАРД» и ПК.
Обработка полученных осциллограмм позволила вычислить приведенную жесткость и демпфирование в элементах подвески.
Результаты расчетов на математической модели системы «подвескаколесо-дорога» позволили, во-первых, получить значение сил, вызывающих деформацию элементов передней подвески, а во-вторых, сделать вывод о существенном влиянии на величину данной силы продольной жесткости и демпфирования.
Расчеты показали, что только вследствие инерционных процессов в
элементах подвески при функционировании АБС возникающие усилия
превышают расчетные на 14%. К этому следует добавить 15% от роста
коэффициента сцепления по мере снижения линейной скорости.
На следующем этапе были смоделированы рычаги испытуемых автомобилей и проведен прочностной расчет с помощью стандартной программы,
основанной на методе конечных элементов. К рычагам в указанных точках
прикладывалась сила, полученная в результате расчета на математической
модели, описанной в работе [2]. Полученное напряженно - деформированное
состояние рычагов (рис. 1,2) полностью соответствовало характеру деформации, зафиксированной в результате дорожных испытаний, что свидетельствует о правильности расчетов и целесообразности введения в прочностной
расчет метода конечных элементов в рассматриваемом случае.
Проведенные исследования показали, что при установке АБС на автомобили
необходима коррекция традиционной методики расчета элементов подвески.
С этой целью существующую методику силового расчета элементов
подвески следует дополнить следующим:
1. Учесть увеличение возникающих в элементах нагрузок вследствие
динамических процессов от действия существующих нестационарных
тормозных сил. Последнее достигается либо расчетом на динамической
95
модели подвески, либо с помощью введения коэффициента динамичности, который зависит от типа подвески, расположения элементов и упругодемпфирующих связей.
Рис. 1. Напряженно деформированное
состояние рычага ВАЗ-2106
Рис. 2. Напряженно деформированное состояние рычага ИЖ-2125
2. Для расчетов элементов передней подвески автомобиля с АБС
учесть дополнительно режим экстренного торможения при этом применять современные методы расчета на прочность, например, метод конечных элементов, который позволяет адекватно, точно и без привлечения
дополнительных затрат производить прочностной расчет.
Снижение действующих нагрузок в элементах подвески и повышение
её долговечности возможно, при реализации следующих путей:
1. Конструктивное обеспечение податливости рамных шарнирных
опор направляющих элементов подвески, например, путем реализации
трехопорной продольно-податливой подвески [1].
2. При проектировании подвески исключить попадание собственной
частоты подвески в зоны резонанса, которые обусловлены рабочим процессом затормаживания колеса с АБС;
3. Обеспечить повышенное демпфирование подвески в продольном
направлении для легкового автомобиля не ниже 4000 – 5000 кг/с.
Список литературы
1. Ревин А.А., Балакина Е.В. Автомобиль с АБС. Повышение надежности конструкции подвески// Автомобильная промышленность. – 2004. - № 5. – с. 8 –9..
2. Ревин А.А., Чернышов К.В., Реунов С.В. Автомобиль с АБС. Прочностной расчет
подвески// Автомобильная промышленность. – 2004. - № 6. – с. 18 –20.
3. Ревин А.А., Чернышов К.В. Автомобиль с АБС. Причины нерасчетных напряжений
в элементах подвески// Автомобильная промышленность. – 2004. - № 10. – с. 16 –18.
96
УДК 621.914.2
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ
ПЕРЕХОДНЫХ КРИВЫХ ЗУБЬЕВ В ПРОЦЕССЕ
ЗУБОФРЕЗЕРОВАНИЯ
Смольников Н.Я., Скребнев Г.Г., Григорова О.Л.
Волгоградский государственный технический университет
E-mail: german_s @avtlg.ru
Используя разработанное алгоритмическое обеспечение процесса формообразования переходных кривых зубьев зубчатых колес и созданный пакет прикладных программ, в рамках численного эксперимента были проведены исследования влияния геометрических параметров зубчатого колеса
и производящего контура инструмента (червячных зуборезных фрез) на закономерности формирования переходных кривых зубчатых колес. Определялись параметры переходной кривой: величина радиуса окружности, заменяющей переходную кривую  ср.вп . и толщина зуба в области опасного
сечения
S0 .
При проведении эксперимента использовались следующие па-
раметры зубчатой передачи и производящего контура:
1) модуль m зубчатой передачи; рассматривался диапазон изменения
модулей зубчатых передач от 1 до 10 мм;
2) коэффициент смещения исходного контура x ; рассматривался
диапазон изменения x от –1 до 1;
3) число зубьев исследуемого колеса z ; во всех случаях рассматривался диапазон изменения z от 17 до 120.
Остальные параметры исходного контура (выбран нормальный стандартный исходный контур по ГОСТ 13755 – 81) принимались: угол профиля
*
  20  ; коэффициент высоты головки зуба h ao
 1 ; коэффициент граничной высоты
h1  2 ;
коэффициент радиального зазора
*  0,25 ;
c0
критерий за-
острения 0,4; предельное значение коэффициента перекрытия 1,1; коэффи*  0,38 .
циент радиуса кривизны при вершине исходного контура ao
Количественная оценка влияния различных факторов на формирование переходной кривой явилась результатом вычислительных экспериментов, где использовалась методика однофакторного эксперимента [1],
основанного на поочередном варьировании отдельных независимых переменных при сохранении остальных неизменными. Моделировался
«геометрический» аспект обработки зубчатого колеса обкатным инструментом, следовательно, не учитывалось влияние на формирование переходной кривой кинематических и динамических факторов, жесткости системы СПИД, износа инструмента и т. д.
Влияние угла наклона линии зуба колеса на параметры переходной
кривой не исследовалось, во всех экспериментах по умолчанию   0 .
При исследовании влияния модуля на параметры переходной кривой
постоянными независимыми величинами являлись: число зубьев нареза97
емого колеса z 18 , коэффициент смещения x  0 , Результаты исследований приведены в табл. 1.
Таблица1. Результаты исследований влияния модуля зубчатого колеса.
Модуль,
m , мм
Радиус средней вписанной
окружности,  ср.вп.. , мм
Толщина зуба в области
опасного сечения, S0 , мм
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0,3825
0,7655
1,1475
1,5278
1,9103
2,2919
2,6744
3,0565
3,4425
3,8206
2,3842
4,7685
7,1528
9,5371
11,9214
14,3057
16,6899
19,0742
21,4585
23,8428
При исследовании влияния числа зубьев колеса на параметры переходной кривой постоянными были приняты следующие величины: модуль m  4 мм, коэффициент смещения x  0 . Результаты исследований
приведены в табл. 2.
Таблица 2. Результаты исследования влияния числа зубьев колеса.
Число зубьев
колеса, z
17
20
40
60
80
100
120
Радиус средней вписанной
окружности,  ср.вп.. , мм
1,5616
1,4002
1,3135
1,2474
1,2136
1,1931
1,1793
Толщина зуба в области
опасного сечения, S0 , мм
7,9373
8,8851
9,0764
9,3999
9,5722
9,6797
9,7532
При исследовании влияния коэффициента смещения на параметры
переходной кривой постоянными были приняты следующие величины:
модуль m  4 мм, число зубьев нарезаемого колеса z2  75 . Результаты исследований приведены в табл. 3.
Таблица 3. Результаты исследования влияния коэффициента
смещения исходного контура
Коэффициент
смещения, x
Радиус средней вписанной
окружности,  ср.вп.. , мм
Толщина зуба в области
опасного сечения, S0 , мм
1
0,75
0,5
0,25
0
- 0,25
- 0,5
- 0,75
-1
1,0931
1,1129
1,1351
1,1708
1,2204
1,2839
1,3611
1,4518
1,5557
10,0528
10,0481
9,9131
9,7420
9,5371
9,3005
9,0339
8,7385
8,4156
98
ВЫВОДЫ
1. Параметры переходной кривой увеличиваются линейно и пропорционально модулю; модуль является масштабным фактором.
2. При увеличении числа зубьев зубчатых колес z2 величина  ср.вп .
уменьшается, а S0 возрастает. Это связано с уменьшением радиусов (увеличением кривизны) переходной кривой при росте фактора z .
3. Увеличение коэффициента смещения исходного контура приводит
к уменьшению значений среднего вписанного радиуса  ср.вп . и к увеличению толщины зуба в области опасного сечения. Это связано с увеличением диаметра впадин зубьев, при этом уменьшается кривизна переходной кривой и увеличивается толщина зуба в области опасного сечения.
Список литературы
1. Математическая теория планирования эксперимента / Под ред. С.М. Ермакова – М.:
Наука, 1983.- 392 с.
УДК 621.914.2
ИССЛЕДОВАНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
ПЕРЕХОДНЫХ КРИВЫХ ЗУБЬЕВ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС,
ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ ЗУБОФРЕЗЕРОВАНИЯ
Смольников Н.Я., Скребнев Г.Г., Григорова О.Л.
Волгоградский государственный технический университет
E-mail: german_s @avtlg.ru
С целью проверки достоверности параметров переходных кривых, полученных ранее методом математического моделирования процесса зубофрезерования, были проведены натурные исследования геометрических параметров переходных кривых зубьев нарезанных зубчатых колес.
Эксперименты по зубофрезерованию проводились на зубофрезерном
станке модели 5В312, со скоростью резания 37 м/мин, подачей 2,0 мм на
оборот заготовки, с охлаждением, в качестве охлаждающей жидкости использовался сульфофрезол.
Зубофрезерование производилось за один проход. Материал зуборезных фрез – быстрорежущая сталь Р6М5. Геометрические параметры однозаходных стандартных фрез модуля m  4 мм и   20  класса точности А – по ГОСТ 9324 – 80Е.
Из партии стандартных фрез для экспериментов были отобраны червячно-модульные фрезы с радиусом закругления вершины зуба 1,52 мм.
Нарезались цилиндрические прямозубые колеса с внешними зубьями
модуля 4 мм с числами зубьев 18; 30; 36 и 48. Исследованию подлежало
24 колеса. Такое количество исследуемых образцов получилось в результате варьирования исходными данными: числом зубьев нарезаемых колес
и коэффициентом смещения исходного контура. Нарезаемые заготовки
зубчатых колес изготавливались из стали 45.
99
Проведение натурного эксперимента включало измерение геометрических параметров переходных кривых зубчатых колес (величину среднего
вписанного радиуса  ср.вп . и толщину зуба в области опасного сечения S 0 ).
Геометрические параметры переходных кривых зубчатых колес измерялись на инструментальном микроскопе ИМЦ 100 х 50А [1].
Величина радиуса, вписанного в переходную кривую  ср.вп . ,. на натурных
Число зубьев
колеса
Коэффициент
смещения
исходного
контура
№ опыта
образцах определялась с помощью радиусной головки, устанавливаемой на
микроскопе ИМЦ 100 х 50А. Толщина зуба в области опасного сечения S 0 измерялась при использовании градусной сетки, нанесенной на оптике окуляра
микроскопа. Результаты исследования геометрических параметров переходных
кривых, полученные при натурных испытаниях, приведены в таблице.
Таблица. Результаты исследования геометрических параметров переходных кривых, полученные при натурных испытаниях
1
18
2
30
3
36
4
48
0
0,5
0
0,5
0
0,5
0
0,5
Результаты натурных экспе- Результаты экспериментов,
риментов (среднее арифме- полученные при моделироватическое трех измерений)
нии процесса
ρср.вп., мм
S0, мм
ρср.вп., мм
S0, мм
1,87
1,52
1,78
1,50
1,70
1,45
1,61
1,43
7,41
8,51
8,52
9,13
8,19
8,53
9,30
9,15
1,88
1,58
1,74
1,55
1,70
1,44
1,69
1,37
7,44
8,64
8,13
8,93
8,31
9,00
9,21
9,16
Приступая к выполнению натурных экспериментов, то есть к измерению
среднего радиуса вписанной окружности и толщины зуба в опасном сечении на
нарезанных колесах, необходимо было рассчитать точность экспериментов
(определить необходимое число повторений каждого измерения). После проведения необходимых расчётов [2] было установлено, что достаточно трех повторений эксперимента, чтобы выявить величину  ср.вп . с вероятностью р = 0,90 того, что его значение будет отличаться от истинного не более чем на ± 11%.
Для сравнения с результатами исследования геометрических параметров переходных кривых, полученными при натурных испытаниях, в таблице приведены также результаты, полученные методом математического моделирования.
Анализ параметров переходных кривых, полученных при натурных экспериментах и методом математического моделирования, показал, что различие
этих значений не превышает 10 %. Поэтому имитационная модель процессов
формирования переходной кривой при червячном зубофрезеровании является
вполне адекватным средством для изучения параметров переходной кривой.
Список литературы
1. Микроскоп инструментальный ИМЦ 100 х 50 А: Описание.
2. Математическая теория планирования эксперимента / Под ред. С.М. Ермакова – М.:
Наука, 1983.– 392 с.
100
УДК 621.791
ИССЛЕДОВАНИЕ ЖИДКОФАЗНОГО ДИФФУЗИОННОГО
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В СЛОИСТЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ
МАТЕРИАЛАХ СИСТЕМЫ Ti-Al.
Трыков Ю.П., Гуревич Л.М., Жоров А.Н., Арисова В.Н.
Волгоградский государственный технический университет
Тел: (8442) 23-16-00, E-mail: mv@vstu.ru
В последнее время на базе исследования диффузионных процессов в
слоистых композиционных материалах (СКМ) активно разрабатываются
комплексные технологии изготовления слоистых интерметаллидных
композитов (СИК), обладающих уникальным сочетанием теплофизических и жаропрочных свойств [1, 2]. На кафедре «Материаловедение и
композиционные материалы» Волгоградского государственного технического университета разработаны комплексные технологии производства
слоистых интерметаллидных композитов из сочетаний Cu-Al, Fe-Ti, FeAl, Mg-Al и др. Однако, применение этих технологий для получения СИК
системы Ti-Al вызывает определенные трудности.
По литературным данным [3] в титано-алюминиевых слоистых композитах ВТ1–АД1, ОТ4–АД1–АМг6 и др., образование и рост интерметаллидной прослойки TiAl3 на границе соединения металлов происходит
при нагревах свыше 550°С при выдержках более 16–18 часов. Однако,
как установлено исследованиями твердофазной диффузии, процесс роста
прослойки TiAl3 происходит крайне медленно даже при температурах
близких к температуре плавления алюминия, а ее толщина не превышает
15 мкм после термообработки композита ВТ1–АД1 при 630°С в течение
16 часов. Поэтому низкая интенсивность роста интерметаллидов при
твердофазной диффузии на практике существенно осложняет технологию
производства титано-алюминиевых СИК в связи с необходимостью
уменьшения исходной толщины слоев СКМ до нескольких десятков микрометров с целью реализации в СИК требуемого соотношения основных
и интерметаллидных слоев.
С учетом результатов исследований твердофазной диффузии в титаноалюминиевых соединениях (композитах) были выполнены эксперименты
по определению возможности интенсификации диффузии в композите
ВТ1–АД1 в результате взаимодействия титана с жидким алюминием при
температурах от 675 до 750°С. Исходные толщины слоев КМ ВТ1-АД1 составляли 1,1 и 0,4 мм, соответственно. Установлено, что при термообработке качественно сваренного взрывом композита ВТ1–АД1 в диапазоне
температур 675–750°С в течение до 3–4 часов на границе соединения
сформировался интерметаллидный слой с матричной структурой в виде
дисперсных интерметаллидных зерен в алюминиевой матрице, а полученная максимальная толщина диффузионных слоев достигала 0,4–0,6 мм, что
многократно превышает толщину интерметаллидных прослоек после ана101
логичной длительности термообработки КМ при твердофазной диффузии.
Рентгеноструктурный анализ показал, что частицы, образующие дисперсный интерметаллидный слой, являются интерметаллидом TiAl3.
Анализ результатов экспериментов позволил разделить процесс диффузионного взаимодействия титана с жидким алюминием на три характерных этапа: «начальная стадия» – малоактивный рост интерметаллидной прослойки; «стадия роста» – интенсивное образование дисперсных
интерметаллидных частиц TiAl3 и формирование интерметаллидного
слоя с постоянным, при каждой температуре, содержанием TiAl3; «стадия
насыщения» – увеличение объемного содержания фазы TiAl3 в интерметаллидном слое до максимального значения.
Исследования показали, что увеличение температуры нагрева приводит к
повышению интенсивности процесса образования интерметаллида TiAl3, в
результате чего уменьшается продолжительность основных стадий взаимодействия, а в «стадии роста» ускоряется формирование интерметаллидного
слоя и, одновременно, снижается объемное содержание интерметаллида
TiAl3 (Vоб). Экспериментально установлено, что с увеличением температуры
Vоб уменьшалось и составляло в среднем 80, 60 и 50 % при 675, 700 и 750 °С,
соответственно, что объясняется изменением соотношения скоростей гетерогенных и гомогенных реакций в системе титан - расплав алюминия. По завершении «стадии насыщения» максимальные значения Vоб составляли от
95 до 90 % при изменении температуры нагрева от 675 до 750 °С.
Микромеханические исследования дисперсного интерметаллидного слоя
показали, что его микротвердость значительно изменяется при увеличении
объемного содержания частиц TiAl3: при росте Vоб до 40-50% микротвердость
составляет 750–1000 МПа, а при Vоб = 90–95% достигает 4000–5000 МПа.
На основе проведенных исследований разработаны конструктивные
схемы и комплексная технология получения титано-алюминиевых слоистых интерметаллидных композитов с использованием операции высокотемпературной термообработки, предусматривающей нагрев КМ выше
температуры плавления алюминия для реализации жидкофазного диффузионного взаимодействия на границе соединения титан – алюминий.
Список литературы
1. Трыков, Ю.П. Структура и теплофизические свойства слоистых интерметаллидных
композитов. / Ю.П. Трыков, А.П. Ярошенко, Д.В. Проничев, Р.К. Ткачев// Сварочное производство. – 1997. – №7. – С. 5 - 8
2. Трыков, Ю.П. Комплексные технологии изготовления композиционных теплозащитных элементов. Ю.П. Трыков, В.Г. Шморгун, Д.В.Проничев// Сварочное производство. –
2000. – №6. – С.40 - 43.
3. Трыков, Ю.П. Слоистые композиты на основе алюминия и его сплавов. / Ю. П. Трыков, Л. М. Гуревич В. Г. Шморгун. – М.: Металлургиздат, 2004. – 230с.
102
УДК 621.791
УПРОЧНЕНИЕ ФЕРРИТНО-ПЕРЛИТНЫХ СТАЛЕЙ ЛЕГИРОВАНИЕМ
С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ИХ ОБРАБАТЫВАЕМОСТИ
Уткин Е.Ф.
Волжский политехнический институт (филиал) Волг ГТУ
Упрочнение сталей при легировании, с целью повышения обрабатываемости, характеризуется, прежде всего, величиной 0,2. Помимо легирования на 0,2 влияют структурные факторы: диаметр зерна феррита d,
доля перлита П, деформационное упрочнение, проявляющееся при увеличении плотности дислокации р > 1010 см-2 , субструктурное упрочнение, связанное с измельчением субзерен при определенных режимах пластического деформирования.
Влияние легирования проявляется в изменении свойств феррита, изменении соотношения между перлитом и ферритом, как правило, в сторону увеличения содержания перлита. Легирование является необходимым условием
дисперсионного упрочнения, обусловленного появлением дисперсных частиц второй фазы - карбидов, карбонитридов и других соединений.
Влияние различных факторов упрочнения на 0,2 легированной стали,
характеризуется формулой:
0,2 = 0 + т.р. + п + д + д.у. + з.у
(1)
Упрочнение феррита при растворении в нем легирующих элементов
(т.р.) выражается суммой, в которой каждое слагаемое является произведением содержания (Сi) i-го легирующего элемента в феррите на соответствующий коэффициент упрочнения (Ki). Для большинства легирующих элементов значения Ki известны, но значения Ci часто оказываются
неопределенными, так как легирующие элементы распределяются между
ферритом и другими фазами. Поэтому Сi, как правило, меньше содержания элементов в стали по данным химического анализа.
Исключением являются кремний, никель и фосфор, которые не образуют карбидов, и практически целиком содержатся в феррите.
Углерод и азот почти целиком содержатся в карбидах и карбонитридах, в феррите растворено около 0,01-0,02 % обоих элементов.
Активные карбидообразующие элементы - ванадий, ниобий, титан, цирконий - оказываются практически целиком в карбидах и карбонитридах.
Марганец распределяется между ферритом, сульфидом MnS и карбидом Fe3C, хром и молибден - между ферритом и карбидом.
В табл. 1 приведены расчетные формулы для количественной оценки
доли упрочнения от действия каждого механизма упрочнения. Доля
вклада отдельных факторов упрочнения в величину 0,2 различна.
Некоторые формулы являются эмпирическими, пригодными для приближенной оценки упрочнения.
103
Таблица 1. Факторы повышения предела текучести сталей с ферритно-перлитной структурой
Фактор
Напряжение трения
Легирование твердого раствора
Содержание перлита
Деформационное
упрочнение
Дисперсионное
упрочнение
Зернограничное
упрочнение
(субструктурное упрочнение)
0 = 2G*10-4
Ориентировочная
доля,%
5-10
Легирующие элементы, увеличивающие
долю упрочнения
-
т.р = KiCi
25-40
Mn, Si, Ni, P
п = АП
д = mGb1/2
где m = 0,5м
д.=
=0,85m(Gb/(2))
Фln(/2b)
5-15
C, Mn, Ni, Cr, Mo
3-5
-
25-30
V, Nb, Ti
(Al- в нитридах)
30-40
V, Nb, Ti
(Al- в нитридах)
Расчетная формула
з.у = Kуd-1/2
(суб = Ксd-1)
Учет влияния растворенных в феррите элементов затруднен еще неоднородным распределением этих элементов между объемом зерен и
тонкими слоями вблизи границ зерен. В силу указанных причин вклад
твердорастворного упрочнения непостоянен и составляет 25-40 %.
Упрочнение за счет образования перлита определяется содержанием
перлита и его дисперсностью. Структура перлита зависит от химического
состава стали и условий охлаждения аустенита. Вклад в упрочнение оценивают эмпирическим коэффициентом А = 2,4 МПа/%, который умножается на П - количество перлита (%) в объеме стали.
Деформационное упрочнение д определяется зависимостью:
д = mGb1/2
(2)
где  - коэффициент, характеризующий взаимодействие дислокации
при деформировании; т - ориентационный множитель, для железа m =
0,5; G = 85000 МПа - модуль сдвига железа;b = 0,25 нм - вектор Бюргера
кристаллической решетки железа;  - плотность дислокации, см-2.
Вклад деформационного упрочнения становится существенным,
начиная с  > 1010 см-2, когда д  100 МПа, Такую плотность дислокации сталь приобретает в результате интенсивного пластического деформирования. В горячекатаных (нормализованных) сталях  = 108...109 см-2
и д снижается до 10-30 МПа. Дисперсионное упрочнение д.у определяется соотношением
д.у = 0,85m(Gb/(2))Фln(/2b)
104
(3)
где - среднее расстояние между частицами второй фазы, м; Ф - коэффициент, характеризующий взаимодействие дислокации с частицами,
для стали Ф = 1,25.
Дисперсионное упрочнение больше всего проявляется в сталях при
легировании ванадием, ниобием, титаном, образующих в стали при соответствующей термической обработке дисперсные частицы карбидов,
карбонитридов и нитридов.
Зернограничное упрочнение характеризуется соотношением
з.у = Kуd-1/2
(4)
где К = 0,57...0,73 МПа*м1/2; d - диаметр зерна, м.
Диаметр зерна феррита определяется химическим составом стали и режимами ее обработки. Как правило, присутствие дисперсных частиц второй фазы способствует получению более мелких зерен феррита и повышению 0.2. При определенных режимах горячего деформирования (контролируемая прокатка, термомеханическая обработка) возникает субзеренная
структура, когда зерно феррита разделяется дислокационными малоугловыми границами на субзерна. При развитой субзеренной структуре вместо
зернограничного упрочнения учитывается субструктурное упрочнение,
определяемое соотношением:
суб = Ксd-1
(5)
где Кc = 1,5*10-4 МПа*м - коэффициент упрочнения; d- средний диаметр субзерен, м.
Основными факторами упрочнения сталей с ферритно-перлитной
структурой является зернограничное, твердорастворное и дисперсионное
упрочнение.
При оценке упрочнения феррита по приведенной формуле учитывают
массовую долю легирующего элемента, растворенного в феррите, а не
массовую долю этого элемента в стали.
Таким образом, чем мельче зерно, тем выше прочность феррита. Эффективность зернограничного упрочнения определяется степенью измельчения зерна. Изменением размера зерна можно изменять прочность
конструкционной стали.
Для сталей универсального применения, производимых в больших
количествах, действенной мерой измельчения зерна и снижения Т 50 является контролируемая прокатка. Упрочнение феррита при легировании
увеличивает склонность к хрупкому разрушению. Однако влияние легирующих элементов на температуру перехода в хрупкое состояние проявляется по-разному.
В области малых массовых долей легирующих элементов температура
перехода несколько снижается, а при больших массовых долях значительно возрастает. Никель в отличие от других легирующих элементов
при любой массовой доле существенно понижает порог хладноломкости.
105
Массовые доли (%) легирующих элементов, до которых понижается порог хладноломкости феррита, следующие: V, Cr< l,Si<0,8, Mn<2.
106
УДК 621.9
ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ АБРАЗИВНОГО ЗЕРНА
Чигиринский Ю.Л., Молоканов Е.Г., Гожева Н.Д.
Волгоградский государственный технический университет
E-mail: Techmash@VSTU.ru; Julio-Tchigirinsky@Yandex.ru
Математическое описание сложных процессов, каковым является и
процесс абразивной обработки, невозможно без определенной схематизации. Д. Б. Ваксер, А.В. Королев, Е.Н. Маслов, С.А. Попов, А.Н. Резников и другие исследователи показали существенное влияние геометрии
режущих элементов абразивных зерен на процесс удаления металла. К
настоящему времени существует несколько математических моделей
формы режущих зерен абразивного инструмента.
В качестве геометрической модели режущей части абразивного зерна
предлагаются такие поверхности, как двуполостной гиперболоид вращения
– С.Г. Редько, Н.А. Чернышев, или многогранная пирамида – В.В. Пузанов,
Л.Н. Филимонов. В исследованиях С.Н. Корчака утверждается необходимость учитывать наличие фаски износа на задней поверхности зерна.
Однако для подсчета количества зерен в единице объема (или на единице поверхности) абразивного инструмента недостаточно знать только
форму режущей части зерна. Необходимо иметь математическую модель
всего зерна. Нам представляется наиболее реальной и достаточно удобной для математического описания модель в виде вытянутого эллипсоида
вращения. Достаточная точность приближения формы абразивного зерна
эллипсоидом вращения подтверждается преобразованиями, выполненными на фотографии абразивных зерен микропорошков электрокорунда
нормального.
Таблица 1
Зернистость
М14
М20
М28
М40
М50
М60
Наиб. диаметр, мкм
19,37
28,23
37,42
49,38
80,20
94,25
Наим. диаметр, мкм
15,17
23,04
28,33
36,74
53,41
62,21
Изометрия
0,783
0,816
0,757
0,744
0,666
0,660
Статистическая обработка результатов измерений размеров абразивных
зерен микропорошков электрокорунда нормального, проведенных по фотографиям зерен при помощи отпечатка объект-микрометра показала
наличие корреляции между коэффициентом изометрии зерна и его размерами. Заметно (табл. 1), что зернистость микропорошков определяется по
усредненному наименьшему размеру абразивного зерна. Следовательно,
при расчете количества зерен в объеме или на поверхности инструмента
следует учитывать увеличенные по отношению к зернистости значения
размеров абразивных зерен.
107
УДК 621.644:621.36
МЕТОДЫ ДИСКРЕТНОЙ МАТЕМАТИКИ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ
ПРОЕКТИРОВАНИИ И УПРАВЛЕНИИ ПРОЦЕССАМИ ОБРАБОТКИ
Чигиринский Ю.Л., Фролов Е.М., Радченко Е.Г.
Волгоградский государственный технический университет
E-mail: Techmash@VSTU.ru; Julio-Tchigirinsky@Yandex.ru
В настоящее время наибольшую перспективность в области металлообработки представляет применение адаптивных систем управления. В значительной степени это происходит вследствие того, что производительность и себестоимость обработки становятся зависимыми от эффективности самого процесса резания, так как затраты ручного труда и вспомогательного времени сильно уменьшаются, а доля машинного времени резко
возрастает из-за увеличивающегося использования труднообрабатываемых
материалов и повышения требований к точности обработки деталей.
Предлагаемая адаптивная система управления режимами резания токарного станка разрабатывается для работы совместно со станочным УЧПУ.
Целью предлагаемой системы является получение информации о процессе резания, определение оптимальных режимов резания симплекс методом при максимальной производительности обработки и передача полученных значений УЧПУ станка. Контроль процесса обработки осуществляется по эффективной мощности резания измеряемой на выходном валу электродвигателя главного движения станка.
Автоматизация проектирования такой же неотвратимый процесс, как
и автоматизация производства. Привлечение ЭВМ к решению задач технологического проектирования связано с комплексом вопросов, касающихся особенностей работы ЭВМ. ЭВМ работают по строгим формальным алгоритмам, подчиняющимся законам математической логики, в
связи с чем процесс технологического проектирования так же должен
быть описан при помощи формальных алгоритмов.
В работе предлагается один из возможных подходов к автоматизированному проектированию маршрутной технологии обработки поверхностей с целью получения заданного качества. Для формализации поставленной задачи предлагается использовать методы дискретной математики.
Нахождение возможных технологических маршрутов обработки поверхностей по заданным критериям качества относится к неформализованным задачам, т.е. для данной задачи нет формальных методов решения. Если рассматривать последовательные «мгновенные» состояния поверхности в качестве узлов ориентированного графа, а технологические
операции – в качестве ребер, то процесс формирования заданного качества может быть представлен сетевой математической моделью. В такой
постановке формализованной становится не только задача нахождения
возможной последовательности методов обработки, но и задача оптимального маршрутного проектирования.
108
УДК 621.791:621.771
ВЛИЯНИЕ ДЕФОРМАЦИИ РАСТЯЖЕНИЯ НА
МИКРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И КИНЕТИКУ ДИФФУЗИИ
В ТРЕХСЛОЙНОМ ТИТАНО-СТАЛЬНОМ КМ
Шморгун В.Г., Трыков Ю.П., Донцов Д.Ю., Слаутин О.В.
Волгоградский государственный технический университет
Тел: (8442) 231-600, факс (8442) 234-121, e-mail:mv@vstu.ru
Проведенные на кафедре «Материаловедение и композиционные материалы» ВолгГТУ исследования позволили установить, что система TiFe является одной из перспективных в области разработки и промышленного применения слоистых интерметаллидных композитов (СИК). Технология получения СИК предусматривает сварку взрывом (СВ) многослойных пакетов и их последующую горячую прокатку (ГП) на толщину,
обеспечивающую после завершающей высокотемпературной термообработки (ВТО) заданное объемное соотношение основных и образующихся
в результате диффузии интерметаллидных слоев. Оптимизация заключительной операции комплексной технологии процесса ВТО сводится в основном к выбору температурно-временных условий нагрева, обеспечивающих за счет диффузии между титаном и сталью формирование на
межслойных границах сплошных интерметаллидных прослоек толщиной
до 300 – 320 мкм и твердостью 6 - 8 ГПа. На различных стадиях технологического процесса изготовления деталей и узлов из слоистых композиционных материалов (СКМ) применяются операции, связанные с пластическим деформированием (правка, гибка, прокатка и т. п.), поэтому учет
влияния последних на структуру и свойства СКМ является важным аспектом при их расчете и проектировании.
Исходя из вышеизложенного, в настоящей работе исследовано влияние степени деформации при растяжении на микромеханические свойства и кинетику диффузии на межслойных границах 3-слойного композита состава титан ВТ1-0 + сталь 08кп + титан ВТ1-0.
Исследуемый КМ был получен сваркой взрывом на оптимальном режиме, обеспечивающем отсутствие опасных видов микронеоднородности на
границах раздела слоев. Исходные толщины слоев титана и стали составляли
1,0..1,2 мм. Последующая ГП СКМ производилась при 700С на двухвалковом прокатном стане до толщины 1 - 1,2 мм с обжатием за один проход
8..12%. После прокатки толщины слоев колебались в пределах 0,32..0,37 мм.
Растяжение образцов проводили с помощью специально изготовленной
оснастки, ВТО осуществляли в вакуумной печи СВШЛ 0,6-2/16 при температурах 750, 800 и 850С в течение 1 часа. Микротвердость (Н) структурных
составляющих измеряли на приборе ПМТ-3 при нагрузке 0,5 Н.
Испытания опытной партии образцов на растяжение показали, что максимальная деформационная способность КМ составила 14…15%. Установлено, что после растяжения образцов с увеличением степени деформации от
109
0 до 14% происходит повышение микротвердости в титановых слоях на расстоянии 40…50 мкм от границы раздела с 2,7 до 3,2 ГПа. При этом Н слоя
железа остается на исходном (как и после ГП) уровне.
После ВТО при 750С образуется диффузионная прослойка толщиной
6..8 мкм, причем ее толщина увеличивается пропорционально росту степени деформации. Так, при 0% деформации ее толщина составила 6 мкм,
а при 14% - 8,2 мкм (рис.1). С увеличением температуры до 800ºС указанная тенденция сохраняется, но толщина прослойки увеличивается от
29,8 до 31,6 мкм. При повышении температуры до 850ºС происходит перераспределение остаточных напряжений, возникших при растяжении,
поэтому влияние деформации на среднюю толщину интерметаллидной
прослойки оказывается незначительным. Средняя толщина диффузионных прослоек составила 30,2..31 мкм. Таким образом, анализ экспериментальных данных позволил установить, что наиболее ускоренное развитие диффузионных процессов при ВТО с увеличением степени деформации наблюдается при относительно низких (до 800°С) температурах.
Рис.1 – Изменение толщины диффузионной прослойки
в 3-слойном титано-стальном композите на первой (I) и второй (II) границе
раздела в зависимости от степени деформации: 1 – 0%, 2 – 2%, 3 – 6%,
4 – 12%, 5 – 14%.
Анализ распределения величины микротвердости в поперечном сечении образцов после ВТО показал следующее:
- независимо от расстояния до границ раздела, происходит постепенное разупрочнение стали по мере роста температуры и достигает минимального значения 0,8..1,1 ГПа после ВТО при 850ºС. Снижение твердости стального слоя, по нашему мнению, вызвано его обезуглероживанием
за счет диффузии углерода в титан.
- титановый слой на расстоянии 35..40 мкм от границы раздела, повышает свою твердость до 2,9 – 3,4 ГПа за счет насыщения углеродом из
стали и образования карбида титана TiC.
- на расстоянии свыше 50 мкм от границы раздела, твердость титановых слоев снижается до 2,5..3 ГПа за счет рекристаллизации при температуре 850ºС.
Полученные результаты целесообразно использовать при назначении
обоснованных режимов термообработки многослойных заготовок или готовых изделий, предназначенных для получения титано-стальных интерметаллидных композитов.
110
СЕКЦИЯ №5
КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРОЕКТИРОВАНИИ,
УПРАВЛЕНИИ ПРОИЗВОДСТВОМ И ОБУЧЕНИИ
УДК 681.2.002
МАТЕМАТИКА И ИНФОРМАТИКА
В ОБРАЗОВАНИИ ИНЖЕНЕРА ТЕХНОЛОГА
Брызгалин Г.И., Волчков В.М., Стяжин В.Н.
Волгоградский государственный технический университет
Тел: (8442) 238216
Современные достижения механики и математической физики, разработка математических моделей поведения многофазных и многокомпонентных
сред, учитывающих сложные физико-химические взаимодействия, привели к
созданию методов проектирования разнообразных технологических процессов химической, металлургической и других отраслей промышленности
Поддержанный возможностями современной вычислительной техники, этот
теоретический аппарат становится эффективным средством оперативной
разработки новых промышленных процессов и оборудования.
Реальные технологические процессы обычно включают в себя многие
взаимосвязанные физические явления, в которых движение компонент
рабочей среды определяется различными механизмами, а выходные характеристики процесса нелинейным образом зависят от свойств реагирующих веществ, массопереноса и распределения температуры. Расчёты
связанных моделей, описывающих движение многофазных и многокомпонентных сред, требуют серьезных временных затрат даже на современном компьютере.
Использование программных пакетов, основных на развитых математических моделях, исследование их прикладных возможностей, проведение виртуальных испытаний (численные эксперименты) позволяют существенно понизить затраты на создание прототипов в реальных производственных условиях. Имея в своем распоряжении соответствующее
программное обеспечение, квалифицированные инженеры-технологи получили возможность строить, исследовать и использовать на практике
достаточно реалистичные модели сложных систем и процессов. Эффективное сочетание экспериментальных, теоретических и вычислительных
методов в проектно-конструкторской деятельности позволяет уменьшать
затраты на проектирование новых устройств, агрегатов и технологий,
существенно ускорять их практическое внедрение, повышать гибкость
организационно-производственных систем в изменчивых условиях нестабильного рынка. Эти обстоятельства требуют существенного повышения качества профессиональной подготовки инженера-технолога.
Отмеченный в своё время профессором П.О. Пашковым разрыв между сложностью инженерных задач и недостаточной математической под111
готовкой выпускника технического университета за прошедшие десятилетия, к сожалению, не сократился. Разумное сочетание математического
и компьютерного образования становится важнейшим этапом процесса
подготовки специалистов, способным сократить этот разрыв. Овладев
мощным вычислительным аппаратом, специально приспособленным для
использования не математиком, а инженером, обученным ставить и решать такие задачи, будущие специалисты окажутся востребованными на
современных предприятиях.
В связи с этим становятся остро актуальными системные исследования
возможностей математически оснащённых программных компьютерных
средств в профессиональной работе инженера и в инженерном образовании.
Создано немало качественных программных систем, предназначенных способствовать подготовке грамотных специалистов, умеющих эффективно
применять полученные знания в реальных производственных условиях, а
потому вполне конкурентоспособных на современном рынке труда.
Одна из целей математической кафедры в образовательном процессе
состоит в своевременном формировании понятийного аппарата студента
и выработке необходимых практических навыков владения средствами
математики, информатики и компьютерной техники, чтобы он мог
наилучшим образом воспринять материал, преподаваемый другими, как
общетехническими, так и выпускающими кафедрами.
Чтобы это математическое и компьютерное сопровождение было эффективным, оно должно быть непрерывным в течение всего процесса
обучения в школе и вузе. Разумеется, это требование не может быть выполнено силами одной кафедры, речь идёт именно о системном требовании к организации инженерного образования. Многолетний опыт кафедры прикладной математики ВолгГТУ в форме организации чтения общего курса лекций силами нескольких профессоров вуза, компьютерной и
математической подготовки старшеклассников (Строгановские классы),
сотрудничества с преподавателями разных кафедр и факультетов показал
многообразие возможностей и плодотворность сотрудничества в нестандартных целевых коллективах. Этот опыт, в частности показывает целесообразность поиска путей согласованного или даже объединённого преподавания математики и информатики.
Несмотря на то, что информатика как наука не сводится к комплексному понятию «компьютерная математика плюс информационные технологии», в курсе технического вуза именно такое толкование предмета
учебной дисциплины, как части общего курса математики вполне может
быть принято за основу. Очевидные преимущества такого подхода проявляются в разделе математической физики, который для химиков технологов имеет смысл понимать как курс, объединяющий материал теории
скалярных и векторных полей, криволинейных и поверхностных интегралов, уравнений математической физики и элементов механики сплошной среды. Существенным подспорьем в создании такого курса служит
методология, реализованная в современных математических компьютерных программных пакетах, выдвигающая новые, менее трудозатратные
112
подходы к изложению основных соотношений математической физики.
Один из них состоит в последовательном проведении вывода этих соотношений как уравнений сохранения (баланса) разных скалярных и векторных количеств (массы, количества движения и т.п.).
Рассмотрим, как это направление может быть поддержано применяемой на кафедре методикой изложения системы инвариантных тензорных
величин – скаляр, вектор, тензор второго ранга и т.д., схема которой приводится ниже в виде последовательности формул.
Вектор a, тензор напряжения Т. Их проекции на произвольное
направление, определяемое единичным вектором n: an= a·n, σn= Т·n.
Проекции на координатные оси с единичными базисными векторами еi:
ai= a·еi Ti= Т·еi .
Запись вектора и тензора в через базисные векторы:
i 3
i 3
a=
 ai еi T =  Ti еi
i 1
i 1
i 3
Ti =

Tij еj T =
i 1
i 3
i 3
i 1
i 1
 
Tij еj
Эти известные соотношения становятся общедоступными для понимания средним студентом химфака, если не ограничится данной здесь абстрактной математической формой, а предварить её иллюстрированной
последовательностью известных или доступных понятий.
Вектор перемещения рассматривается как множество своих скалярных
(числовых) проекций на произвольно выбираемые направления в пространстве. Далее определяется вектор напряжения на произвольной малой
геометрической площадке, содержащей избранную точку М сплошной
среды. Напряжённое состояние в точке есть множество векторов напряжений на всевозможных площадках, проходящих через точку М.
Проекции вектора перемещения выражаются через три числовые координаты этого вектора – его проекции на координатные оси. По тем же самым формулам (как доказывается в сопромате) все векторы напряжений на
площадках, проходящих через точку М, выражаются через три вектора
напряжений на координатных площадках. Это даёт основание ввести новую величину, тензор напряжений, свойства которой целиком, как и у любого вектора, определяются тройкой его координат в декартовой системе,
только координаты эти у тензора являются не числами, а векторами.
Более того, эти векторы-координаты преобразуются при переходе к
новой системе в новые векторы-координаты этого тензора по тем же
формулам, что и координаты векторов перемещения. С другой стороны.,
каждый их этих векторов-координат, сам являясь вектором, представляется тройкой чисел, которые при замене системы координат преобразуются опять-таки по тем же формулам, что и координаты любого вектора.
Иначе говоря, тензор – это вектор с векторными координатами, а вектор
– это тензор со скалярными координатами. Приведённая выше схема,
позволяющая записывать формулы преобразования элементов матрицы
113
скалярных характеристик тензора, может быть развернута затем в систему тензорных величин любого ранга.
Такая форма введения тензора даёт возможность уделить время понятию инвариантности скаляра, вектора и тензора, которое даже в учебных
изданиях рассчитанных на большое количество часов, не всегда определяется достаточно аккуратно. В частности, следует подчеркнуть, что проекция вектора (и тензора) на конкретное направление в пространстве – это
инвариантный скаляр (и инвариантный вектор). То же самое вполне верно
и для координатных направлений. Однако, когда рассматриваются формулы преобразования координат, то координаты вектора (и тензора) в них,
согласно самой процедуре перехода от одной системы к другой, относятся
к произвольно выбираемым, а не однозначно определённым направлениям,
и потому не являются инвариантами. Так сказать, в формулах смены системы координат они «теряют лицо», попадают в неинваринтное положение. При этом сам исходный вектор (и тензор) остаются инвариантами.
В заключение обозначим ещё один приём, позволяющий с малыми затратами учебного времени излагать материал математической физики в форме,
доступной для курсов с ограниченным объёмом учебных часов. Высоко
профессиональные программные системы с «зашитыми» в них методами
численного решения систем уравнений в частных производных не требуют
от пользователя знания тонкостей теории уравнений с частными производными, ему достаточно понимания физического смысла этих уравнений и
умения ставить задачу в соответствии с целями и ситуацией. Разумеется, на
его долю приходится и обеспечение достоверности получаемых решений.
Естественно, обстоятельное изучение аналитических методов решения задач математической физики, вычислительной математики и программирования может быть только полезным. Но это утверждение имеет
смысл только, если инженер технолог имеет необходимое учебное время
на эти разделы. Применение учебных и профессиональных компьютерных средств позволяет при отсутствии такового дать студенту технологу
определённые навыки в профессиональной постановке задач расчёта и
проектирования производственных процессов и технологических цепей.
1.
2.
3.
4.
Список литературы
Пашков П.О. Механика и металловедение: Сб. науч. трудов «Металловедение и прочность материалов». – Волгоград: ВПИ, 1983. – С. 87-92.
Тихомиров В.М. О некоторых проблемах математического образования. Всероссийская конференция « Математика и общество. Математическое образование на рубеже
веков». Дубна, сентябрь 2000. – М.: МЦНМО, 2000. – С. 3-14.
Журавлёв Ю.И. Математика и информатика. Всероссийская конференция « Математика и общество. Математическое образование на рубеже веков». Дубна, сентябрь 2000.
– М.: МЦНМО, 2000. С. 23-34.
Кафаров В. В, Основы массопереддчи. М.: В.Ш., 1979. 439 с.
114
УДК 681.2.002
СТРУКТУРА, ТОПОЛОГИЯ, МАРШРУТИЗАЦИЯ И
УПРАВЛЕНИЕ СЕТЯМИ
Быков Д.В.
Волгоградский государственный технический университет
Тел.:(8442)23-04-64 ,факс: (8442)23-04-64,e-mail: ecmsys@vstu.ru
Локальные сети и сеть Интернет прочно вошли в нашу жизнь как
средства коммуникации. Мы практически каждый день используем подобные средства связи. Однако, мало кто задумывается, насколько сложно организовать управление сетями. Особое место в этом вопросе занимает проблема маршрутизации и нахождения кратчайшего пути между
двумя абонентами. Для решения этих проблем используются специальные алгоритмы маршрутизации: RIP, Беллмана-Форда, Дйекстера.
В настоящее время вводится новый стандарт Интернет (версии 6),
иерархическая структура сети становится слишком сложной. Приведенные протоколы маршрутизации уже не выполняют поставленные перед
ними задачи. Возникает потребность в разработке принципиально новых
протоколов маршрутизации и сетевого управления.
В настоящем докладе рассматриваются следующие вопросы:
1. Разработка системы расчета оптимальной топологии сети различными методами (метод Кохонена, метод Прима) между узлами, расположенными в пространстве согласно параметрически задаваемым распределениям;
2. Разработка системы моделирования работы сети с учетом вероятности отказов узлов и удельной вероятности отказа длины линии. Разработка системы резервирования линий;
3. Разработка эвристических методов управления, обеспечивающих
возможность учета большого числа узлов сети, что повышает скорость
управления;
4. Создание программы, обеспечивающей управление сетью, маршрутизацию в сети, защиту передаваемых данных и сигналов управления посредством применения протокола транспортного уровня TLS (Transport
Layer Security).
5. В качестве криптографических алгоритмов, используемых при реализации TLS применяются:
- ГОСТ 28147-89 "Системы обработки информации. Защита криптографическая".
- ГОСТ Р 34.11-94 "Информационная технология. Криптографическая защита информации. Функция хеширования".
- ГОСТ Р 34.10-94 "Информационная технология. Криптографическая защита информации. Система электронной цифровой подписи на базе асимметричного криптографического алгоритма".
- ГОСТ Р 34.10-2001 "Информационная технология. Криптографическая защита информации. Процессы формирования и проверки электронной цифровой подписи".
115
УДК
004.42
А-42
КОМПЬЮТЕРНОЕ СОПРОВОЖДЕНИЕ ПРЕДМЕТА
«ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ» ЗА 10-11 КЛАССЫ СРЕДНЕЙ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ШКОЛЫ
Вовченко А.В.
Волгоградский государственный технический университет
E-mail: fantang@mail.ru
Новые информационные технологии в образовании играют все более
существенную роль. Современный учебный процесс сложно представить
без использования учебно-методических комплексов (УМК). УМК должен включать полную совокупность образовательных ресурсов, необходимых для самостоятельного изучения соответствующей учебной дисциплины при поддержке преподавателя.
Потребность в таком пособии объясняется в сложности подготовки учащихся и абитуриентов к экзаменам в условиях, когда школьный курс давно
пройден, имеются фундаментальные учебники, но времени, отведенного на
подготовку, недостаточно для углубленного повторения материала.
Цель работы - создание учебного пособия для подготовки к экзамену с
элементами самотестирования и возможностью предоставления материала с
различным уровнем подробности и полноты. Предлагаемый материал распределен по разным уровням. Первый – для учащихся классов общеобразовательного профиля, второй для учащихся естественнонаучного профиля.
В этом же аспекте решается задача использования данного пособия
учащимся как «электронного консультанта», т.е. создать средства, с помощью которого пособие будет производить поиск фрагментов текста
для получения материала по запросу.
Цель достигается за счет выбора многоуровневой структуры представления материала в учебном пособии, содержащей следующие уровни:
− Подробное изложение темы (с двухуровневой структурой)
− Изложение темы в виде схемы-таблице.
Процесс подготовки к экзамену или контрольной целесообразно завершить самопроверкой знаний.
Также представлен альбом виртуальных моделей химических веществ
и процессов, имеющий целью повысить представление учащихся о мире органической химии.
Были собраны и проанализированы теоретические сведения о технологиях создания электронных учебников и направлениях работ по улучшению и оптимизации электронных учебных пособий.
Новизна работы, по мнению автора, заключается в структурировании
и визуализации учебного материала, что должно повысить уровень восприятия информации у учащихся.
Список литературы
1. Кречетников К.Г. Методология проектирования, оценки качества и применения информационных технологий обучения. М.: Госкоорцентр, 2001. с.180
116
УДК 681.5.011
ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ЗАКОНОВ УПРАВЛЕНИЯ
ДИНАМИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ
Волхов К.В., Волхова И.П., Крушель Е.Г.
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
Тел.: (84457)-9-40-48 (рабочий), helen@.kti.ru
Излагаются результаты исследования влияния введения нелинейных
элементов в цифровые законы управления динамическими процессами с
запаздыванием. Для выбора настроечных параметров алгоритмов управления используется поисковый метод оптимизации Хука-Дживса [1].
Актуальность темы. Повсеместный переход к цифровым управляющим системам, замена регуляторов с аналоговым принципом действия на
микропроцессорные ставит перед специалистами две задачи. Первая состоит в замене непрерывного закона управления его цифровой реализацией. Эффекты, возникающие в цифровых системах, проявляются в квантованности управляющих воздействий по уровню сигнала (и, соответственно, в появлении нелинейных эффектов) и в дискретности управления по времени. Вторая задача состоит в стремлении усовершенствовать
классические законы управления
благодаря новым возможностям,
предоставляемым цифровой техникой.
Укажем два полярных подхода к вопросам выбора алгоритмического
обеспечения регуляторов. Первый (инженерный), состоящий в цифровой
реализации пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД)
закона управления и его клонов, приводит к получению простых решений, обладающих робастностью, но не гарантирует получение высокого
качества управления. Второй подход, состоящий в построении индивидуального алгоритмического обеспечения для конкретного объекта на базе
теории оптимального управления, наоборот, обеспечивает высокое качество управления, но сложен в реализации и чувствителен к виду и параметрам модели объекта.
К срединной позиции относятся работы, в которых алгоритм управления не синтезирован на основе какого-либо оптимизационного принципа,
а изобретен [2]. Направления совершенствования состоят в целенаправленном введении нелинейностей в классические законы, придающих алгоритму новые полезные свойства. Цифровая реализация таких алгоритмов не сложнее реализации ПИД–алгоритма. Но для того чтобы рекомендовать использование нелинейных алгоритмов в общепромышленных
микропроцессорных регуляторах, должны быть решены две актуальные
задачи:
1. Нужно определить, при каких особенностях объекта управления и цели
автоматизации эффективно введение нелинейности определенного вида.
2. Поскольку число настраиваемых параметров в нелинейных законах
управления больше, чем у линейного закона, нужны методики, поз117
воляющие упростить процесс настройки.
Обе задачи рассматриваются в представляемой работе применительно
к классу динамических объектов с запаздыванием.
Методика исследования состоит в сопоставлении показателей качества управления, получаемых при использовании нелинейного закона
управления, с качеством, достижимым при использовании ПИД–закона.
Для исключения неоднозначности в обоих случаях параметры настройки
алгоритмов выбирались так, чтобы обеспечить наилучшее значение показателя качества, выбранного критерием.
Методика настройки параметров алгоритма состоит в использовании
поискового оптимизационного алгоритма (здесь – алгоритма ХукаДживса [1]). Классический поисковый алгоритм дополнен динамическим
звеном (моделирование работы системы управления при данных значениях настроечных параметров и оценка критерия качества управления).
Шаги алгоритма:
1. Выбираются начальные значения настроечных параметров, при которых управляющие воздействия укладываются в допустимый диапазон.
2. Путем варьирования этих значений определяется направление изменений параметров, ведущих к улучшению критерия качества управления.
3. Производится серия одновременных изменений параметров в выбранном направлении с увеличивающимися шагами – до тех пор, пока критерий качества продолжает улучшаться.
4. При достижении экстремума в выбранном направлении производится
повторное варьирование настраиваемых параметров для корректировки направления поиска – вплоть до нахождения экстремума критерия с заданной точностью.
Показатели качества, использованные в работе:
1. Время переходного процесса (для выбора настроечных параметров
при отработке ступенчатых изменений задающего воздействия в отсутствии возмущений).
2. Среднее значение абсолютных отклонений выхода объекта от задания (для выбора настроечных параметров при динамически изменяемых задающих воздействиях в отсутствии возмущений).
3. Среднее квадратическое отклонение выхода объекта от задания (для
выбора настроечных параметров при случайных возмущениях и постоянных задающих воздействиях).
Для контроля качества управления вычислялись также классические показатели (перерегулирование, максимальное отклонение от задания и др.)
Введение нелинейности проиллюстрируем на примере корректирующей
добавки к цифровому ПИ–закону управления. В цикле по тактам дискретного времени s=0,1,…,N –1 дискретой отсчета t (с) требуется вычислять:
u p [ s  1]  u[ s]  (k p  k n  x z [ s  1]  x[ s  1] )  ( x z [ s  1]  x[ s  1]) 
 {ki  t  k p  k n  x z [ s]  x[ s]}  ( x z [ s]  x[ s])  u[ s];
u pq [ s  1]  Целая часть(
118
u p [ s  1]
uq
)  uq
 u max , если u pq [ s  1]  u max ; 


u[ s  1]   u min , если u pq [ s  1]  u min ; 
u [ s  1] в остальных случаях
 pq

u[ s  1]  u pq [ s  1]  u[ s  1]
Здесь {umin, umax} – границы изменения управляющего воздействия
u[s], uq – шаг его квантования по уровню сигнала, xz[s] – задающее воздействие, up[s], upq[s]– расчетные значения управляющих воздействий (в
них не учитывается ограниченность диапазона и квантованность управлений), u[s] – добавка, корректирующая управление на последующем
шаге с учетом «округления» управляющего сигнала до целого числа
квантов на предшествующих тактах; kp, ki –параметры, ответственные за
слагаемые, пропорциональные отклонению выхода объекта x[s] от задания и интегралу от этого задания. В дополнение к этим параметрам
обычного цифрового ПИ–закона вводится нелинейный коэффициент kn,
роль которого состоит в форсировании управляющих воздействий при
больших отклонениях от задания и в смягчении управляющих воздействий по мере уменьшения этого отклонения.
Объект управления выбран в форме дискретного апериодического
динамического звена 2-го порядка (постоянные времени 80с и 40с) с запаздыванием (5с). Имитировалась работа теплового объекта с диапазоном изменения температуры 20…1000С. Дискрета времени t = 1c.
Эффекты нелинейности показаны на рис.1..3. На рис. 1 показаны
изменения выхода объекта при отработке ступенчатого изменения задания. Критерий – время переходного процесса, возмущения отсутствуют.
За счет введения нелинейности время сокращено более чем в 2 раза по
сравнению с системой, использующей оптимально настроенный ПИД–
регулятор.
Рис. 1. Настройка на минимум времени переходного процесса
На рис. 2 показана динамика отработки меандрового задающего воздействия (в форме прямоугольных периодических изменений). Критерий
119
настройки – среднее (по времени) значение абсолютной величины отклонения выхода объекта от задания. За счет введения нелинейности значение критерия сократилось более чем в 3 раза по сравнению с системой,
использующей оптимально настроенный ПИД–регулятор. Одновременно
удалось устранить перерегулирование в начальной части процесса.
Рис. 2. Настройка на минимум среднего значения абсолютного отклонения
от задающего воздействия
Рис. 3 иллюстрирует эффективность введения управляющей системы
с обратной связью по сравнению с разомкнутой системой (в которой изза инерционности объекта цель управления, состоящая в отслеживании
задания, не достигается).
Рис. 3.Сравнение нелинейной и разомкнутой систем
Список литературы
1. Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование. –М.: Мир, 1975.– с. 156193.
2. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. – M.:
Наука, 2002.– с. 29-39.
120
УДК 004.051
ПОДДЕРЖКА ПРОЦЕССА РАЗРАБОТКИ
АДАПТИВНЫХ ОБУЧАЮЩИХ СИСТЕМ
Воробкалов П.Н.
Волгоградский государственный технический университет
E-mail: pavor84@mail.ru
Появление новых требований, предъявляемых к электронным обучающим системам, в том числе требований к адаптивным возможностям,
резко увеличивают сложность их разработки. Под адаптивностью в таких
системах понимается возможность персонификации процесса обучения,
то есть курс обучения в них формируется индивидуально для каждого
пользователя. В результате этого как на разработчика обучающей системы, так и на составителя курса, ложится сложная и ответственная задача.
Неудачно составленный курс и неэффективные механизмы адаптации
могут привести к усложнению и замедлению обучения, при этом теряются все преимущества адаптивного обучения.
Поэтому актуальной задачей является задача создания средств поддержки процесса разработки адаптивных обучающих систем, позволяющих контролировать их качество, а также методов, которые в них будут
использованы.
Авторами предлагается интегрировать в процесс разработки также автоматизированное средство оценки качества электронных обучающих
систем, что позволит управлять их качеством уже на этапе разработки.
В настоящее время для оценки качества адаптивных систем разработан ряд методов, но они, как правило, ориентированы на представление
системы в виде «черного ящика», и оторваны от процесса обучения. Они
позволяют только констатировать уровень качества системы, но не позволяют модифицировать систему. Представление обучающей системы
как «белого ящика» способно решить эту проблему [1]. Таким образом,
необходима разработка универсальной модели представления обучающей
системы в виде «белого ящика». Модель должна обеспечивать возможность отображения процесса обучения, в котором несколько пользователей взаимодействуют друг с другом; хранить сведения о времени и результатах обучения каждого пользователя на всех этапах обучения; быть
понятной и легко интерпретируемой в контексте предметной области;
быть универсальной, то есть позволять моделировать различные адаптивные обучающие системы.
Для управления качеством автором разработан метод, использующий
имитационную модель обучающей системы. В качестве исходных данных используется информация о процессе обучения, поступающая от
адаптивной обучающей системы в ходе ее тестирования. Для построения
модели процесса обучения используется раскрашенная стохастическая
сеть Петри [2]. После построения модели производится расчет критериев
121
качества. Далее на основе полученных оценок производится изменение
адаптивной обучающей системы и обучающего курса.
Разработанный метод оценки качества реализован в автоматизированной системе оценки качества. Метод является инвариантным по отношению к оцениваемой адаптивной обучающей системе. Единственными
ограничениями использования метода являются следующие предъявляемые к оцениваемой системе требования: в системе должна использоваться сетевая модель предметной области, что характерно для естественнонаучных и технических дисциплин; система должна предоставлять информацию о времени обучения и текущем уровня знания курса обучаемым.
С программной точки зрения инвариантность достигается за счет использования клиент-серверной технологии. Система оценки качества
представляет собой Web-сервис. Оцениваемая обучающая система, пользуясь интерфейсом Web-сервиса, сообщает о событиях, происходящих в
ней. Информация о событиях проходит предварительную обработку и
сохраняется в базе данных. Работа непосредственно с моделями процесса
обучения происходит в Web-приложении. Серверная часть системы реализована с использованием технологии ASP.NET XML Web Services, которая за счет использования протокола SOAP позволяет обеспечить независимость системы оценки качества от платформы реализации адаптивной обучающей системы.
Система была использована для управления качеством адаптивной
обучающей системы на основе Байесовского подхода и позволила повысить качество конечного продукта.
Новым в данной работе является применение имитационной модели
процесса обучения для управления качеством в процессе разработки
адаптивных обучающих систем; разработаны критерии оценки качества
адаптационных решений; разработана методика прогнозирования качества процесса обучения. Достоинством метода является то, что он может
использоваться для управления качеством широкого класса адаптивных
обучающих систем, основанных на сетевых моделях.
Список литературы
1. Brusilovsky, P. Layered evaluation of adaptive learning systems / P. Brusilovsky, C. Karagiannidis, D.G. Sampson // Int. J. of Continuing Engineering Education and Lifelong Learning.–
2004.– Vol. 14, № 4/5.– P. 402-421.
2. Воробкалов, П.Н. Метод автоматизированной оценки качества адаптивных обучающих систем / Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе (IT+S&E`06), майская сессия: матер. XXXIII Междунар. конф. и IV Международной
конф. Молодых ученых (приложение к журналу "Открытое образование")/Украина, Крым,
Ялта-Гурзуф, 20-30 мая, 2006г.
122
УДК 624.21.095.3
СОСТАВ БАЗЫ ДАННЫХ О КОНСТРУКЦИЯХ
ДЕФОРМАЦИОННЫХ ШВОВ АВТОДОРОЖНЫХ МОСТОВ
Ефанов А.В.
Саратовский государственный технический университет,
Тел. (8452) 565883, e-mail: yefanov@list.ru
В современных условиях развития мостостроения мостовое сооружение должно рассматриваться не иначе как продукция мостостроительной
организации, за качество которой изготовитель несет полную ответственность в соответствии с Гражданским законодательством. Ситуация
усугубляется тем, что круг потребителей такой продукции, как мосты,
очень широк, и не ограничивается только одной организациейзаказчиком, как можно было бы подумать. В долгосрочной, безопасной
эксплуатации мостов без потери потребительских свойств заинтересованы и местные жители, и эксплуатирующие мост организации, и организации, нуждающиеся в транспортных перевозках в данном регионе. Если
же мост находится на трассе федерального значения, круг потребителей
значительно расширяется.
Такие элементы мостового полотна, как деформационные швы (ДШ),
– это одни из самых ответственных элементов, однако традиционно роль
этих элементов в нашей стране недооценивалась. Сейчас это привело к
ситуации, когда отсутствуют нормативные документы, регулирующие
вопросы, связанные с ДШ мостов. Кроме того, опыт применения в России зарубежных ДШ еще мал, а основными применяемыми типами ДШ в
последнее время стали именно зарубежные ДШ. В результате, проектировщик мостового сооружения попадает в ситуацию, когда отсутствует
полная информация о применимости различных типов (и типоразмеров)
ДШ для существующих (или прогнозируемых) условий эксплуатации,
характерных, для нашей страны, нет систематизированного банка данных, содержащего информацию, как о фактах практического применения
того или иного типа ДШ на каком-либо мостовом сооружении в нашей
стране, так и о результатах таких применений. Поэтому, даже при неоспоримых достоинствах конструкций ДШ производства известных
фирм, неадекватное их применение выливается либо в необходимость их
скорой замены, либо в назначение конструкции ДШ для применения с
нерационально завышенными техническими характеристиками. И тот, и
другой случай экономически невыгоден, поскольку стоимости погонного
метра деформационных швов достаточно высоки и колеблются ориентировочно в пределах от 300 до 4000 USD/пог.м (при допускаемых перемещениях 30…300 мм) и превышают 7000 USD/пог.м при перемещениях
600мм и более. Таким образом, главной задачей проектировщика становится правильный выбор конструкции ДШ в условиях недостатка информации о конструкциях ДШ.
123
Факторов, влияющих на конечное решение, много, и в таких условиях
представляется интересной идея использования компьютерных технологий для создания экспертной системы на основе специализированного
банка данных, позволяющей эффективно решать указанный вопрос об
оправданном назначении ДШ для применения.
Рассмотрим назначение и основную структуру базы знаний такой экспертной системы, представляющей собой реляционную базу данных. База данных должна содержать информацию о технических характеристиках каждого конкретного ДШ, причем в нее должны быть включены следующие обязательные параметры:
 производитель данного ДШ;
 марка ДШ;
 типоразмер;
 тип ДШ по классификации [1] (ДШ закрытого типа, щебеночномастичный ДШ, ДШ заполненного типа, ДШ перекрытого типа, ДШ с
упругим компенсатором).
 подтип ДШ по классификации [1] (ДШ с упругим компенсатором
может быть ДШ с монолитным армированным компенсатором, ДШ с монолитными упругим компенсатором, ДШ с ленточным упругим компенсатором и т.д.)
 максимальное перемещение вдоль оси моста;
 максимальное перемещение поперек оси моста (по горизонтали);
 максимальное перемещение поперек оси моста (по вертикали);
 установочные размеры ДШ (длина, ширина и высота ниши в одном
из пролетных строений, те же параметры для другого пролетного строения, минимальное и максимальное значение величины деформационного
зазора между пролетными строениями);
 рабочий температурный диапазон данной конструкции ДШ;
 класс ДШ по нагрузке (пешеходный, легкие автомобильные
нагрузки, средние автомобильные нагрузки, тяжелые автомобильные
нагрузки);
 класс ДШ по интенсивности движения (предназначен для работы в
мостах под неинтенсивным движением, со средней интенсивностью, под
интенсивными нагрузками);
 класс ДШ по ремонтопригодности (ремонтируется со стороны проезжей
части (легко), снизу (трудно), либо не ремонтируется (неремонтопригоден));
 класс ДШ по водонепроницаемости (водонепроницаем или нет)
 предназначение ДШ для пролетных строений различного типа (для
железобетонных пролетных строений, для металлических пролетных
строений, для сопряжения железобетонного пролетного строения с металлическим)
 наличие у производителя линейки анкерных креплений под различные конструкции пролетных строений;
 наличие у производителя ДШ данной конструкции для установки на
тротуары, наличие переходной конструкции (проезжая часть – тротуар);
124
 номинальный срок службы, гарантируемый изготовителем.
Кроме того, база данных должна включать элементы базы прецедентов, содержащей информацию о практических случаях применения того
или иного шва на каком-либо мостовом сооружении. Это требование
направлено на перспективу дальнейшего включения описываемой базы
данных в состав экспертной системы, предназначенной для автоматического выбора конкретного ДШ исходя из заданных проектировщиком
условий. Таким образом, необходим сбор информации о применении
каждого конкретного типа ДШ в России. База данных соответственно
должна включать в себя следующую информацию:
 наличие известного опыта применения конструкции в России;
 качественная оценка опыта применения (удачный или неудачный);
 средний процент выхода из строя ДШ данной конструкции (до достижения гарантированного срока эксплуатации);
 количество выходов из строя по годам эксплуатации;
 основные причины выхода из строя, характерные дефекты.
Для получения такой информации, необходимо в ближайшее время
организовать мониторинг состояния и поведения ДШ на существующих
мостах (до сегодняшнего дня есть лишь ограниченный опыт проведения
мониторинга подобного рода [2]). На данный момент специалистами уже
проведена обширная работа, направленная на сбор информации о конструкциях ДШ [2, 3] и анализ работы и применимости ДШ в мостовых
сооружениях [1, 4, 5], которая в данный момент структурируется и систематизируется.
Создание базы данных, подобной описанной, само по себе уже немаловажно для развития мостостроения в нашей стране, а использование ее
в составе экспертной системы для подбора ДШ, сулит еще большие перспективы. Подобная экспертная система поможет избавиться от необдуманного применения на мостах ДШ, не обладающих необходимыми для
этого потребительскими свойствами.
Список литературы
1. Ефанов, А.В. Деформационные швы автодорожных мостов: особенности конструкции и работы [Текст]: учеб. пособие / И.Г. Овчинников, В.И. Шестериков, В.Н. Макаров. –
Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2005. – 173 с.
2. Овчинников, И.Г. Мостовое полотно автодорожных мостов с применением литого асфальтобетона и современных деформационных швов [Текст]: монография / И.Г. Овчинников, В.Н. Макаров, А.В. Ефанов [и др.]. – Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2004. – 214
с.
3. Ramberger G. Structural bearings and expansion joints for bridges. Structural Engineering
Documents 6 [Text] / G. Ramberger. – Switzerland, Zurich: IABSE, 2002. – P. 51-89.
4. Шестериков В.И. Ремонт конструкций деформационных швов с металлическим
окаймлением [Текст] / В.И. Шестериков // Автомобильные дороги: обзорн. информ. – М.:
Информавтодор, 2001. – Вып. 7. – 68 с.
5. Деформационные швы автодорожных мостов [Электронный ресурс] / Авторы:
Ефанов А.В., Овчинников И.Г., Макаров В.Н. – Режим доступа: http://defshov.am-bridge.net/
125
УДК 681.2.002
СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ПОДДЕРЖКИ
СЛУЖБЫ ГЛАВНОГО МЕХАНИКА ПРЕДПРИЯТИЯ
ПО ПРОВЕДЕНИЮ ВНЕПЛАНОВЫХ РЕМОНТОВ
Зубов А.А., Кизим А.В., Камаев В.А.
Волгоградский государственный технический университет,
E-mail: kizim@mail.ru, cad@vstu.ru
На любых предприятиях возможны выходы из строя оборудования.
При этом причиной может служить не только износ или несвоевременное
обслуживание, но и сторонние воздействия, включая человеческие. При
плановых работах все документы готовятся заранее, система планирования технического обслуживания и ремонта (ТОиР) сама генерирует все
необходимые отчеты и задания. А что делать при внеплановой поломке?
В таких случаях возникает переполох в подразделениях от цеха до отдела
главного механика. И соблюдение всех правил и норм предприятия в суматохе уходит на второй план. В результате чего сбиваются графики
производства, обслуживания и ремонтов. Именно в таких ситуациях способна помочь система автоматизации поддержки деятельности службы
главного механика по проведению внеплановых ремонтов.
Система предназначена для повышения эффективности выполнения
внеплановых работ за счет их автоматизированной организации, включая
сокращение сроков формирования, прохождения и обработки документов, необходимых для организации внеплановых ремонтов, а так же:
- хранения данных о неисправностях;
- хранения и обработки данных о деталях, частях и элементах промышленного оборудования;
- хранения и обработки данных о структуре оборудования;
- добавления данных сведений о вновь произошедших неисправностях;
- поиска информации об имевших место неисправностях;
- создания и маршрутизации документов, необходимых для ремонта
промышленного оборудования.
Прототипом данной системы является система автоматизации учета неисправностей промышленного оборудования, с информацией о которой можно
ознакомиться в [1]. Таким образом, модули, обеспечивающие сервисные функции для работы со сведениями об оборудовании, со спецификацией оборудования и структурой производственной линии не претерпели изменений. Модернизация затронула организацию базы данных и модули ведения журнала неисправностей и разграничения доступа пользователей к функциям системы.
Качественным улучшением архитектуры базы данных является использование нового подхода к хранению информации об оборудовании, добавление справочника сотрудников с их обязанностями, так же появилась
возможность хранения документов. Хранение информации об оборудовании теперь позволяет хранить неограниченное число произвольных параметров оборудования. А структура производственной линии формируется
из 3-х таблиц по принципу конструктора. В одной таблице хранятся описа126
ния оборудования, в другой – структура позиций для оборудования на линии, а в третьей хранятся отношения между позициями и оборудованием.
В модуле «Журнал неисправностей», который служит для регистрации неисправностей, появилась возможность облегченного поиска аналогичных неисправностей. При добавлении новой записи о неисправности в
прототипе приходилось каждый раз вводить описание неисправности,
причину и метод устранения, теперь же есть возможность выбрать уже
готовое описание аналогичной неисправности и соответствующие поля
будут заполнены автоматически. А особенность хранения этих 3-х описаний позволяет легко показать в журнале аналогичные неисправности,
что может помочь при планировании.
Еще одним важным улучшением является то, что функционально для пользователя система является набором автоматизированных рабочих мест (АРМов).
У каждого специалиста на предприятии есть свои функции и обязанности. Они
внесены в базу данных, и загружаются в АРМ, в зависимости от результата
аутентификации пользователя. Таким образом, отпадает надобность создания
для каждого специалиста своего АРМа. Один модуль подгружает те или иные
возможности в соответствии с функциями данного специалиста.
Таким образом, назначением системы является помощь в организации
работ по устранению внеплановых неисправностей за счет упрощения регистрации неисправностей и автоматизации процесса составления и согласования документов, необходимых для проведения внеплановых ремонтов.
Согласование документов обеспечивается очень важной функцией, поддерживаемой подсистемой АРМов – функцией документооборота. Т.к. все
рабочие места обращаются к одной базы данных, находящейся на центральном сервере предприятия, то нет необходимости пересылать документ. Статус местонахождения документа изменятся в процессе его обработки специалистами. И в зависимости от статуса документ будет на подписании у того или иного специалиста.
Техническая документация не данную систему была утверждена специалистами предприятия заказчика. Система реализуется с применением
инструментальной среды C++ Builder 6 и СУБД MS SQLServer 2000.
Главной особенностью системы автоматизации поддержки деятельности
службы главного механика по проведению внеплановых ремонтов является
использование так называемой подсистемы Wizard, которая позволяет группировать последовательность действий, необходимых для выполнения специалистом определенной функции в одну цепочку, что и обеспечивает четкий порядок действий специалиста в организации устранения внеплановых
ремонтов. Данная подсистема находится в стадии разработки, но именно она
выгодно отличает рассматриваемую систему от аналогичных систем ТОиР.
На данный момент заканчивается реализация пилотного проекта системы,
которая, в совокупности с системой планирования технического обслуживания и
ремонта, позволит повысить эффективность проведения работ по техническому
обслуживанию оборудования и эффективность работы предприятия в целом.
Список литературы
1. Зубов А.А. Создание системы автоматизации учета неисправностей оборудования
(статья), Инновационные технологии в обучении и производстве: Материалы III Всероссийской конференции, Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ. — г. Камышин, 2005.
127
УДК
658.310.8:681.3
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА РАССТАНОВКИ ПЕРСОНАЛА
Ильинская А.В., Кизим А.В.
Волгоградский государственный технический университет
E-mail: alexandrine@mail.ru, kizim@mail.ru
В любом проекте необходимо качественное управление. Ошибки в
управлении приводят к снижению результативности проекта, увеличению
срока реализации, провоцируют увеличение бюджета и могут привести к
полному провалу.
В любом виде деятельности проекты имеют огромную важность. Благодаря им, организации могут существенно повысить эффективность работы,
увеличить прибыли, снизить издержки, оптимизировать свои бизнеспроцессы, особенно если проект затрагивает высокотехнологичную область.
Наиболее важным процессом в проекте является планирование. С ним
взаимосвязаны практически все процессы проекта, начиная от целеполагания и заканчивая процессами контроля. Основное назначение плана –
постоянно направлять проект на достижение его цели. В проекте планированию подлежит все, что подлежит учету, контролю, анализу и регулированию. В первую очередь, это планирование функций управления:
• затратами;
• временем;
• качеством;
• человеческими ресурсами;
• коммуникациями;
• рисками.
Определенный интерес представляет планирование человеческих ресурсов, так как на сегодняшний день не обнаружено системы, которая автоматизировала бы процесс распределения кадрового состава организации
между решаемыми задачами проекта с учетом компетенций сотрудников.
При реализации сложных проектов неотъемлемыми критериями качества
выполнения поставленной задачи являются уровень квалификации исполнителя, знания, которыми он обладает, и умение их применять на практике.
В связи с этим для управляющих служб проектных компаний на первый
план выходят задачи мониторинга и развития профессиональных компетенций сотрудников, оптимизации формирования проектных команд. Им
необходим инструмент для учета и обновления данных об уровне квалификации сотрудников, а также для распределения имеющихся человеческих ресурсов в соответствие с потребностями проекта. Автоматизация
этих задач повышает прозрачность и предсказуемость работы проектной
команды, качество выполнения поставленных задач и шансы завершения
проектов в поставленные сроки, а также позволяет отслеживать эффективность деятельности отдельных сотрудников, что актуально в условиях высокой конкуренции, характерной для рыночной экономики.
Целью работы является повышение эффективности разработки и реа128
лизации проектных решений, а также качества выпускаемых продуктов
за счет автоматизации процесса распределения человеческих ресурсов в
проектах с учетом профессиональных компетенций сотрудников.
Анализ существующих систем управления проектами и персоналом
показал, что в настоящее время существует огромное количество систем
управления проектами. Все они включают в себя функцию распределения человеческих ресурсов между работами проекта, и большинство
лишь позволяют выполнить назначение персонала менеджеру проекта.
Есть системы, которые выполняют автоматическую расстановку с учетом
профессионального уровня человека, но под уровнем они понимают стаж
работы, занимаемую должность и набор квалификаций. Но не следует забывать о том, что срок службы и занимаемая должность – это еще не показатель профессионализма, а количественная оценка набора квалификаций не содержит информации о качестве и скорости выполнения работы.
Для достижения поставленной цели разработана модель компетенций,
которая позволит реализовать индивидуальный подход к кадровому составу проекта, а также более эффективно:
 заниматься планированием персонала;
 формировать кадровый резерв (как среди специалистов, так и среди
управленцев);
 составлять программы обучения и развития для сотрудников;
 разрабатывать индивидуальные планы развития;
 выявлять управленческий потенциал сотрудников;
 прогнозировать успешность деятельности при изменении функциональных обязанностей.
Система управления человеческими ресурсами будет работать с
обобщенными оценками профессиональных качеств каждого сотрудника,
которые включают в себя оценки по необходимым для решения поставленной задачи навыкам, степени занятости в других проектах, оплаты
труда, наличия отпуска и др. Для первичной оценки сотрудников необходимо будет провести тестирование, состоящее из нескольких этапов:
 профессиональный опрос или тесты, позволяющие оценить знания
специалиста;
 специальные упражнения, позволяющие оценить умение решать
профессиональные задачи определенного уровня сложности;
 активные упражнения (дискуссия, презентация), темы которых связаны с обсуждением профессиональных вопросов.
Корректировка оценок будет производиться автоматически по результатам выполненного проекта.
Предложенные модель компетенций и система управления человеческими ресурсами проекта позволят повысить эффективность проведения
различных проектов.
129
УДК 681.5.011
О ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТОДА ДВОЙНОЙ
ШКАЛЫ ВРЕМЕНИ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ АДАПТИВНОЙ СИСТЕМЫ
С ЧАСТИЧНО НЕМОДЕЛИРУЕМОЙ ДИНАМИКОЙ
Коноваленко А.В., Крушель Е.Г.
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
Тел.: (84457)-9-40-48 (рабочий), helen@.kti.ru
Излагаются результаты исследования адаптивной системы с эталонной моделью, структура которой не полностью совпадает со структурой
объекта управления. Согласно принятой терминологии такой класс адаптивных систем относится к системам с частично немоделируемой динамикой. В отличие от известных работ [1] используется информация качественного характера об объекте: предполагается, что переменные состояния могут быть разделены на группы с существенно различными инерционностями. Это позволяет упростить контур адаптации системы путем
частичного учета немоделируемой «быстрой» динамики согласно методу
двойной шкалы времени [2].
Позиции известной методики построения адаптивной системы [3]:
1. Предполагается, что объект управления описывается в n-мерном
пространстве состояний линейным дифференциальным уравнением
вида
dx
(1)
 A  x(t )  B  u (t )
dt
где x(t) – n-мерный вектор состояния, u(t) – m-мерный вектор управляющих воздействий, A и B – матрицы неизвестных (но постоянных)
параметров объекта размерности nn и nm соответственно.
2. Управляющее воздействие представляется суммой двух составляющих:
(2)
u (t )  K y (t )  K x (t )  x(t )  K y (t )  y (t )
где y(t) – n-мерный вектор задающих воздействий. Первое слагаемое в (2)
направлено на отработку начальных условий, а второе обеспечивает сходимость процесса управления к вектору задающих воздействий. Матрицы
Kx(t), Ky(t) соответствующих размерностей подлежат настройке для преодоления неопределенности сведений о параметрах объекта (1).
3. Желательная динамика системы управления задается с помощью эталонной модели, размерность матриц AM, BM в которой в классических
работах по адаптивным системам предполагается такой же, как в (1):
dxM
(3)
 A  x (t )  B  u (t )
dt
M
M
M
4.
Рассчитываются «идеальные» значения параметров регулятора
K * , K * (в предположении о точной информации о параметрах объекта)
5.
Алгоритмы настройки параметров регулятора Kx(t), Ky(t) синтезируются исходя из требования сходимости (при t ) рассогласования
130
x
y
между матрицами «идеальных» и настраиваемых параметров  x (t )  K x (t )  K x* ,  y (t )  K y (t )  K *y . При выполнении условий сходимо-
6.
7.
8.
сти рассогласование e(t )  x(t )  xM (t ) между выходом объекта и
эталоном также стремится к нулю, обеспечивая достижение желательного качества управления.
Синтез алгоритма адаптации проводится с использованием идей
устойчивости А.М. Ляпунова. Функция Ляпунова V(t) строится в виде квадратичной формы, построенной на отклонениях переменных
состояния объекта от эталона и параметров регулятора от идеальных:
x
1
(4)
V  {eT  H  e  tr[( Tx  Ty )    ( )]}
y
2
В (4) H, Г – положительно определенные симметричные матрицы соответствующих размерностей, tr[…] – след матрицы, указанной в
скобках.
Матрица H в (4) должна удовлетворять уравнению Ляпунова
( AMT  H  H  AM   Q , где Q – положительно определенная матрица).
Матрица Г выбирается в форме блочно-диагональной: Г =
bl_diag(Г1,Г2). Элементы матриц Q, Г подлежат уточнению при моделировании.
Условием сходимости (устойчивости по Ляпунову) является требование отрицательности производной (4). В формуле для производной
выделяются составляющие, знак которых неясен, и алгоритм адаптации строится из условия стремления этих «сомнительных» составляющих к нулю:
dK x
T
(5)
 1  BM
 H  e(t )  xT (t );
dt
dK y
dt
T
  K y  2  BM
 H  e(t )  [ y (t )  K x  x(t )]T  K Ty  K y
Трудности реализации описанной классической методики, обосновывающие целесообразность предлагаемой разработки:
1. Матрица BM в (3) предполагается полноразмерной, т.е. размерности
векторов состояния и управляющих воздействий предполагаются
одинаковыми. На практике размерность вектора управляющих воздействий обычно меньше размерности вектора состояний.
2. Алгоритм (5) требует измерения всех элементов вектора состояний x(t).
Это требование не всегда выполнимо; прямым измерениям чаще всего
доступен только r-мерный вектор выходных переменных z(t), r < n.
3. Алгоритм (5) нелинеен; вычислительные эксперименты, выполненные нами, показывают, что при высокой размерности вектора состояния трудно найти элементы матриц Q , Г, гарантирующие сходимость.
Направления преодоления перечисленных трудностей состоят в отказе от точного соответствия между структурами объекта и эталонной
модели. В представляемой работе адаптивная система синтезируется для
131
частного, но распространенного класса объектов, в которых можно выделить два субпроцесса с существенно различными инерционностями (разнотемповые субпроцессы). Для управления такими объектами оказалась
продуктивной идея построения управляющей системы с двойной шкалой
времени (ДШВ), позволяющая выделить контуры автономного управления медленным и быстрым субпроцессами [2]. Свойство разнотемповости формально проявляется в наличии групп собственных чисел матрицы
A в (1), действительные части которых разделены существенным зазором.
Мы исследовали перспективы построения адаптивной системы управления
медленным субпроцессом, обычно представляющим важные для практики
компоненты вектора состояния. Этот подход позволил частично преодолеть
трудности реализации классического метода синтеза контура адаптации.
Выкладки, проведенные для использования метода ДШВ в задаче
синтеза адаптивной системы, были направлены для преодоления различия в языках описания алгоритмов адаптации (непрерывное время) и систем с ДШВ (в [2] – дискретное время). Ниже последовательность выкладок иллюстрируется примером, в котором вектор состояния объекта x(t)
имеет размерность n1 (соответственно медленный и быстрый субпроцессы характеризуются векторами x1(t), x2(t), размерность соответственно
n11 и n21); управление u(t)– скаляр.
Уравнение объекта (1) в форме взаимодействующих субпроцессов имеет вид:
dx1
 A11  x1 (t )  A12  x2 (t )  B1  u (t );
dt
(6)
dx2
 A21  x1 (t )  A22  x2 (t )  B2  u (t )
dt
где A11, A12, A21, A22, B1, B2 –блоки матриц A   A11
A
 21
A12  и
B 
B   1

A22 
 B2 
объекта с размерностями: n1n1, n1n2, n2n1, n2n2, m1×1 и m2×1 соответственно.
Считаем приближенно, что быстрый субпроцесс отслеживает медленный без динамики: x2(t)=D x1(t), где n2n1 матрица D находится из условия эквивалентности описания медленного субпроцесса приближенной
моделью по матричному уравнению D  A12  D  D  A11  A22  D  A21  0 .
Модель медленной динамики (в которой не учитывается собственная
динамика быстрого субпроцесса) имеет вид:
dxslow
(7)
 ( A  A  D)  x
 B  u (t )
dt
11
12
slow
1
Моделирование проведено для двумерного объекта со следующими
элементами матриц A,B: a11= –0.09, a12= –0.1, a21= –0.2, a22= –0.7, b1=2,
b2=3, собственные числа матрицы A равны соответственно [–0.059] (медленный субпроцесс) и [–0.731] (быстрый субпроцесс). Методика вычислительных экспериментов состояла в расчете параметров адаптивного регулятора только для медленного субпроцесса и в оценке соответствия
медленной динамики эталону при переносе рассчитанных параметров ре132
гулятора на полноразмерную модель объекта. Параметры эталонной модели (в данном примере – одномерной) были выбраны из условия сходимости медленной составляющей к задающему воздействию примерно в
15 раз быстрее, чем обеспечивается собственной динамикой объекта: AM
= –0.9, BM = – AM. Рис.1 иллюстрирует высокую скорость сходимости
параметров адаптивного регулятора к идеальным значениям. На рис. 2
представлена динамика медленного субпроцесса, почти точно сходящаяся к эталонной траектории спустя время подавления начальных условий.
Рис.3 иллюстрирует подавление динамики быстрого субпроцесса: эта динамика существенна лишь в начальной части. В стационарном режиме
небольшие всплески ее активности возникают в моменты переключений
меандрового задания, что приводит к незначительным отклонениям медленного субпроцесса от эталона.
Рис. 1. Настройка параметров адаптивного регулятора
Рис. 2. Медленный субпроцесс
на фоне эталонного процесса
1.
2.
3.
Рис. 3. Подавление быстрого
субпроцесса
Список литературы
Миркин Б.М. Робастное децентрализованное адаптивное управление большими системами с координацией.– Материалы 2-й Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии в обучении и производстве.– Камышин, 2023.05.2003 (электронное издание КТИ ВолгГТУ).–с.317-318.
Крушель Е.Г., Степанченко О.В. Синтез и моделирование цифровых управляющих систем с двойной шкалой времени.–М.: Машиностроение-1.–93с.
Н.Д. Егупов (ред.). Методы классической и современной теории управления. Том 3.
Методы классической и современной теории управления. – М., изд-во МГТУ им. Н.Э.
Баумана, 2000,. 736 с.
133
УДК 681.3.06
СОЗДАНИЕ ВИРТУАЛЬНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ
ДЛЯ УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА
Кудинов Д.Н.
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
«Виртуальное предприятие» (ВП) – это один из новых терминов активно развивающейся в последние годы области технологий комплексной автоматизации промышленности, известных еще как «CALS/ИПИ – технологии». Массовое внедрение этих жизненно важных для Российских производителей новаций сдерживается, прежде всего, из-за отсутствия кадров,
способных работать в условиях перехода на современные информационные технологии. Если изучение теоретических основ CALS может быть
решено с помощью традиционных учебных методик, то проблема практического освоения новых интеграционных технологий остается открытой. В
настоящее время, уровень развития средств информационной поддержки
изделий (ИПИ), даже на передовых предприятиях, носит, в основном, лоскутный, фрагментарный характер, не позволяющий рекомендовать их в качестве академических образцов. С экономической точки зрения, и в обозримом будущем трудно рассчитывать на полноценное использование
производственной базы коммерческих, акционерных предприятий для организации массового обучения студентов. Кроме того, в условиях бурного
развития новых информационных технологий, подготовка студентов в вузах и повышение квалификации специалистов промышленности должны
опережать существующие достижения на предприятиях.
Для информационной поддержки учебного процесса по CALS/ИПИ –
технологиям в условиях учебного заведения предлагается использовать
своеобразные комплексные компьютерные модели (прототипы) PLM
производственного предприятия. Все рабочие места такого виртуального
предприятия связаны между собой только компьютерной сетью и территориально могут располагаться в различных подразделениях учебного заведения. Название «Учебное виртуальное предприятие» как нельзя лучше
соответствует «духу и букве» задач обучения технологиям управления
жизненным циклом (PLM) промышленной продукции[1].
Уже в силу своего образовательного предназначения учебное виртуальное предприятие должно обладать существенными отличительными признаками. Целью персонала учебного ВП является практическое освоение и
опытная отработка CALS/ИПИ – технологий, программных и технических
средств автоматизации, информационных моделей и стандартов. Предполагается использование УВП в качестве лабораторной и опытно-научной
базы учебного заведения для подготовки специалистов по специальности
1201 «Технология машиностроения». Что позволяет ввести в обращение
общее название: «Учебное Виртуальное Предприятие» (УВП) вуза, которое мы и будем использовать. УВП даже может не производить материальных объектов и изделий, а оперировать их информационными моделями и имитаторами. Решение малоразмерных и компактных учебноисследовательских задач позволит реализовать интеграционные цепочки
134
информационных технологий опережающими темпами по сравнению с
промышленными предприятиями, а отсутствие материальных объектов
минимизирует затраты. Таким образом, можно дать следующее определение учебного виртуального предприятия, действующего в рамках высшего
учебного заведения. УВП вуза – комплексная автоматизированная организационно – техническая система, объединяющая в рамках виртуальной интегрированной информационной среды различные (по подчиненности и
собственности) подразделения и средства автоматизации учебного заведения и других организаций, предназначенная для практической подготовки
и научных исследований обучаемых в области современных информационных технологий поддержки производства.
Прототипом, при создании УВП вуза, может выступать конкретное
промышленное предприятие, или обобщенная модель предприятий, в которой используется или имитируется организационная и информационная
структура, построенная по типовой отраслевой схеме. В данном случае
формируется единое информационное пространство (ЕИП) приближенное
к реальным условиям и отражающее специфику машиностроительного
предприятия. Причем, варьируя структуру, состав и управляя переменными единой информационной среды можно проводить исследования различных PLM-решений и даже проводить оптимизацию выбранного варианта. В идеале УВП должно содержать такую информационную модель
(или совокупность моделей) предприятия, которая позволяла бы изучать
все виды управления – от стратегического до оперативного. Для этого модели должны отражать не только внутренние составляющие и процессы, но
и учитывать все исследуемые "возмущения" внешней среды - от экономических показателей и условий эксплуатации продукции, вплоть до экологических факторов, которые оказывают как прямое, так и косвенное влияние на производимые предприятием товары и услуги. Комплексная структура моделей фактически является концептуальным каркасом для увязки
содержательных представлений всего многообразия процессов, протекающих как на предприятии, так и вне его и подлежащих автоматизации.
Например, можно выделить следующие виды моделей: функциональная модель, модель управления, модель обеспечения, модель окружения.
Каждый такая модель должна быть определенным образом связана с совокупностью сопряженных моделей. Множество функциональных моделей определяется разнообразием производимых предприятием товаров и
услуг. Множество моделей управления зависит от различаемых видов и
методов управления: и диспетчеризации процессов и ресурсов. Модели
обеспечения определяются как видами требуемых ресурсов, так и периодом их поддержания. Разнообразие моделей окружения зависит от структуры жизненного цикла производимых товаров и услуг, организационнотерриториальных факторов и множества анализируемых ресурсов[2].
В качестве прикладной программной платформы УВП должны быть
тщательно выбраны актуальная для отечественной промышленности
PDM – система и хорошо совместимый с ней, комплекс средств автоматизации покрывающий основные этапы жизненного цикла изделий и обладающий рядом следующих свойств:
– Дружественность и интуитивная понятность пользовательских интерфейсов.
135
– Развернутая и полная помощь и документированность на русском языке.
– Наглядность в демонстрации основных функций и возможностей
информационных технологий, методов и средств.
– Доступность и устойчивость связей с фирмой производителем. Распространенность консультационных и внедренческих услуг.
– Относительно невысокая стоимость программного обеспечения его
внедрения и сопровождения.
– Простота инсталляции, настройки и обслуживания программного
обеспечения.
– Невысокая требовательность к уровню используемых технических
средств.
– Практическая ценность для внедрения на предприятиях региона.
Разумеется, что для проведения эффективной учебно-методической
работы необходимо использовать лицензионные программные средства.
В эти условия достаточно хорошо вписываются PLM решения, развиваемые российской фирмой Топ Системы. Кроме вышеперечисленных требований можно отметить еще ряд положительных факторов. Продукция
АО Топ Системы полностью соответствует отечественным стандартам.
– Наличие комплекта учебных и методических материалов в базовой
поставке системы.
– Программа поддержки учебных заведений, включая льготные поставки ПО, создание сертифицированных учебных центров.
– Наличие единой системы сертификации специалистов и преподавателей как независимого критерия оценки деятельности УВП.
Список литературы
1. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования: Учеб. для вузов. – М: Издво МГТУ им. Н.Э. Баумана 2000. – 360 с. ил.
2. Норенков И.П., Кузмик П.К. Информационная поддержка наукоемких изделий. CALS –
технологии М: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана 2002. 320 с. ил.
УДК 681.51
СИНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПОДХОД К РАЗРАБОТКЕ
ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Кудряшова Э.Е.
Волгоградский государственный технический университет
Тел: (8442)38-14-15, E-Mail ela42@bk.ru
Разработана экономико-синергетическая модель развития инновационного предприятия малого бизнеса и автоматизированная система для
исследования данной модели. В ходе исследования разработанной модели получены состояния, соответствующие различным типам аттракторов: точка, предельный цикл, хаотический аттрактор; определены значения управляющих параметров, при которых система кардинально меняет
свое поведение. С позиций «синергетической экономики», изложены этапы синергетического анализа экономической системы, приведены примеры синергетических моделей. Разработанная автоматизированная си136
стема «Экономико-синергетическая модель развития предприятия малого
бизнеса» предназначена для исследования модели фрактальными зависимостями, фрагмент дан на рис. 1. для значения бифуркационного параметра  =2; фазовое пространство - фиксированные управляющие параметры:  =5;  =0.6;  =2,1;  =8;  =1;  =0,6; начальные условия t0=0 :
K(t0)=1; G(t0)=1; L(t0)=1.
Рис. 1. Фазовый портрет модели развития предприятия (фрагмент)
По материалам исследования издана монография, которая представляется в материалах стендового доклада.
Список литературы
1. Кудряшова Э.Е., Плешакова О.В. Автоматизированная система «Си- нергетический
подход к задачам маркетинга недвижимости» // Успехи современного естествознания: Научн.теоретический журнал, №1. Материалы ХХХI Международн. конф. IT&SE 2004. – М.: 2004
УДК 658.27.004.5:681.3
ПОДСИСТЕМА ПЛАНИРОВАНИЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ
СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ОБСЛУЖИВАНИЯ
ОБОРУДОВАНИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ
Линёв Н. А., Кизим А.В., Камаев В.А.
Волгоградский государственный технический университет
Тел: 8 917 8377438, E-mail:Mr.kolyan@mail.ru, kizim@mail.ru, cad@vstu.ru
Ни одно предприятие, независимо от его размеров и рода деятельности
не может обойтись без оборудования. В данном случае под оборудованием
может пониматься как высокотехнологические установки, так и обычная
офисная техника – одним словом все, что используется на предприятии и
имеет свойство ломаться. В результате выхода оборудования из строя возникает необходимость его замены или ремонта, что зачастую приводит к временной остановке работы подразделения или даже всего предприятия. На
небольших предприятиях данная проблема, хотя и имеет место, но не приоб137
ретает таких масштабов как на крупных производственных предприятиях.
Как показала исследовательская работа, проведённая на одном из крупных предприятий Волгограда, в связи с выходом оборудования из строя, оно
несёт достаточно большие финансовые потери, которые можно значительно
уменьшить за счёт автоматизации процесса обслуживания оборудования.
Так как основные потери предприятие несёт в связи с простоем производственного процесса, то для решения данной задачи необходимо обеспечить:
 своевременное оформление документации, необходимой для
проведения работ по обслуживанию;
 своевременное заключение договора с фирмой подрядчика;
 своевременное обеспечение ресурсов необходимых для проведения работ по обслуживанию.
Как видно из всего вышеперечисленного везде фигурирует слово «своевременное», на крупных предприятиях этот фактор вызывает наибольшие
трудности. Когда количество оборудования и его составных частей переваливают за тысячи определить момент выхода, какой либо из них, из строя –
задача довольно трудоёмкая. Выполнять же подготовку к обслуживанию уже
непосредственно после выхода оборудования из строя не приемлемо, так как
это может занять до нескольких дней на подготовку документации и договоров и до нескольких недель на доставку необходимых ресурсов.
Следовательно, для решения задачи автоматизации обслуживания
оборудования необходима система, автоматизирующая три выше перечисленных процесса, основную роль в которой играет подсистема прогнозирования выхода оборудования из строя и планирования работ по
обслуживанию оборудования, которая позволит сократить затраты на
обеспечение работоспособности оборудования.
Основными задачами данной подсистемы является:
 определение момента выхода оборудования из строя;
 оповещение о необходимости проведения работ по обслуживанию оборудования;
 определение ресурсов необходимых для проведения работ по
обслуживанию оборудования;
 составление планов работ по обслуживанию оборудования;
 контроль выполнения работ по обслуживанию оборудования.
Задачи, поставленные перед разрабатываемой подсистемой, решаются
путем применения аппарата методов прогнозирования и математической
статистики в рамках имеющихся стандартов по обслуживанию оборудования предприятия, которые корректируются и дополняются в процессе работы подсистемы, основываясь на статистических данных. Статистические
данные так же пополняются по мере выполнения работ, обеспечивая увеличение точности планирования работ по обслуживанию оборудования.
На данный момент подсистема прогнозирования выхода оборудования
из строя и планирования работ по обслуживанию оборудования представляет собой пилотный проект программного продукта, в котором по возможности учтены все достоинства и недостатки аналогичных программных продуктов. Разработанная подсистема отвечает поставленным целям,
но для наиболее эффективного результата в процессе автоматизации работы предприятия данная подсистема должна сопровождаться подсистемами
138
автоматизации поддержки проведения внеплановых ремонтов, формирования документации и подсистемой управления структурой предприятия.
Внедрение данной системы позволит значительно снизить финансовые потери предприятия за счет сокращения простоев производственного
оборудования и трудоёмкость обслуживания, а также увеличить эффективность работы обслуживающего и контролирующего персонала за счет
повышения степени автоматизации выполнения работ.
УДК 681.2.002
УЧЕБНЫЙ ЦЕНТР РЕГИСТРАЦИИ
ДЛЯ СЕТЕЙ С УДОСТОВЕРЯЮЩИМИ ЦЕНТРАМИ
Лукьянов В.С., Манихин В.А.
Волгоградский государственный технический университет
Тел.: (8442) 23-04-64, E-mail: ecmsys@nstu.ru
В настоящее время сложилась устойчивая тенденция, согласно которой,
учебные материалы и практикумы, посвященные программно-аппаратным
средствам защиты информации, заметно отстают от передовых технологий, внедряемых в компьютерные и другие информационные системы.
В связи с этим во многих технических учебных заведениях (в том
числе и нашей страны) стали открываться новые специальности и вводиться дисциплины, связанные с информационной безопасностью. При
этом помимо лекционного курса для студентов необходимо подготавливать лабораторные стенды, с помощью которых они могли бы на практике углубить свои теоретические знания.
На сегодняшний день наиболее перспективной технологией защиты
информации в компьютерных сетях является инфраструктура открытых
ключей (ИОК) [1], основанная на криптографических ключах и цифровых сертификатах. Одним из главных компонентов эффективной ИОК является Центр регистрации (ЦР), основными функциями которого являются
регистрация абонентов системы и обеспечение их взаимодействия с Центром
сертификации (ЦС).
Именно поэтому целью данной работы является повышение уровня
знаний студентов в области инфраструктуры открытых ключей, обучение
устройству и принципам функционирования Центров регистрации и приобретение студентами навыков работы в качестве администратора ЦР.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
1) спроектирован и реализован учебный Центр регистрации;
2) составлены методические указания к лабораторной работе по курсу
“Защита информации” на тему “Основы работы с Центром регистрации”.
3) разработана схема и протокол, обеспечивающие поддержку функционирования нескольких Центров регистрации, взаимодействующих с
одним Центром сертификации;
Разработанный учебный Центр регистрации обеспечивает необходимую функциональность (сопоставимую с коммерческими продуктами)
для регистрации абонентов, управления их криптографическими ключа139
ми и электронными сертификатами и в то же время отличается простотой
использования и наглядностью (реализована визуализация основных
процессов, происходящих в системе).
Кроме того, к достоинствам программы можно отнести:
1) реализацию многоязыковой поддержки (русский и английский интерфейс);
2) расширение стандартной оболочки отображения сертификатов
(возможность просмотра запросов на сертификаты и на изменение статуса сертификата);
3) возможность работы с шаблонами сертификатов;
4) возможность работы с идентификаторами объектов;
5) независимость о конкретного криптопровайдера;
6) поддержка основных стандартов в области ИОК (X.509, PKCS#7,
PKCS#10, PKCS#12) [2];
7) возможность доработки до полнофункционального корпоративного Центра регистрации;
8) возможность использования реализованных программных классов
при создании других учебных компонентов ИОК.
Программа является первым именно учебным Центром регистрации и
предназначена для проведения лабораторных работ или самостоятельных
исследований процессов регистрации абонентов в ИОК и обработки запросов на выпуск и на изменение статуса сертификата.
Список литературы
1. Давыдов А.Н. Обзор инфраструктур открытых ключей / Пензен. гос. ун-т. Тр. науч.техн. конф. Безопасность информ. технологий. – 2001. – Т. 1.
2. Горбатов B.C., Полянская О.Ю. Основы технологии PKI. – М.: Горячая линия – Телеком, 2004. – 248 с.: ил.
УДК 681.2.002
ВЫБОР НАСТРАИВАЕМЫХ ПАРАМЕТРОВ В АЛГОРИТМАХ
ОПТИМИЗАЦИИ, ОСНОВАННЫХ НА МЕТОДЕ ШТРАФНЫХ
ФУНКЦИЙ
Медведев Д.В.
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
Тел.: (84457)3-45-67, e-mail: MDisaV@yandex.ru
Нелинейные эффекты в современных задачах планирования – довольно часто встречающееся явление. Причины могут быть различными.
Например, усложнение линейных моделей вследствие их несостоятельности в современных условиях (они могут применяться лишь для приблизительной оценки искомых переменных). Так или иначе, необходимость в получении более реальных оценок показателей качества (критериев) диктует еще одну: необходимость составлять сложные (часто нелинейные) модели. А это в свою очередь подразумевает использование спе140
циальных методов решения подобных задач – методов нелинейной оптимизации.
Среди методов нелинейного программирования в литературе особняком стоят методы штрафных функций. Хотя они довольно просты в понимании, рекомендованные автором методики не всегда приводят к получению оптимального решения.
Исследования описанных в пособиях по оптимизации методов
штрафных функций на различных экспериментальных примерах, выявили тот факт, что данные методы и методики во многих случаях не пригодны для решения задач с более сложным критерием (например, когда
минимизируемая функция является овражной). Авторы ограничились лишь
теоретическими выкладками и одним-двумя примерами, не проводя более подробные исследования, и проверка, в частности, показала абсолютную несостоятельность некоторых рекомендаций по выбору коэффициентов перед
штрафной добавкой в видоизмененном критерии.
В настоящей статье подробно рассмотрен метод внешних штрафных
функций.
Основные позиции метода внешних штрафных функций [1]. Для
множеств, задаваемых ограничениями неравенствами, универсальным способом освобождения от ограничений является их штрафование. А именно
для большой константы С>0 вместо задачи условной минимизации:
Найти вектор х, доставляющий минимум функции
f(x), xEn,
(1)
при p линейных и (или) нелинейных ограничениях в виде неравенств
gi(x)  0, i = 1, … ,p,
(2)
рассматривают задачу безусловной минимизации оштрафованной целевой функции
min { f ( x)  C
xR n
где
 [ g i ( x)] p
 [ g i ( x)] p } ,
(3)
iM
– это функция штрафа (штрафная функция) для огра-
iM
ничений неравенств, g+(x)=max[0,g(x)] – срезка g; p – параметр гладкости штрафа, p1.
Если p=1 то говорят, что существует точный штраф, если p>1 – гладкий штраф.
Следующая формула для гладкого штрафа позволяет итеративно комбинировать метод штрафов и градиентный метод в следующей процедуре [2]:
x t 1  x t   t {gradf ( x t )  Ct  p 
 [ g i ( x)] p1  gradgi ( x t )} , (4)
iM
где Ct – весовой коэффициент при штрафной “добавке”,которая сходится при определенных соотношениях между t и Ct, в частности для
1
убывающего шага при  t Ct <  (например, t = , Ct < t ) [3];
t
gradf ( xt ) – градиент функции критерия в точке x t ; gradgi ( x t ) – градиент
t
i-й функции ограничения в точке x ;
141
Рассмотренный метод начинает поиск с точки, которая не удовлетворяет ограничениям. Траектории метода штрафа проходят вне множества
ограничений, хотя и сходятся к данному множеству. Из-за этого рассмотренный метод иногда также называют методом внешних штрафов.
Недостатком описания данного метода является отсутствие методики
расчета коэффициентов t и Ct в формуле (4). Проверка предположения,
что t=1/t, Ct < t на сложных примерах дала отрицательный результат.
Методика подбора коэффициентов метода внешней точки и комбинированного метода, описанная в некоторых пособиях по оптимизации, не является достаточно эффективной, порой алгоритмы не сходятся даже для примеров, описанных в этих пособиях (впрочем, она сводится лишь к приблизительным указаниям, как лучше назначать коэффициенты и потому их просто
приходится подбирать, а это не верно и вредит чистоте эксперимента).
Предложения по усовершенствованию МШФ. Для решения возникшей
проблемы была разработана методика выбора коэффициентов, которая бы дала возможность улучшить сходимость методов. При расчетах задач с линейными ограничениями, а также большинства задач с нелинейными ограничениями квадратичной формы можно пользоваться следующей методикой:
а) Задать параметр гладкости штрафа: p=2;
б) Задать параметр для штрафной функции С(), значение которого
зависит от номера итерации, в соответствии с зависимостью
С()=d,
(5)
где d=0.01,  – номер итерации. При =1 получаем С(1)=0.01
(начальное значение параметра).
в) Рассчитываем все отношения
(6)
Pi  f ( x1 ) T  gi ( x1 ) , i = 1, … , n,
где n – количество ограничений неравенств; f ( x1 ) – градиент функции
критерия в точке x1 ; g i ( x1 ) – градиент i-й функции ограничения в точке x1 .
г) Если градиенты этих произведений не равны 0, то рассчитываем:
sred 

P
1  P1 P1
 
 ...  2  ...  .
n  P2 P3
P3

(7)
д) После этого рассчитываем:
 n

A  f ( x1 ) T    g i ( x1 )  ,


 i 1

T
 n
  n

B    g i ( x1 )     g i ( x1 )  .

 

 i 1
  i 1

е) По формуле считаем отношение:
A
k   (1  sred ) .
B
Коэффициент  ( ) ( – номер итерации):
 ( ) 
1
.
k 
142
(8)
(9)
(10)
(11)
Для =1 получаем  (1) 
1
.
k
В ходе исследований выяснилось, что задачи с линейными ограничениями менее чувствительны к коэффициентам  ( ) и C ( ) , чем задачи с
нелинейными ограничениями. Также выяснилось, что начальную точку
при использовании данной методики расчета начальных коэффициентов
лучше брать относительно близко к области ограничений.
Метод внешних штрафных функций при использовании предложенной методики расчета начальных коэффициентов может применяться для
нелинейных задач даже с критериями сложной формы. Одним из недостатков следует признать тот факт, что начальную точку желательно
брать недалеко от области ограничений. В некоторых случаях, когда
начальная точка была далеко от области ограничений, алгоритм расходился.
Можно надеяться, что аналогичные усовершенствования окажутся
полезными и для метода, основанного на комбинированных штрафах.
Вычислительные эксперименты. В качестве практических примеров для проверки предложенной методики использовались задачи с ограничениями как предложенные авторами, так и задачи со сложными тестовыми функциями (нелинейными и содержащими овраги), выбранными в качестве критериев, и с нелинейными ограничениями.
На рис. 1 приведена иллюстрация несостоятельности методики, предложенной автором [3] и иллюстрация сходимости при применении рассмотренной выше методики настройки параметров метода внешних
штрафных функций (формулы (5)–(11)).
Постановка задачи:
I ( x1, x 2)  ( x1  5) 2  ( x 2  5) 2
Критерий:
(12)
2
2
Ограничения:
(13)
x1  10  x1  x 2  10  x 2  34  0
x1 2  x 2 2  20  0
Начальная точка: x1=1, x2=7.
x2
(14)
x2
8
8
траектория поиска
6.67
g1( x1)
g1( x1)
g2( x1) 5.33
g2( x1)
5
5
3.162
 5(9  x12  10  x1)
4
 5(9  x12  10  x1)
5.33
4
3.162
3
3
 x  1
траектория поиска
6.67
 x12  20
2.67
 x  1
 x12  20
1.33
1.33
0
ä
2.67
ë
0
0
1.25
2.5
3.75
5
6.25
x1  x1  5  3.162  2.5   x 
7.5
8.75
10
0
1.25
2.5
3.75
143
5
6.25
7.5
0
x1
x1  x1  5  3.162  2.5   x 
0
x1
а)
б)
Рисунок 1 – Иллюстрация сходимости примера
8.75
10
а) методика, предложенная автором; б) методика настройки параметров метода внешних штрафных функций
Предполагается, что методы внешних и комбинированных
штрафных функций будут применяться для расчетов первого приближения точки оптимума в адаптивном алгоритме. Для дальнейшего поиска
целесообразно использовать другие методы нелинейной оптимизации,
дающие более точные решения.
Список литературы
1. Аттетков А.В., Галкин С.В., Зарубин В.С. Методы оптимизации: Учеб. пособие для
вузов / Под ред. В.С. Зарубина, А.П. Крищенко. – М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. – 440 с.
2. Новикова Н.М., Курс лекций по основам оптимизации. М.: Мир, 1998. 65 с.
3. Сухарев А.Г., Тимохов А.В., Федоров В.В. Курс методов оптимизации. Режим доступа: [http://www.ergeal.ru]
ББК 74.58
Р-17
РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ
СИСТЕМЫ ДЛЯ УЧЕТА ПОЧАСОВОЙ ОПЛАТЫ
ТРУДА ПРЕПОДАВАТЕЛЕЙ
Митрахович Н.С., Эпова Д.А, Олейников В.П., Свечников В.М.
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
Целью создания автоматизированной информационной системы учета почасовой оплаты труда преподавателей являлась автоматизация трудовых операций, выполняемых в ходе подготовки и проверки отчетов о
проведенных занятиях. По техническому заданию данная система должна была решить следующие задачи:
- автоматизация процессов подготовки договоров о приеме на работу
преподавателя в качестве почасовика;
- сокращение времени, затрачиваемое на составление отчетов о проведении учебных занятий на условиях почасовой оплаты, служебных
записок о доплатах за работу с вечерниками;
- учет и контроль выполненной почасовой нагрузки и нагрузки по
вечерней форме обучения;
- расчет по указываемым тарифам затрат на оплату труда преподавателей.
Система создавалась в среде MS EXCEL, с использованием
встроенного языка программирования Visual Basic for Application.
Выбор среды программирования определялся, исходя из приемлемой производительности выполнения программного кода и предельно простого способа взаимодействия пользователя и ПЭВМ.
Структурно программа представляет собой совокупность взаимосвязанных между собой модулей:
144
1. Нагрузка кафедры - этот модуль является источником данных об
учебной нагрузке преподавателей и был разработан ранее для автоматизации расчетов учебной нагрузки на ППС.
2. Почасовая оплата кафедры - этот модуль является основным и обеспечивает подготовку необходимых отчетов, расчет оплаты труда преподавателей и контроль над соответствием записей в договорах, отчетах и служебных записках преподавателей запланированной на них учебной нагрузке.
3. Приказы и нормативы по почасовой оплате – этот модуль ведется
сотрудниками УМО и предназначен для контроля работы модуля «Почасовая оплата кафедры», а также для ввода номеров приказов об объемах почасовой нагрузки и установлении доплат за работу с вечерниками, норм оплаты труда за выполненную на условиях почасовую оплаты
нагрузку.
Система была разработана в 2005 году. Опытная эксплуатация системы в 1 полугодии 2006 года выявила следующие преимущества ее использования:
1. Повышение точности расчетов почасовой оплаты и исключение
ошибок в них.
2. Улучшение качества контроля над соответствием сведений в отчетах запланированной на преподавателя почасовой нагрузке, как по общему объему часов, так и по отдельным видам занятий.
3. Полная автоматизация работ по подготовке проекта приказа об
установлении размера почасового фонда и величины надбавок за работу
с вечерниками.
4. Экономия трудовых затрат на оформление трудовых договоров, отчетов и служебных записок кафедрами и факультетами, а также ускорение
процесса обработки документов в УМО и бухгалтерии (смотри табл.1).
Таблица 1
Вид работ
Заполнение и
проверка отчета, расчет
денежных
выплат
Существующая
Трудоемкость
Эко- Раструдоемкость
в модуле
номия ценка
На ед Еди- Все- На ед Еди- Все- трудо- (руб
(час). ниц, го, (час). ниц,
го, затрат, в час)
час
(шт) (час)
(шт) (час)
0,7
2010 1407 0,11
2010 221,1 1185,9
50
Экономия денежных
средств,
(руб)
40147,5
5. Закрепление навыков взаимодействия преподавателя и ЭВМ (преподаватель экономически заинтересован в совершенствовании навыков
работы с компьютером).
6. Однотипность программного обеспечения АСУ Федерального
агентства по образованию и данного программного модуля. Это позволяет
быстро готовить необходимые сведения для заполнения баз данных Управления лицензирования, аттестации и аккредитации учебных заведений.
7. Программа проста в эксплуатации. Для работы с системой достаточно иметь минимальный объем навыков работы с MS EXCEL.
Таким образом, использование автоматизированной информационной системы учета почасовой оплаты труда приводит к уменьшению трудовых затрат,
145
автоматизирует процесс расчета денежных средств за выполненную работу,
позволяет экономическими методами совершенствовать навыки ППС по использованию современных информационных технологий в учебной деятельности.
146
УДК 004.056.53+681.518
ИНФОРМАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ
ЭФФЕКТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ
Натров В.В.
Волгоградский государственный технический университет
E-mail: fmhstar@mail.ru
Характерной особенностью настоящего времени является активное
внедрение информационных систем (ИС) практически во все сферы деятельности человека. В том числе и в управление производством, вследствие чего возрастает зависимость производства от ИС как техническая,
так и информационная.
Особенно это важно для управления критическими объектами, которое осуществляется с помощью автоматизированных систем управления
критических применений (АСК) [1]. Критические объекты характеризуются тем, что размеры ущерба или других последствий, которые могут
возникнуть в результате нарушения их работоспособности, сбоев и отказов в работе, оказываются неприемлемыми для общества. К таким объектам относятся военные объекты, экологически опасные производства,
атомные станции, объекты транспорта, электроэнергетики, связи, финансово-кредитной сферы и т.д.
В связи с этим для АСК на первый план выходят задачи обеспечения
надежности их функционирования и, в частности, информационной безопасности (ИБ). Наибольший вклад в нарушение ИБ АСК вносят факты
несанкционированного доступа (НСД) к информационным и вычислительным ресурсам.
Требования к защите информационных ресурсов определяются следующими утверждениями [2]:
 объекты системы должны быть защищены от НСД;
 должны быть разработаны механизмы поддержки целостности защищаемых объектов и самой системы защиты;
 должна обеспечиваться доступность информационных ресурсов.
Первоначально создание любой СЗИ опирается на государственные
документы, регулирующие те или иные аспекты ЗИ. Исходя из требований законов, стандартов [3, 4 и другие], руководящих документов Гостехкомиссии (ГТК) РФ и других нормативных актов формируются основные требования в будущей СЗИ.
При проектировании СЗИ требуется выявить наиболее уязвимые места и критичные параметры ИС: т.к. СЗИ как объект проектирования
представляет собой сложную систему, включающую различные программно-методические комплексы и характеризующуюся большим количеством разнородных характеристик, то выявление уязвимых мест и критических параметров ИС позволит спроектировать СЗИ более эффективно за счет отбрасывания не критичных параметров.
147
Исходя из сложности СЗИ требуется разработка соответствующего
математического (МО) и программного обеспечения (ПО), предназначенного для построения и повышения эффективности систем автоматизированного проектирования (САПР) средств обеспечения ИБ. Одной из
наиболее важных задач САПР является автоматизированный выбор эффективных вариантов СЗИ. Исходя из этого, возникает актуальная задача
разработки моделей и алгоритмов автоматизированного сравнительного
анализа вариантов СЗИ и выбора наиболее эффективного из них.
Решение задач автоматизированного проектирования и управления
СЗИ должно осуществляться на основе комплексной оценки качества
функционирования СЗИ. Актуальность задачи комплексной оценки качества функционирования СЗИ подтверждается требованиями стандарта
ГОСТ Р ИСО/МЭК 15408–2002 и Руководящих документов ГТК РФ.
Анализ существующих способов и методов оценки качества и эффективности СЗИ [1] применительно к специфике организации их проектирования и управления процессами ЗИ в АСК показывает необходимость развития и совершенствования этих способов.
Кроме этого использование комплексной оценки качества функционирования СЗИ на этапе эксплуатации СЗИ позволит создать более интеллектуальную СЗИ, осуществляющую корректировку собственных
функций с целью поддержания требуемого уровня безопасности.
Решение обозначенных задач позволит:
1) упростить проектирование СЗИ, что, в свою очередь, уменьшит
вероятность ошибки проектирования;
2) улучшить эффективность работы проектируемой СЗИ;
3) расширить количество вариантов реализации СЗИ и методов обеспечения безопасности;
4) уменьшить затраты на создание инфраструктуры ЗИ;
5) уменьшить потери от НСД и нарушений производственного цикла.
Список литературы
1. Багаев М.А., Дубровин А.С., Застрожнов И.И., Макаров О.Ю., Рогозин Е.А., Сумин
В.И. Методы и средства автоматизированной оценки и анализа качества функционирования
программных систем защиты информации: Монография / Воронеж: ВорГТУ, 2004. 181 с.
2. Котенко И.В., Юсупов Р.М. Перспективные направления исследований в области
компьютерной безопасности // Защита информации. INSIDE, 2006, Вып. 2 (8). С. 46-57.
3. ГОСТ Р ИСО/МЭК 15408-2002. Информационная технология. Методы и средства
обеспечения безопасности. Критерии оценки безопасности информационных технологий.
4. ГОСТ 34.003-90. Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. Термины и определения.
148
УДК 621.91
О - 62
МОДЕРНИЗАЦИЯ ДИНАМОМЕТРА УДМ-600
С ЦЕЛЬЮ АВТОМАТИЗАЦИИ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛ РЕЗАНИЯ
Ольштынский П.В., Конкров В.И.
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
Универсальный динамометр УДМ-600 применяется для измерения составляющих сил резания при точении, сверлении,фрезеровании и шлифовании. Комплект прибора состоит из динамометра- датчика УДМ-600,
тензоусилителя ТА-5, приборного щита с микроамперметрами и осциллографа Н-700. Комплект приборов динамометра имеет значительные габариты и вес и для его транспортировки используется специальное
транспортное средство-тележка. Из-за применения электровакуумных
ламп усилитель так же имеет большие размеры и вес, потребляет значительное количество электроэнергии, кроме того, при настройке прибора
из-за температурного дрейфа тензоусилитель требует длительного прогрева (не менее 30 минут), а в процессе работы необходима постоянная
ручная поднастройка. Результаты измерения составляющих сил резания и
крутящего момента определяются визуально на стрелочных приборах
или записываются с помощью самописца осциллографа.
С целью устранения указанных недостатков была выполнена следующая модернизация прибора:
 заменён ламповый тензоусилитель на интегральный тензоусилитель;
 установлен микроконтроллер для аналогоцифрового преобразования сигналов и передачи данных на компьютер в реальном масштабе времени;
 разработано программное обеспечение, позволяющее организовать
на компьютере обработку результатов измерения составляющих
сил резания и крутящего момента по четырём идентичным независимым каналам усиления;
 на компьютере организовано хранение результатов эксперимента в
базе данных Paradox.
Таким образом, выполненная модернизация динамометра позволила значительно упростить настройку прибора, избавиться от громозкого комплекта приборов. Вся схема нового тензоусилителя смонтирована на односторонней гетинаксовой плате., которую удалось разместить непосредственно в
корпусе динамометра-датчика. В результате этого уменьшилось влияние
внешних электромагнитных наводок и сократилось количество соединительных проводов. Вместо визуального контроля результатов измерения
значения эксперимента непрерывно демонстрируются на экране монитора
компьютера в виде графиков, что позволяет отслеживать характер изменения
величины составляющих сил резания и крутящего момента по времени, а так
же выводятся в табличном виде дискретно. Архивация результатов экспериментов ещё одно положительное качество выполненной работы.
149
ББК 74.58
0-62
ОПЫТ ПРОВЕДЕНИЯ ИНТЕРЕНЕТ-ЭКЗАМЕНА
В СФЕРЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ В КТИ ВолгГТУ.
Ольштынский П.В., Митрахович Н.С.
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
В последнее время в деятельности ВУЗов при контроле знаний студентов все активнее используются различные технологии компьютерного тестирования. Однако широкое распространение таких технологий все
актуальнее ставит вопрос о достоверности результатов тестирования и
выработки общих методологических принципов построения тестов. На
наш взгляд, наиболее удачно указанная задача решена Национальным аккредитационным агентством в ходе разработки технологии проведения
Федерального интеренет-экзамена в сфере профессионального образования (ФЭПО). Цель настоящей работы – опираясь на опыт участия КТИ
ВолгГТУ в таком Интернет-экзамене и публикации разработчиков методологии тестирования и программного обеспечения попытаться сформулировать основные направления использования результатов интернетэкзамена внутри учебных заведений.
Необходимость такой работы становится еще более значимой в свете
Распоряжения Федеральной службы по надзору в сфере образования и
науки №1192-05 от 17.07.2006, согласно которому такие технологии будут использоваться при проведении процедур аттестации и аккредитации.
По мнению директора Национального аккредитационного агентства
Наводнова В.Г., достижение целей ФЭПО потребовало разработки нового вида тестов – аттестационно - педагогических измерительных материалов. Главная задача аттестационно-педагогических измерений - установление степени соответствия содержания, уровня и качества подготовки студентов требованиям государственных образовательных стандартов.
Для формирования содержания измерителей подобного рода в Росаккредагентстве разработан структурный подход к их разработке. В основе такого подхода положена модель измерителя, которая предполагает разбиение содержания дисциплины на разделы, называемые дидактическими
единицами, и вывод по освоению дисциплины делается на основе освоения совокупности дидактических единиц данной дисциплины. Считается,
что дисциплина освоена, если не менее 50% студентов освоили все дидактические единицы образовательного стандарта.
Для проведения тестирования было разработано соответствующее
программное обеспечение, которое позволяло проводить тестирование,
вести учет результатов теста по каждому студенту в отдельности и анализировать полученные результаты.
150
Участвующим в Интернет-экзамене вузам представлялась тестовая
"оболочка", описание содержания учебного материала, методика анализ
результатов на соответствие требованиям ГОС.
Институт принял участие в Интернет-экзамене ФЭПО-3. Всего было
протестировано 517 студентов 5-ти образовательных программ по дисциплинам гуманитарного и естественнонаучного блоков дисциплин. Из
двух вариантов тестирования on-line и off-line был выбран вариант online. Результаты тестирования были представлены институту в форме
информационно-аналитической карты педагогических измерений.
В целом результаты положительные. Более высоко оценены знания
студентов по дисциплинам естественнонаучного бока и ниже по блоку
гуманитарному.
Опыт проведения экзамена показал, что наиболее эффективным является on-line тестирование. Оно позволяет оперативно получать информацию о результатах тестов и на этом основании вносить необходимые
коррективы, как в процесс подготовки к тестированию, так и его в ход.
Однако такая методика требует четкой и слаженной работы организаторов исследования, деканатов и учебно-вспомогательного персонала.
Опыт анализа поступающей в ходе теста и после его окончания информации показывает, что результаты Интернет-экзамена целесообразно
анализировать на трех уровнях:
1. Уровень директора института и УМО. На этом уровне выявляется
какие специальности и на каком уровне подготовки осваивают требования стандарта и какое место занимает институт среди других
ВУЗов России. Кроме того, в результате подробного анализа поступающей информации в УМО и сравнения ее с результатами экзаменационных сессий было зафиксировано противоречие: более
высокие результаты интернет-тестирования студентов по дисциплинам естественнонаучного бока по сравнению с блоком гуманитарным не соответствуют результатам экзаменационных сессий
внутри института, более высокие результаты по блоку ГН по отношению к блоку ЕН. Проведенный анализ этого противоречия,
показал, что дело здесь не только и не столько в заниженных требованиях к студентам со стороны преподавателей блока ГН, сколько в принципах построения рабочих программ по дисциплинам
этого блока. В рабочих программах в каждой теме дидактические
единицы либо не определены совсем, либо определены таким образом, что, по сути, являются многозначными. Это говорит о недостаточной проработанности системы знания по дисциплинам этого блока. Система знания заменяется фрагментарным знанием,
освоение которого, значительно проще и легче. Отсюда и более высокие результаты по блоку ГН в ходе экзаменационных сессий.
2. Уровень деканата. Здесь основной целью анализа является ранжирование кафедр факультета по показателю места преподаваемых
дисциплин среди других ВУЗов России и взаимосвязи этого места с
уровнем организаторской работы кафедры по разъяснению целей и
151
технологии ФЭПО, проведении репетиционного тестирования, как
студентами, так и самими преподавателями. Опыт показал, что эта
работа была слабее поставлена кафедрой гуманитарных наук, что
является еще одной причиной более низких результатов по этому
блоку.
3. Уровень кафедры. Здесь анализируется освоение отдельных дидактических единиц и разделов дисциплины, успешность освоения отдельных тем. Кафедры использовали при этом предложенную авторами ФЭПО технологию оценки знаний студентов по проценту
выполнения заданий и коэффициенту их решаемости. Опыт показал обоснованность и эффективность такого подхода. В результате
проделанной работы был уточнен перечень тем, продумана система дополнительных учебных заданий, позволяющая ликвидировать
в знаниях студентов обнаруженные пробелы.
Более глубокое изучение предложенных авторами Интернет-экзамена
принципов разработки тестовых заданий показал, что указанную методологию целесообразно использовать и при разработке рабочих учебных
программ. При этом можно выделить следующие этапы такой работы:
 Исследовательский этап. На этом этапе, на основании квалификационных требований к специалисту, требований государственного
образовательного стандарта определяются основные понятия
учебной дисциплины и подлежащие освоению умения и навыки,
проектируется система знания, включающая в себя набор дидактических единиц, структурно-логические связи между ними.
 Дидактический этап. Здесь раскрывается содержание дидактических единиц, выбираются формы и методы обучения, определяются темы занятий, и порядок их изучения.
 Рефлексивный этап. На этом этапе, на основании принципов проведения Интернет-экзмена, разрабатывается система оценки степени освоения студентами дидактических единиц, и эта система
включается в рабочую программу как инструмент рубежного и
итогового контроля знаний, умений и навыков студентов.
Таким образом, проведенный анализ принципов разработки, проведения и анализа результатов Интернет-экзмена в сфере профессионального
образования и опыт его проведения показывает, что эти принципы могут
быть с успехом применены для организации внутри вузовской системы
качества подготовки специалистов, при разработке учебных рабочих программ, создании систем промежуточного и итогового контроля знаний
студентов.
152
УДК 681.2.002
КОНЕЧНЫЙ АВТОМАТ РАЗБОРА ТЕКСТА
ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ НА РАЗДЕЛЫ
Орлова Ю.А.
Волгоградский государственный технический университет
E-mail: yulia.orlova@gmail.com
В настоящий момент актуальной является задача автоматизированного анализа текста технического задания. Анализ технического задания
состоит из двух блоков: лексического анализатора и синтаксический анализатора. Лексический анализатор предназначен для того, чтобы разделить исходный текст на естественном языке на отдельные лексемы. Эта
операция выполняется в три этапа: разделение на разделы, предложения
и отдельные лексемы. Синтаксический блок получает список лексем и
обрабатывает его согласно грамматике технического задания.
В данной работе описан конечный автомат для разделения текста технического задания на разделы, схема которого представлена на рисунке 1.
13
3
c0
Разбор
c1
0
c5
номераa
aраздела a
1
2
c4
Разбор
названия
c2
3
Разбор текста
aраздела a
1
4
c3
5
2
a
6
a
a
0
7
c2
12
Разбор
a номера a
раздела
a2
3
1
c5
a
c3
2
c4
4
a
3
5
c5
c1
c0
c0
11
c6
Разбор разделов
c0
Разбор приложений
Разбор названия
приложения
a
a
- состояние конечного
i
автомата;
- состояние, в котором происходит
j
изменение таблицы разделов;
- переход по входному символу
ck
-ckпереход
после
;
изменения
разделов;
- автомат
для
Название таблицы
автомата
a29
8
8
Разбор текста
c3
a a
6
a
6
соответствующего разбора;
7
0
a
c1
c4
c4
c3
9
10
c0
2
a
3
c5
7
- начальное состояние;
1
c0
Разбор названия
aприложенияa
8
a29
c3
- cоздаем раздел и
- записываем в таблицу
2 разделов
записываем
в него номер раздела;
название раздела;
- записываем в таблицу
- создаем раздел и
- пропускаем
5 , 10
4 , 7 , 9 , 11 разделов текст
6 записываем
пустое пространство;
раздела;
в него название приложения.
0
c6
3 , 8
- конец ТЗ;
13 - ошибка.
Рис.1 Автомат разбора текста технического задания на разделы
Входной символ конечного автомата: c1 - пустое пространство, c2 - пробел, c3 - новая строка, c4 - конец текста, c5 - ‘1’..’9’, c6 -‘П’, c0 – любой другой
символ.
153
Промежуточные состояния автомата: a1 - начало разбора номера раздела, a2 - последовательность символов – текст, a3 - нумерация, a4 - начало разбора названия раздела, a5 - название раздела, a6 - начало разбора
текста раздела или приложения, a7 - продолжение текста раздела или
приложения, a8 - начало разбора названия приложения, a9 - название приложения, a0 - конец ТЗ.
Разделом называется фрагмент текста между двумя заголовками любого уровня, от первого до третьего (это связано с тем, что заголовки четвертого и дальнейших уровней по российским стандартам на текстовые документы не нумеруются). Таблица разделов содержит поля: код раздела уникальный числовой идентификатор; код родительского раздела - число,
равное коду раздела, в который непосредственно входит данный раздел. У
родительского раздела это поле содержит «-1»; номер раздела - число, равное номеру раздела для сохранения порядка разделов в структуре документа; название - имя раздела; текст - содержимое раздела.
Разбор текста ТЗ начинается с разбора разделов первого уровня и разбора приложений. После формирования таблицы первого уровня начинается анализ текста каждого из разделов первого уровня.
Так как в тексте раздела первого уровня не может быть приложений,
разбор приложений не производится. После формирования таблицы разделов второго уровня анализируется текст каждого раздела второго уровня и формируется таблица разделов третьего уровня. В конце работы все
таблицы объединяются.
При попадании автомата в состояние, в котором происходит изменение таблицы разделов, в таблицу разделов вносятся изменения соответственно предыдущему промежуточному состоянию. Например, если последовательность символов – название раздела, то в таблице разделов заполняется поле «Название раздела».
Разбор технического задания начинается с разбора номера раздела.
Если оно начинается не с нумерации, а с текста, то выводится сообщение
о несоответствии технического задания госту. По этой причине в автомате дважды используется блок разбора номера раздела. Затем создается
раздел и добавляется номер в соответствующее поле таблицы разделов.
После сохранения номера производится разбор названия раздела до
начала новой строки и текста раздела. Мы переходим в конечное состояние, если встречаем конец текста. Если встретили новую строку, то переходим в состояния пропуска пустого пространства. Если же в тексте имеются цифры, то проверяем не является ли это номером нового раздела.
Так как в соответствии с гостом приложение начинается с “Приложение А”, то переходим к разбору приложения при встречи символа “П”.
Разбор текста приложения проводится аналогично разбору текста раздела.
Список литературы
1. Заболеева-Зотова А.В. Естественный язык в автоматизированных системах. Семантический анализ текстов [Текст] / А.В. Заболеева-Зотова - Волгоград: ВолгГТУ, 2002
2. Заболеева-Зотова А.В. Лингвистические системы: модели, методы, приложения
[Текст] / А.В. Заболеева-Зотова - Волгоград: ВолгГТУ, 2004. с.220.
154
УДК 004.942
КОНСТРУИРОВАНИЕ ВИРТУАЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ
ДЛЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ СИСТЕМЫ
ПО ОБУЧЕНИЮ ПРОЕКТИРОВАНИЮ АСУТП
Панфилов А.Э.
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
(84457)-9-40-48 (рабочий), pansanya@atricom.ru
В последнее время из-за подъема промышленности России, разработка автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) приобретает все больший размах, все чаще внедряется на
предприятиях и в организациях. При внедрении АСУТП используются
как готовые решения, требующие только настройки и адаптации на конкретный технологический процесс (ТП), так и новые разработанные автоматизированные системы, учитывающие специфику данного ТП.
Для обоих вариантов создания АСУТП необходимо иметь грамотных
специалистов. Это задача для ВУЗов и СУЗов. При обучении в ВУЗе инженеров-системотехников по специальности 220200 («Автоматизированные системы обработки информации и управления»), которые в дальнейшем должны заниматься разработкой и поддержкой АСУТП, довольно часто наблюдается такая ситуация:
- прослушав лекции и получив необходимые теоретические знания,
студент затрудняется в применении полученных знаний к решению поставленной перед ним проблемы;
- без помощи старших специалистов студент часто не в состоянии
сформулировать цели, критерии и принципы управления «незнакомым»
объектом;
- ограничение доступа на предприятия с внедренной АСУТП, невозможность настройки их параметров и структуры.
Данная работа нацелена на преодоление этих трудностей за счет использования креативного подхода к обучению.
Для решения вышеназванных трудностей предлагается использовать в
рамках учебной дисциплины «Основы проектирования АСОИУ» имитацию
процесса выработки проектных решений в виртуальной среде, воспроизводящей сложные производственные комплексы. В ходе обучения делается
попытка поставить студентов в условия, при которых формируются навыки
структуризации изначально размытой концепции построения АСУ.
Для качественного обучения проектированию АСУТП необходимо
иметь «хорошие» модели ТП. У инженеров на производстве есть реальный
научно-практический опыт и поэтому желательно (даже необходимо) использовать его в обучении. Для этого необходимо формализовать этот
опыт в виде моделей объектов ТП и зафиксировать удачные решения по
его автоматизации. Из полученных таким образом моделей, можно в дальнейшем конструировать виртуальные ТП с заданными признаками (стохастичность, линейность, запаздывание и т.п.). Работая с такими виртуаль155
ными ТП, студенты смогут закрепить полученные знания и получить практические представления о реальных ТП.
При выборе виртуального производственного комплекса он должен
обладать рядом признаков, а также позволять решать задач типичных при
проектировании АСУТП. Для этого предлагается выделить пространство
признаков характеризующих ТП и пространство задач. Наиболее важные
признаки ТП учитываемые при разработке АСУТП являются:
- дискретность / непрерывность процесса;
- детерминированность / стохастичность процесса;
- наблюдаемость всех интересующих факторов;
- стационарность параметров процесса;
- сосредоточенность / рассредоточенность параметров ТП;
- линейность / нелинейность законов функционирования элементов ТП;
- наличие времени запаздывания между измерениями и управлением;
- наличие инерционности ТП;
- наличие внутренней устойчивости ТП и пр.
Пространство задач для виртуального комплекса содержит такие типовые задачи, как:
- определение типа ТП (его характеристик);
- идентификация структуры и параметров ТП и его отдельных элементов;
- выделение полезного сигнала в измерениях;
- проверка на устойчивость и управляемость;
- выявление целей и критериев возможной автоматизации;
- определение структуры и параметров системы управления ТП;
- проведение ситуационного моделирования для отработки функционирования ТП в различных технологических режимах работы.
При выборе реального прототипа для виртуального комплекса желательно сделать так, чтобы он максимально возможно перекрывал пространство признаков и задач. Это обеспечит изучение элементов и приемов проектирования на одном комплексе, сократить время знакомства
студента с предполагаемым ТП. Не менее важным требованием к виртуальному комплексу является то, чтобы задача его автоматизации была
содержательна (не «оторвана» от реальности) и имела игровую интригу,
способную заинтересовать студента.
В рамках данной идей на базе кафедры «АСОИУ» Камышинского
технологического института разработан и внедрен в учебный процесс
виртуальный комплекс, состоящий к настоящему времени из четырех
моделей технологических процессов:
1. Процесс помола цемента в шаровой мельнице.
2. Управление технологическими процессами водозабора и водораспределения в гидромелиоративной системе.
3.Управление водозаборным узлом в гидромелиоративной системе
4. Задача экологического мониторинга работы нефтебазы.
Базой для моделей ТП послужил собственный (как позитивный, так и
негативный) опыт работы сотрудников кафедры АСОИУ КТИ на реальных производствах в составе проектных и исследовательских групп. Вы156
бор данных технологических объектов определяется тем, что они охватывают большинство разновидностей технологических процессов: распределенные - сосредоточенные, дискретные - непрерывные, стохастические – детерминированные, линейные - нелинейные.
Практика использования виртуального комплекса показывает, что при
работе с виртуальными объектами студенты получают представление о
процессе проектирования (в особенности о его творческих аспектах) гораздо глубже по сравнению с традиционным подходом, когда проектирование
ведется только на основе теоретического материала. Результаты использования комплекса виртуальных ТП проявляются в повышении качества выполнения дипломных проектов студентами-системотехниками.
УДК 621.395:004.3
ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ГОРОДА КАМЫШИНА
ДЛЯ МОБИЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
Петров В.О., Степанченко И.В.
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
Тел.: (84457)9-40-48, e-mail: stilvi@mail.ru
Широкое распространение мобильных телефонов, карманных и портативных компьютеров, имеющих беспроводное соединение с глобальной сетью или сетью связи, позволяет ставить и решать новые задачи в различных
сферах человеческой деятельности. Цель данной работы заключается в наделении мобильного устройства собственной информационной системой. При
наличии информационной системы пользователь мобильного устройства
имеет возможность получить справочную информацию, а так же воспользоваться картой города. При наличии связи с сервером предоставляются новые
возможности: новостная лента, реклама новой продукции, доступ к информационным базам данных. В отличие от использования мобильных JPRS
браузеров для получения удаленной информации, система выдает информацию быстрее и с наименьшими затратами. Это достигается за счет того, что
пользователь сначала выбирает ту часть информации, которая нужна, а затем
она загружается с сервера и отображается на экране мобильного устройства.
Также при этом экономнее расходуется трафик.
Создание в городской администрации единой вычислительной сети, объединяющей различные отделы, с обеспечением общего доступа к открытой
информации, а также появлением различных баз данных и сайтов по городу
подтверждает актуальность работы. К примеру, официальный сайт администрации города Камышина предоставляет следующий информационный ресурс http://www.admkamyshin.info. Здесь можно найти последние новости города о политике, культуре и спорту. Так же не проходят стороной здравоохранение и образование. Предприниматели могут получить исчерпывающую информацию о программах развития предпринимательства на текущий
год. Для людей, интересующихся историей города Камышина, может быть
полезна статья о почетных гражданах города и памятных событий.
157
Всем службам города предоставляется возможность получить оперативную информацию в нужный момент времени. К примеру, пожарный
расчет при выезде на задание может быстрее получить план этажей здания или определить расположение объектов в застройке.
В работе разрабатывается программное средство, позволяющее оперативно в любой момент времени получить разного рода справочную информацию при помощи мобильного устройства, в частности сотового телефона [1]. К справочной информации относятся адреса и телефоны
предприятий различных форм собственности, картографическая информация, маршруты движения городского транспорта с обозначенными
остановками, а так же расписание движения маршрутов междугородних
автобусов и поездов. Сюда же можно отнести новостную ленту, и рекламу.
Информационная система города Камышина состоит из клиентской и
серверной частей. В клиентскую часть входит картографическая и информационная составляющие. Картографическая часть содержит приближенную векторную карту города и систему расширенного поиска
объектов на карте (дома, улицы, маршруты городского транспорта). Информационная часть содержит данные о предприятиях и организациях
города Камышина. А именно, наименование, телефон и адрес.
Серверная часть содержит информацию, оперативно изменяющуюся
во времени. Это может быть реклама, погода, новости города, планирующиеся акции и т.д. Вся эта информация хранится в базе данных на сервере, и по запросу пользователя с мобильного устройства пересылается
получателю. Объем трафика при этом минимален.
Требования к мобильному устройству следующие:
 наличие Java платформы MIDP 1.0;
 свободное пространство 150 килобайт;
 возможность закачивать и устанавливать приложения;
 цветной дисплей;
 русскоязычная клавиатура с функцией Т9.
Так же устройство должно быть сертифицировано меткой «российский стандарт». При соблюдении всех требований, приложение будет
правильно работать в мобильном устройстве.
В программе применены ряд новаций, специфичных для устройств с
небольшим размером экрана, малым объемом памяти и низкой производительностью. Так, в частности, проведена работа по минимизации объема данных и выводимой графической информации, а также применен алгоритм ускоренного набора для поиска.
На рис. 1 отображена диаграмма классов приложения. Как видно, главный класс имеет название «Mapper» он запускается сразу после запуска приложения. Класс «drawing» отвечает за картографическую часть. Это отображение векторной карты, поиск, режимы отображения карты на дисплее. Этот
класс использует «IStream», который отвечает за работу с файлами. Остальные классы, которые относятся к главному классу «Mapper» отвечают за
свои функции в отдельности, которые можно найти в главном меню приложения – это настройки программы, удаленная работа, справочник.
Приложение использует девять файлов. Для устранения ошибок чте158
ния у телефонов марки Nokia имена файлов имеют цифровые обозначения, и не имеют расширения. В первых двух файлах содержится справочная информация по предприятиям города. В одном наименование предприятия, во втором – информация о нем. Третий файл содержит картографическую информацию. Карта города содержится в векторном виде. В
одном файле содержатся точки геометрических объектов, в другом – их
геометрические центры. Поскольку производительность мобильных
устройств невелика, для использования алгоритмов оптимизированного
чтения объекты в файлах отсортированы. Так же предусмотрен файл, содержащий количество вершин в объектах. Отдельно в файл отнесены
контур реки Камышинки, маршруты движения автобусов и расположение
улиц. И, наконец, в последнем файле содержится справочная информация
о движениях поездов и междугородних автобусов.
Рис. 1 – Диаграмма классов приложения
При запуске программы на телефоне, отображается список основных
функций, отображенных на рис. 2а. При выборе из этого списка первой
позиции «Карта города» отображается экранная заставка, которая представлена на рис. 2б. Для визуального определения объекта на карте необходимо воспользоваться навигатором (рис. 2в).
При помощи управляющих клавиш и клавиш «+» или «-» можно
уточнить позицию отображения карты. Затем, при выборе из пункта меню варианта «Показать увеличение», на экране мобильного телефона
отобразится подробная карта с обозначенными номерами домов и улиц
(рис. 3). Есть несколько уровней масштабирования. При необходимости,
можно убрать отображение улиц или номеров объектов. Если пользователь поставил слишком большой масштаб, то отображение улиц и номеров домов убирается автоматически.
Приложение имеет функцию поиска. Искать можно улицы, перекрестки, остановки и даже районы. Для удобства предусмотрен поиск с
мягкими условиями. К примеру, чтобы найти объект «Аптека №5» в окне
159
поиска нет необходимости вводить все слово целиком. Достаточно только ввести «апте» и результатом поиске будет список всех аптек. Далее
можно получить информацию о каждой из них.
Приложение так же может выдавать по запросу пользователя справочную
информацию. Что бы воспользоваться ей, необходимо выйти в главное меню
(рис. 2а) и выбрать пункт «Справочник предприятий». На дисплее появится новый список, представленный на рис. 4. Список содержит основные сферы деятельности организаций. Далее, при выборе одной из сфер, появится список
наименований предприятий и организаций. К примеру, на рис. 5 отображены все
транспортные предприятия города. При выборе организации появится справочная информация о данной организации, такая как, адрес и телефон, или, при
наличии, электронный адрес и информация о структурных подразделениях.
а)
Рис. 3 – Окно карты
города
б)
Рис. 2 – Навигация по карте города
Рис. 4 – Справочник
предприятий
в)
Рис. 5 – Список транспортных
организаций города
В заключение стоит отметить, что информационная система будет хорошей альтернативой службе «09», которая в конце сентября 2006 года
прекращает свою работу.
Список литературы
160
1. Буткевич Е.Л. Пишем программы и игры для сотовых телефонов. – СПб.: Питер,
2006. – 204 с.
161
УДК 681.2.002
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА АНАЛИЗА
КОМПЬЮТЕРНЫХ ТОМОГРАММ
Петрухин А.В., Воробьев А.А., Золотарев А.В.
Волгоградский государственный технический университет,
Волгоградский научный центр РАМН и Администрации Волгоградской области
тел.:(8442) 23-42-46, e-mail: alw@t-k.ru
Проблема точного и своевременного определения различных заболеваний, обусловила необходимость создания и разработки разнообразных диагностических методов. Одним из современных методов является лучевая
диагностика. С расширением парка высокотехнологичных медицинских
диагностических устройств лучевой диагностики, называемых также
устройствами медицинской визуализации (цифровые рентгеновские системы, компьютерные, магнитно-резонансные, позитронно-эмиссионные томографы, системы ультразвуковой диагностики и т.д.), проблема автоматизации процесса анализа медицинских цифровых изображений становится
все более актуальной. Наличие изображения в электронной форме позволяет выполнять достаточно сложную компьютерную обработку, к примеру,
наложение изображений компьютерного томографа и магнитнорезонансного томографа и т.д., значительно улучшающую возможность
постановки диагноза и принятия решений о лечении пациента. Компьютерный анализ позволяет обеспечить более качественный результат, за счет
существенного расширения возможностей специалистов. Обычная томография не всегда позволяет добиться этого, главным образом потому, что
"информационная емкость" изображения во много раз превосходит возможности "извлечения" ее с помощью визуального анализа врачом.
Например, глаз специалиста может воспринять разницу в оптической
плотности двух смежных в обычных условиях в пределах 0.1D, а в благоприятных до 0.02D. Цифровая же обработка томограммы позволяет расширить возможности зрительного анализа, что в значительной мере способствует улучшению диагностики. Так применение компьютера позволяет проводить масштабирование цифровых изображений, сглаживание, контрастирование, фильтрацию, выделение зон интереса, построение гистограмм среза. Для практической медицины это означает значительное расширение возможностей распознавания патологических состояний на ранних стадиях поражения.
Результатом томографии является набор снимков, представляющих собой сечения части тела человека, записанных в растровом формате. Диагностирование производится на основе матричной модели тела. Построение
объекта происходит методом последовательного наложения сечений. Конечная модель является матрицей, хранящей значения каждой точки тела. Выделение зон интереса, построение новых сечений и гистограмм среза производится с использованием этой модели. Если учесть, что модель создана на
основе растрового изображения, и соответственно имеет все недостатки этого формата, то и результаты произведенных анализов содержат недочеты, и
могут искажать истинную картину. Проведение анализа полученных данных
162
специалистом, а не системой, не позволяет использовать все преимущества
цифрового формата изображений. Целью данной работы является разработка методов автоматизации анализа компьютерных томограмм.
Современный анализ компьютерных томограмм должен содержать следующие этапы: получение 3-х мерной модели на основе снимков, первоначальная обработка и получение готовой модели, диагностирование на основе полученной модели. В связи с тем что получаемые снимки отображают состояние не только данного слоя тела, но и соседних с ним, необходимо учесть существование расстояния между соседними слоями, а так же
возможности изменения состояния точки, в зависимости от номера слоя.
Учитывая специфику исходных данных, в основу модели была положена
воксельная (voxel) модель данных, элементарным объектом которой является параллелепипед с единичными ребрами. Воксельное представление 3х мерных данных является аналогом пиксельного формата 2-х мерных
данных. Использование воксельного представления повышает наглядность
созданной модели. Анализ связей между соседними слоями позволяет производить удаление шума, на основе анализа гистограмм вертикальных срезов, как одного из наиболее простых методов. Таким образом, происходит
формирование рабочей модели объекта. Дальнейшая диагностика производится с использованием этой модели. Как известно, в основе лучевой диагностики лежит различие в плотности сканируемых тканей, поэтому и диагностика производиться с использованием этой же методики. Используя
подготовленную модель, можно осуществлять автоматический поиск
участков, значения плотности которых отличаются от идеальных для данной области. Таким образом, можно учесть не только различие плотности и
расположения тканей у пациентов, но и обнаружить довольно маленькие
участки, с неярко выраженным отклонением. Так же существует проблема
дифференциации плотности тканей в области сканирования. Используя
полученную модели можно производить не только диагностику, но так же
и регистрацию состояния пациента в динамики, сравнивая созданные в
разные периоды модели. Использование автоматизированного анализа томограмм позволит более качественно диагностировать заболевания, а так
же обеспечит возможность упрощения постоянного наблюдения за состоянием пациента, за счет применения компьютерных технологий.
Проведенный анализ методов обработки компьютерных томограмм
существующими системами, выявил необходимость разработки новой
методики автоматизированной обработки компьютерных томограмм в
цифровом формате. Предлагаемая концепция позволяет существенно
упростить работу специалистов с полученными данными. Применение
компьютерного анализа позволяет улучшить качество диагностирования
пациентов, за счет частичного снижения влияния человеческого фактора,
а так же внедрения технологии анализа динамики состояния пациента.
Список литературы
1. Габуния Р.И. «Компьютерная томография в клинической диагностике», М: 1995.,
с.134 – 153
2. Денисов Р. В., Ковшов Е. Е. «Систематизация и анализ данных компьютерных томографических исследований.»
3. Зонневельд, Ф.В. «Общая характеристика компьютерной томографии» //Журнал
«Медицинская визуализация», М: январь – март 1999, с.44 – 52
4. Воробьев А.А., Камаев В.А., Петрухин А.В. и др. «Интеллектуализация процедур диагностики с использованием рентгеновской компьютерной и магнитно- резонансной томогра-
163
фии на основе синтеза им анализа виртуальных топографо-анатомических сред.» //Вестник
Волгоградского Государственного медицинского университета, Волгоград: 2005., с 3-6
164
УДК 681.5.011
КОМПЬЮТЕРНАЯ ПОДДЕРЖКА И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ
ЦИКЛА ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ НА ТЕМУ
«ИЗУЧЕНИЕ МЕТОДОВ РАЗРАБОТКИ СИСТЕМЫУПРАВЛЕНИЯ
НЕПРЕРЫВНЫМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ОБЪЕКТОМ»
Печеник Н.А.
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
Тел.: (84457)-9-40-48 (рабочий), npechenik@mail.ru
Излагаются результаты разработки и методика проведения лабораторных занятий по дисциплине «Основы теории управления (ОТУ)» как
базовой учебной дисциплины специальности «Автоматизированные системы обработки информации и управления». Комплекс лабораторных
работ предназначен для освоения совокупности инженерных расчетов,
необходимых для построения системы автоматического управления объектом с непрерывным характером технологического процесса. Экспериментальная установка реализована как виртуальная. В состав комплекса
включены три лабораторные работы, объединенные общей целью и общим сценарием, в ходе которых должен быть освоен типовой состав расчетов, выполняемых инженером при разработке системы автоматизации
технологического объекта:
1. Экспериментальные исследования объекта управления и обработка
экспериментальных данных.
2. Построение математической модели объекта по экспериментальным данным.
3. Выбор закона управления, разработка алгоритма его цифровой реализации, моделирование системы управления и выбор настроечных параметров алгоритма.
Общая характеристика состава программных средств, необходимых для проведения лабораторных работ. Для возможности проведения
экспериментов на виртуальной модели объекта разработано специализированное программное обеспечение, имитирующее процесс нагрева материала в печи. Для выполнения расчетов и моделирования можно использовать
любой пакета прикладных программ для научных и инженерных расчетов
(MathCAD, Matlab, Maple). Поскольку примеры, содержащиеся в методических указаниях, реализованы в среде MathCAD, студентам легче всего
выполнить комплекс лабораторных работ именно в этой среде.
Описание экспериментальной установки. Виртуальная экспериментальная установка, программная поддержка которой реализована на
языке MS Visual Basic (рис.1), имитирует работу нагревательной печи и
предоставляет возможность управлять режимом нагрева. Технологической целью работы установки является обеспечение заданной температуры в условиях действия возмущающих факторов, источником которых
является холодный воздух, подаваемый в печь с помощью вентилятора.
165
Бункер с топливом
Тарелка
Нож
Тарельчатый
питатель
Печь
Транспортер
Воздушное
охлаждение
Шток
27
Ом
Электропривод
постоянного
тока тарелки
питателя
21
Ом
20
Ом
Обмотка Блок сопротивлений
возбужде- в цепи возбуждения
ния
Рис.1. Схема виртуальной экспериментальной установки
Управление температурным режимом производится путем изменения
подачи твердого топлива по транспортеру, наличие которого вносит
транспортное запаздывание в цепь передачи входного воздействия на
объект. Подача осуществляется из бункера, значение расхода из которого регулируется путем изменения скорости вращения тарелки питателя.
Управляющим воздействием является сопротивление, включенное в цепь
обмотки возбуждения двигателя постоянного тока (привода питателя).
Общее сопротивление секционировано так, чтобы в каждой следующей
секции сопротивление удваивалось. В системе управления имеется возможность закоротить любую секцию. Общее сопротивление рассчитывается с помощью двоичного кода, нули в котором соответствуют разомкнутому, а единицы – замкнутому контакту реле. В действующей установке сопротивление в цепи обмотки возбуждения может изменяться в
диапазоне 0 … 255 Ом с минимальной дискретностью («квантом») 1 Ом.
Общие замечания о технологии проведения лабораторных работ.
Работы организованы как коллективные, с первичным разбиением заданий для выполнения на отдельных рабочих станциях. Благодаря этому
удается представить для обработки довольно большой экспериментальный материал, полученный параллельно во времени. Для проверки гипотез о математической модели объекта студент привлекает не только данные, полученные им самим, но также и результаты экспериментов, зафиксированные на других рабочих станциях. Обсуждение результатов и
выводы делает группа студентов совместно.
166
Лабораторная работа №1 «Экспериментальное исследование объекта управления и обработка экспериментальных данных». На своей
рабочей станции студент устанавливает значение сопротивления согласно номеру варианта, заданному преподавателем. Результаты моделирования записываются в файл, содержащий значения температуры по тактам
времени. Каждый вариант предусматривает снятие четырех кривых разгона: при двух различных значениях сопротивления, при включенном, а
затем при выключенном вентиляторе. Результатом работы являются не
менее 24-х различных кривых разгона, полученных на всех рабочих
станциях из разных начальных условий. Затем требуется выполнить
сглаживание экспериментальных кривых разгона.
Лабораторная работа №2 «Решение задач структурной и параметрической идентификации нагревательной установки по кривой разгона». В ходе данной лабораторной работы необходимо произвести
структурную и параметрическую идентификацию статической и динамической характеристик объекта. Исходной гипотезой о модели статической характеристики объекта является обратная линейная зависимость.
После оценки параметров линейной зависимости студенты должны проверить исходную гипотезу о линейности путем сравнения результатов
расчета с результатами, полученными на других рабочих станциях.
Должна быть найдена оценка точности линейного приближения статической характеристики.
Лабораторная работа №3 «Исследование системы автоматического
управления (САУ) процессом нагрева с цифровым пропорциональноинтегральным (ПИ) регулятором». Включает следующие этапы:
1. Cоставление дискретной модели процесса, соответствующей непрерывной модели.
2. Разработка среды для моделирования системы управления.
3. Выбор настроечных параметров цифрового регулятора.
4. Исследование влияния производственных ограничений на качество
управления и на выбор настроечных параметров регулятора.
Методика проведения цикла лабораторных занятий. Каждая лабораторная работа может быть разделена на законченные части, при этом
каждая часть рассматривается на отдельном занятии. В начале каждого
занятия преподаватель излагает постановку задачи, записывая на доске
основные формулы, изображая основные схемы и графики. Преподаватель может также в ходе объяснения демонстрировать студентам на
экране компьютера результаты моделирования, сложные схемы и т.п.
Целесообразно также перед выполнением лабораторной работы №1 продемонстрировать студентам, как нужно пользоваться программным обеспечением, имитирующим процесс нагрева материала в печи.
На лабораторное занятие преподаватель выдает студентам распечатки
методических указаний. В электронном виде все методические указания
доступны для студентов (доступ для просмотра и копирования), они хранятся на файловом сервере в папке преподавателя.
167
В начале каждой части методических указаний приведены необходимые теоретические сведения. Их студент должен изучить вне занятия при
подготовке к выполнению лабораторной работы или при подготовке к ее
сдаче (в конце методических указаний по каждой работе приведен список
контрольных вопросов). На занятии же, уяснив постановку задачи, студент сразу начинает работу на ЭВМ. В каждой части методических указаний после изложения теоретических сведений кратко перечисляются
этапы выполнения работы, а затем подробно рассматривается пример,
который студентам рекомендуется воспроизвести на занятии в процессе
освоения методики (при этом формулы и тексты программ, которые
необходимо набрать в среде MathCAD, в методических указаниях выделены цветом). Затем следует осуществить привязку методики к исходным
данным, заданным номером варианта (рабочей станции) или (в зависимости от конкретной работы) рассчитанным в результате выполнения
предыдущих лабораторных работ. Освоив методику на контрольном
примере, остальную часть работы студент сможет выполнить самостоятельно: «привязать» методику к своим исходным данным, выполнить дополнительные задания, изучить теоретические сведения, ответить на контрольные вопросы и подготовить отчет (требования к отчету приводятся
в конце методических указаний к каждой из лабораторных работ).
Критерии оценки выполнения лабораторных работ. Лабораторная
работа оформляется в виде файла, созданного в любой среде для научных
и инженерных расчетов (MathCAD, Matlab, Maple) и устно защищается
студентом при собеседовании с преподавателем. Студент должен знать
ответы на контрольные вопросы, приведенные в методических указаниях.
В КТИ ВолгГТУ действует система рейтингового контроля. Для каждой лабораторной работы данного комплекса установлен определенный
срок сдачи, а также максимальный, минимальный и средний баллы
(средний балл определяется как среднее арифметическое между максимальным и минимальным баллами). Если студент сдает работу вовремя,
то он получает за нее максимальный балл. Если студент без уважительной причины сдает работу на одно занятие позже, чем требуется, то он
получает средний балл. Если еще позже – минимальный балл.
Заключение. В разработке использованы результаты, полученные на
кафедре АСОИУ КТИ ВолгГТУ и изложенные в [1], [2], [3]. Комплекс
лабораторных работ внедрен в учебный процесс в КТИ ВолгГТУ.
Список литературы
1. Крушель Е.Г., Степанченко И.В. Программный комплекс для исследования цифровых
систем управления с информационным запаздыванием // Датчики и системы, №11, 2002, с.
12 – 15.
2. Крушель Е.Г. Учебно-методический комплекс по дисциплине «Основы теории управления» // Известия ВолгГТУ, серия «Новые образовательные технологии обучения в вузе»,
№3, 2003, T.9 – с. 163 – 166.
3. Крушель Е.Г. Компьютерная поддержка изучения задач оценки состояния и управления
дискретными динамическими системами. Идентификация систем и задачи управления //
Труды II Международной конференции, Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова. – М, 2003. – с. 2578 –2596.
168
УДК 681.2.002
ПОДХОД К МОДЕЛИРОВАНИЮ ЭМОЦИЙ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ
Розалиев В.Л.
Волгоградский государственный технический университет
Тел. (8442) 24-14-81, e-mail: rozaliev_v@mail.ru
Создание конкурентоспособных продуктов, учитывающих желания и
настроение пользователей, является важной задачей для любой компании. [2] Создание эмоционально-ориентированного интерфейса может
решить эту задачу. [1] В данной работе приведена модель пользователя,
учитывающая его эмоции.
Модель пользователя, учитывающая его эмоциональное состояние,
представима: M=<X, Y, Z, P, f1, f2>, где X – множество входов; Y – множество выходов (эмоций); Z – множество воздействий; Р – это множество
параметров корректирующих зависимость входов от выходов; f1, f2 –
функции переходов f1: X  P  Z  Y, f2: X  P  Z  Z.
Под множеством входных параметров понимается: Х = (х1,х2,х3,х4,х5)
– множество параметров восприятия, где х1 – цвет х1={красный, желтый,
коричневый, синий, зеленый, фиолетовый, серый, белый, черный}; х 2 –
звук (музыкальное сопровождение) х2={быстрый тепм+минорная окраска, быстрый тепм+мажорная окраска, медленный темп+минорная окраска, медленный тепм+мажорная окраска}; х3 – частота звука х3={альфаволны, бета-волны}; х4 – параметры мыши х4={угол перемещения, расстояние перемещения}; х5 – параметры клавиатуры х5={время ввода символа, среднее время ввода (математическое ожидание), отклонение от
среднего (дисперсия), изменение скорости набора (разность между соседними временными интервалами, длящимися между отдельными нажатиями)}.
Выходными параметрами модели являются эмоциональное состояние
пользователя. Y=(y1, y2, y3, y4, y5, y6), где y1 – страх; y2 – грусть; y3 – гнев;
y4 – стыд; y5 – радость; y6 – бесстрашие.
Зависимость между входными параметрами и выходными не всегда
однозначна. Большое влияние на нее оказывают следующие параметры
Р = <К, M, Т, I>, где К – культурные особенности пользователя; М –
пол пользователя; Т – время действия стимулов; I – игровые параметры
(индивидуально-психологические особенности).
Список литературы
1. Базельцева И.А., Заболеева-Зотова А.В., Пастухов А.Ю. The emotional oriented interface software researching \\ Interactive Systems: The Problems of Human-Computer Interaction”.-Proceedeng of the Interactionol Conference, 23-27 september 2001.-Ulianovsk,2001.
2. Toward computers that recognize and respond to user emotion. - [Электронный
ресурс].
[2000].
Режим
доступа:
http://www.research.ibm.com/
journal/sj/393/part2/picard.pdf
169
УДК378.02:372.8
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СОЗДАНИЯ
ЭЛЕКТРОННЫХ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
Савкин А. Н., Захаров Е. А., Приходьков К. В.
Волгоградский государственный технический университет
Тел./факс: (8442) 70-29-34, e-mail: tfpic@vstu.ru
Современные условия развития российского общества выдвигают новые требования к содержанию и организации профессиональной подготовки будущего специалиста. Для повышения ее качества актуальными
являются вопросы улучшения процесса обучения.
Одно из приоритетных направлений совершенствования учебного
процесса заключается в применении дистанционных средств обучения
(ДСО), что обусловлено, прежде всего, оснащением образовательных
учреждений мощной компьютерной техникой.
Активная работа по созданию и внедрению в учебный процесс компонентов ДСО ведется в ВолгГТУ на факультете подготовки инженерных кадров (ФПИК), который организует подготовку дипломированных специалистов по очной и очно-заочной формам обучения. В рамках этой работы в
2005 г. в Волгоградском государственном техническом университете была
создана мультимедийная лаборатория. В число основных задач лаборатории
входит разработка и распространение электронных учебно-методических
комплексов (ЭУМК), учебных пособий и других электронных ресурсов.
Необходимость разработки ЭУМК обусловлена спецификой обучения
на ФПИК. Так, программа заочного образования предусматривает объем
аудиторных занятий (лекций, практических и лабораторных занятий) в
несколько раз меньший, чем на дневных отделениях. Отсюда – ограниченные возможности получения знаний и, как следствие, – порой недостаточно высокий уровень и качество подготовки студента, обучающегося по заочной форме, в сравнении со студентами-очниками.
Структура разрабатываемых на факультете ЭУМК определяется «Методикой применения дистанционных образовательных технологий (дистанционного обучения) в образовательных учреждениях высшего, среднего и дополнительного профессионального образования Российской
Федерации», утвержденной приказом Минобразования России от
18.12.2002 № 4452, а также "Порядком разработки и использования дистанционных образовательных технологий", утвержденным приказом
Минобрнауки России от 10 марта 2005 г. № 63.
В соответствии с указанными нормативными документами разрабатываемые ЭУМК включают: блок организационно-справочных материалов, блок учебно-методических материалов и коммуникационный блок.
Основную информационную нагрузку несет на себе блок учебнометодических материалов, состоящий из обязательных и дополнительных
элементов.
170
К числу обязательных элементов относятся:
 руководство по изучению дисциплины;
 программа курса;
 учебное пособие, учебник, хрестоматия или конспект лекций;
 методические указания по выполнению самостоятельной работы;
 сборник тестовых заданий.
Дополнительно ЭУМК может содержать:
 презентации по дисциплине;
 мультимедиа и интерактивные материалы;
 видео-лекции;
 виртуальные лабораторные работы;
 материалы справочного характера или нормативные документы.
В руководстве по изучению дисциплины приводятся общие сведения о
дисциплине и авторах – разработчиках ЭУМК. На наш взгляд, руководство по изучению дисциплины должно содержать общее описание и сведения о дисциплине, сведения о разработчиках (кафедра-разработчик, список
авторов дисциплины, фото каждого автора, адрес электронной почты), требования к входным и итоговым компетенциям по дисциплине, примеры и
сферы возможного применения, перечень обязательных и рекомендуемых
литературных источников.
Программа курса формируется на основе государственного образовательного стандарта специальности и рабочей программы по данной дисциплине, утвержденной ректором ВолгГТУ.
Для обеспечения поиска документа в информационной образовательной среде ВолгГТУ необходимо включать в ЭУМК свойства предоставляемого файла (метаданные).
Основным элементом ЭУМК, позволяющим студенту самостоятельно
освоить изучаемую дисциплину, являются учебное пособие, учебник,
хрестоматия или конспект лекций, представляющие собой изложение
учебного материала дисциплины в соответствии с программой курса.
Тексты для чтения должны, в достаточной для успешного обучения мере,
освещать вопросы по каждой теме и соответствовать структуре курса.
Особое внимание уделяется выполнению самостоятельной работы,
которая представляет собой задание, соответствующее учебному плану.
К ней могут быть отнесены: контрольные или курсовые работы, практикумы, доклады, рефераты, эссе, отчеты, расчеты, задачи и т.п.
Общая постановка задания для размещения в ЭУМК должна быть
краткой и описывать процесс выбора варианта, описание варианта и
ожидаемый результат выполнения задания. Обязательной составляющей
этой части ЭУМК является методика выбора варианта для самостоятельной работы. Мы считаем целесообразным, что в условиях отсутствия
непосредственного контакта преподавателя и обучающегося, выбор варианта необходимо осуществлять с привязкой к уникальному номеру зачетной книжки студента (например, по сумме трех последних цифр зачетной
книжки);
171
Для проверки хода результатов теоретического и практического усвоения студентами учебного материала в ЭУМК включается блок тестовых
заданий.
В ходе подготовки ЭУМК преподавателем предоставляются следующие комплекты тестов:
 для самопроверки по каждой теме или группе тем;
 для промежуточного контроля не менее 2 комплектов;
 один комплект для экзамена.
Рекомендуется использовать в тесте следующие типы вопросов:
Таблица 1
Рекомендуется использовать в тесте
для промежуточного
для самопроверки
для экзамена
контроля
да/нет
+
один из многих
+
+
+
несколько из многих
+
+
+
Соответствие
+
+
+
Упорядочение
+
+
+
поле ввода
+
+
+ рекомендуется; - не рекомендуется;
Тип вопроса
В ЭУМК рекомендуется включать презентации (одну обзорную по
всей дисциплине и одну детальную по каждой теме дисциплины). Приветствуется также мультимедиа и интерактивные материалы.
Важным вопросом при разработке ЭУМК является обеспечение взаимосвязи его элементов. Так, при предоставлении материала несколькими
файлами со сложной структурой требуется описать их одним объединяющим файлом. В нем следует привести структуру ЭУМК с указанием
имени файла, содержащего конкретный элемент ЭУМК.
Каждая структурная единица ЭУМК должна быть оформлена с использованием одинаковых значений параметров форматирования и разметки.
Организационно-справочный материал содержит общие сведения об
организации учебного процесса на заочном отделении, описание специальности, порядок пользования предоставляемым комплексом.
Коммуникационный блок включает информационный комплекс,
обеспечивающий взаимодействие студента и преподавателя. Для этого
комплекс содержит контактную информацию (телефоны деканатов и выпускающих кафедр, электронные и почтовые адреса университета), а
также схемы проезда к учебным корпусам ВолгГТУ.
К настоящему времени на ФПИК сформирован банк ЭУМК, насчитывающий более 200 наименований дисциплин заочного отделения. Для
удобства пользования дисциплины сгруппированы по курсам обучения и
по специальностям. В тираж вышли 6 таких комплексов: для 1 и 2 курсов
заочного отделения; для 1 курса заочно-сокращенной формы обучения;
комплексы по специальностям «Автомобили и автомобильное хозяйство»,
«Технология машиностроения» и экономическим специальностям второго
высшего образования.
На рис. 1, 2 показаны различные элементы разработанных комплексов.
172
Рис. 1 Программа учебной дисциплины «Культурология»
Рис. 2. Пример таблицы вариантов.
173
УДК 378.147.157
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
РЕЗУЛЬТАТОВ КОМПЬЮТЕРНОГО ТЕСТИРОВАНИЯ
ДЛЯ ИТОГОВОЙ АТТЕСТАЦИИ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ
Савкин А.Н., Крохалев А.В., Декатов Д.Е.
Волгоградский государственный технический университет
тел/факс: (8442)70-29-34, E-Mail: tfpic@vstu.ru
Внедрение компьютерных технологий в процесс обучения подразумевает широкое использование тестирования, которое, как правило, проводится в несколько этапов по мере освоения студентами изучаемой дисциплины. Подобная ситуация приводит к необходимости разработки методики пересчета результатов тестирования в итоговую оценку по дисциплине, необходимую для окончательной аттестации каждого студента.
С целью разработки общего подхода к решению этой проблемы был
проведен статистический анализ результатов тестирования, проведенного в
трех группах студентов общей численностью 58 человек с использованием
имеющейся АКОС «Технология материалов» по пяти разделам курса:
«Свойства металлов и сплавов», «Металлургия», «Литейное производство», «Обработка металлов давлением», «Сварка». В качестве критериев
усвоения студентами материала перечисленных разделов (переменных X1,
X2, X3, X4 и X5 соответственно) использовалось количество правильных
ответов, сделанных тестируемыми без использования встроенной в программу справочно-обучающей системы, на 10 вопросов из базы, содержащей от 50 до 100 вопросов, охватывающих все основные темы соответствующих разделов. В качестве интегральной оценки усвоения курса (переменная Y) рассматривалось число баллов, полученных студентом на экзамене в ходе сессии. Обработка результатов производилась с применением стандартных процедур математической статистики, реализованных в
системе STATGRAPHICS Plus for Windows.
В ходе обработки было установлено, что распределения результатов
контроля по всем разделам курса с доверительной вероятностью 95%
может быть признано нормальным (рис.1).
Результаты анализа свидетельствуют, что уровень усвоения материала
большинством студентов в течение семестра оказывается достаточным
для правильного ответа в среднем на 7–8 вопросов из 10 предложенных.
Вместе с тем, достаточно высокий разброс результатов тестирования
свидетельствует о значительной неравномерности в уровне знаний отдельных студентов.
В табл.1 приведены коэффициенты парной корреляции между рассматриваемыми переменными. В данной таблице первое число является
коэффициентом корреляции, второе (под первым) представляет количество наблюдений, а третье – уровень значимости, с которым данный коэффициент может быть признан статистически значимым. Из представленных данных следует, что с доверительной вероятностью более 95%
174
(при уровне значимости менее 0,05) можно считать связанными друг с
другом следующие переменные X1 и X4, X1 и Y, X2 и X3, X2 и X4,
X2 и X5, X2 и Y, X3 и Y, X4 и Y.
Рис.1. Распределения результатов тестирования знаний студентов по разделам курса
«Технология материалов»:
X1 - «Свойства металлов и сплавов»,
X2 - «Металлургия»,
X3 - «Литейное производство»,
X4 - «Обработка металлов давлением»,
X5 - «Сварка».
Рассмотрение списка связанных стохастической связью переменных
позволяет сделать вывод, что они образуют единый граф корреляционных связей и имеет место четко выраженная тенденция к одновременному увеличению каждой из рассматриваемых переменных при увеличении значения любой из них. Обнаруженная закономерность свидетельствует о том, что с повышением уровня подготовки студента по дисциплине закономерно повышаются как результаты тестирования с помощью АКОС, так и итоговая оценка, полученная им на экзамене.
175
Таблица 1. Результаты корреляционного анализа
X1
X1
X2
X3
X4
X5
Y
0.0490
(58)
0.7150
-0.0376
(58)
0.7795
0.3152
(58)
0.0159
0.0400
(58)
0.7658
0.3668
(58)
0.0046
X2
0.0490
(58)
0.7150
0.3291
(58)
0.0117
0.3046
(58)
0.0201
0.5161
(58)
0.0000
0.2702
(58)
0.0402
X3
-0.0376
(58)
0.7795
0.3291
(58)
0.0117
0.1297
(58)
0.3318
0.0737
(58)
0.5827
0.3214
(58)
0.0139
X4
0.3152
(58)
0.0159
0.3046
(58)
0.0201
0.1297
(58)
0.3318
0.1661
(58)
0.2128
0.4932
(58)
0.0001
X5
0.0400
(58)
0.7658
0.5161
(58)
0.0000
0.0737
(58)
0.5827
0.1661
(58)
0.2128
Y
0.3668
(58)
0.0046
0.2702
(58)
0.0402
0.3214
(58)
0.0139
0.4932
(58)
0.0001
0.2240
(58)
0.0909
0.2240
(58)
0.0909
Для выявления связи между рейтинговой оценкой знаний, полученной
на экзамене, и результатами тестирования с использованием АКОС использовали множественный регрессионный анализ с процедурой пошагового исключения из модели статистически незначимых коэффициентов.
В результате было получено уравнение регрессии:
Y=-39.6543+2.27522*X1+2.82328*X3+2.64359*X4,
с доверительной вероятностью 99% отражающее взаимную зависимость между
рассматриваемыми переменными. Согласно проведенному расчету построенное
уравнение описывает 37,0805% изменчивости системы и имеет стандартную
ошибку предсказания 7,74791. Полученные результаты (см. рис. 2) отражают
большую долю случайности в экзаменационной оценке, связанную на наш
взгляд с ограниченным количеством вопросов в экзаменационных билетах, что
является явным недостатком традиционного метода итоговой аттестации.
Обнаруженные
в
Предсказание
ходе исследования ста50
тистические связи сви40
детельствуют о том,
30
что перерасчет резуль20
татов тестирования в
10
итоговую оценку по
0
дисциплине в принципе
0
10
20
30
40
50
возможен, но требует
Наблюдение
на начальном этапе
Рис.2. Графическое отображение аппроксимирующих внедрения новой техсвойств уравнения множественной регрессии
нологии
проведения
также и традиционных форм аттестации (зачетов и экзаменов) с целью
сбора статистического материала, обработка которого позволит обоснованно назначить коэффициенты удельного веса вклада оценок по отдельным тестам в итоговую оценку.
176
УДК 681.2.002
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА И ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛИ
НА НАЧАЛЬНЫХ ЭТАПАХ ИНЖЕНЕРНОГО АНАЛИЗА
Сенин Е.В, Жукова И.Г.
Волгоградский государственный технический университет
Тел: (8442)23-42-46, E-mail: h31337@mail.ru
Построение модели для проведения инженерного анализа во многом
зависит от опыта и знаний инженера и является слабоформализованной
задачей, решение которой возможно на основе использования современных технологий и средств представления и обработки знаний.
Одним из способов разрешения данной проблемы является применение качественной модели, не требующей точной количественной информации и описывающей качественные состояния моделируемого объекта в
критических точках и на интервалах.
Предлагается использование комплексной качественной модели, соединяющей в себе достоинства моделей с высоким и низким уровнем дискретизации.
При использовании качественного моделирования по качественной модели объекта и начальному состоянию можно породить (предсказать) все
возможные его поведения. Эти качественные поведения образуют т.н. дерево
поведений - ориентированный граф, вершинами которого являются качественные состояния системы, связи представляют причинно-следственные
отношения между непосредственно следующими друг за другом состояниями.
Дерево поведений системы определяет, какие явления, в какой последовательности и при каких соотношениях параметров (в каких областях
пространства состояний) могут иметь место в системе.
На начальном этапе инженерного анализа (препроцессинге) возникает
необходимость в подсистеме, которая по заданному описанию системы –
по структуре объекта (механизма), определяет какие процессы или явления будут происходить внутри. Это позволит уже на начальном этапе ответить на вопрос о целесообразности моделирования системы (при инженерном анализе методом конечных элементов - позволит определить тип
контактной пары и процессы, происходящие при этом: пластическое течение, при ударе может иметь место большая остаточная деформация и
т.д.) или даст ряд признаков для дальнейшего принятия решения при выполнении расчета, позволяющего определить, какой непосредственно вариант поведения реализуется.
Для упрощения интерпретации модели стоит также отметить необходимость редуцирования получаемого дерева поведений, т.к. оно является
очень обширным и сложным для понимания. Такое огромное количество
состояний образуется декартовым произведением разных значений всех
качественных переменных, а их даже у небольшой системы оказывается
не так уж и мало.
177
УДК 681.2.002
МОДУЛЬ ВЫДАЧИ ЗАДАНИЙ MULTIEXERCISE ДЛЯ СИСТЕМЫ
ДИСТАНЦИОННОГО ОБРАЗОВАНИЯ MOODLE
Сычев О.А., Нгуен Хоай Ань
Волгоградский государственный технический университет
Тел. 89053964560, E-mail: sychev@vlink.ru
При обучении по многим предметам темы семестровых или курсовых
работ могут сильно различаться между собой (например при написании
реферата или разработке программы). В этом случае безличная выдача
заданий студентам по номеру в зачетной книжке, часто встречающаяся на
заочном отделении, неэффективна, так как подобные задания гораздо
лучше выполняются, если студент может выбрать наиболее интересную
ему тему работы. На очном отделении в этом случае обычно студентам
выдается список возможных тем работ, однако ввиду целого ряда причин
такая форма не применима для заочного обучения.
Дополнительную возможность организовать выбор студентами тем работ
в этом случае может дать использование дистанционных образовательных
технологий и сети Internet, однако средства для выдачи таких заданий отсутствуют в большинстве современных систем дистанционного образования
(СДО). Поэтому возникла необходимость доработки существующей СДО
для обеспечения возможности выбора тем семестровых и курсовых работ
студентами заочного отделения. Moodle (moodle.org) – одна из ведущих систем дистанционного образования в мире. Она распространяется в исходном
коде под лицензией GPL и обладает модульной структурой, поэтому ее легко
модифицировать для достижения необходимых результатов. Цель данной
работы – создание модуля выдачи заданий в виде списка вариантов.
Модуль MultiExercise позволяет преподавателю создавать список заданий с предоставлением его студентам для записи. Для каждого задания,
помимо описания, указывается минимальный и максимальный размер
рабочей группы студентов, выполняющей задание, а также максимальная
оценка и примерный объем работы. Система может быть настроена таким
образом, чтобы позволять или запрещать иметь одинаковые задания двум
студентам из одной группы или всего потока. Настраивается время
предоставления результата и максимальное количество попыток. За
опоздание и дополнительные попытки назначается штраф. Студенты могут просматривать список заданий и записываться на них, однако окончательное утверждение производит преподаватель (преподаватель может
также отклонить запись студента и записать студента на определенную
работу принудительно). После утверждения смена темы работы невозможна.
Итак, модуль выдачи заданий MultiExercise встраивается в систему
Moodle и может применяться при создании курсов дистанционного обра178
зования, что особенно удобно для заочного обучения. Планируется внедрение разработанного модуля на ФПИК ВолгГТУ.
179
УДК 681.2.
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ
РАЗВЯЗОК В СЛОЖНЫХ И СТЕСНЕННЫХ УСЛОВИЯХ
Фомин А.С., Иванов А.В.
Саратовский государственный технический университет,
E-mail: mts@forpost.ru
Последние десятилетия особо актуальна проблема строительства
транспортных развязок в стесненных условиях. Оптимального решения
до сих пор не найдено. Градостроители постоянно решают вопрос: спуститься ли под землю, или попытаться построить сложные путепроводы?
Но и в том и в другом случае практически невозможно производить
строительные работы без перекрытия движения. Путепровод должен вписываться в архитектурный ансамбль города. Тоннели и подземные переходы требуют переноса коммуникаций, а в условиях старого города это
сложно и дорого, приходится увеличивать глубину заложения сооружений,
что требует применения более сложных типов несущих конструкций.
Горные условия дополнительно усложняю конструктивные решения
(высокая ветровая нагрузка, сейсмика, избыточный расход материала на
массивные опоры и т.д.)
2/3 мостов изменяют существующее русло реки и усложняют движение водного потока через русловые опоры.
На большинство мостов
сильно влияет ледовая нагрузка, нагрузка от навала судов.
Несмотря на мощнейшее развитие антикоррозионной обработки и защиты материалов, русловые опоры до сих пор подвержены сильной коррозии.
Современное мостостроение широко применяет арочные и вантовые
конструкции, как наиболее эффективные и эстетические.
Напрашивается вывод об объединении этих систем в единую, способную воплотить в себе достоинства обоих вариантов
Арочные, вантовые и висячие мосты представляют собой сложную
геометрическую форму. Это мосты, в которых главными несущими элементами являются растянутые гибкие нити (тросовые кабели, цепи), поддерживающие с помощью подвесок балку жёсткости и передающие усилия на пилоны.
Пилоны бывают: П-образные, V-образные, С-образные, А-образные,
Н-образные.
Но в современном мостостроении не существует универсального пилона, подходящего одновременно под большинство необходимых требований. Стандартные пилоны невозможно располагать в уже существующей транспортной схеме города.
Основная цель данной работы – разгрузка пешеходных и транспортных потоков мегаполисов, за счёт разделения потоков, без ухудшения
эстетики существующей архитектуры и природного ландшафта.
Предлагается модифицированная конструкция пилона – IF-пилон®. (рис. 1).
180
Он представляет собой пространственную конструкцию – скрещенные между собой арки. Арки образуют жесткую конструкцию, пролётное
строение (возможен вариант расположения нескольких пролётных строений в разных уровнях и направлениях) расположено между сопряжением
арок и крепится к пилону с помощью подвесок или вант. Подвески или
ванты располагаются под углом к пролётному строению, образуя тем самым геометрические фигуры типа гипар. Арки могут быть выполнены из
металла, железобетона, сталежелезобетона.
Рис. 1. Общий вид конструкции IF-пилона®
IF-пилон® может использоваться на :
 Реках;
 Транспортной развязке;
 Как пешеходный переход через препятствие (река дорога и т.п.);
 Как пешеходный переход на площади;
 Через горные ущелья, овраги.
Достоинства конструкции моста с использованием IF-пилона®:
1. Небольшая высота пилона (до 50 метров вместе с опорой) и его решётчатая структура позволяют избежать больших аэродинамических воздействий.
2. Расположенные на расстоянии друг от друга «ноги» пилона позволяют:
 разместить его в уже построенной транспортной развязке;
 давление от пилона, передающееся на грунт, не передаётся на
участки давления соседних фундаментов, позволяя избежать избыточного давления на грунт, и уменьшает возможность просадки грунта, как под
самими опорами, так и под соседними сооружениями.
3. Возможность размещения в горной местности, с расположением
опор в разных уровнях, не влияя на уровень проезжей части.
4. Малая подверженность сейсмическим воздействиям, в связи с достаточной гибкостью.
5. Хорошая видимость при использовании конструкции IF-пилона в
транспортных развязках, т.е. отсутствие так называемого «тоннельного
эффекта».
181
Рис.2. Общий вид пешеходной развязки
6. Отсутствие промежуточных опор позволяет не менять руслового
потока в реках, и избежать воздействия навала судов и ледовой нагрузки.
7. Возможность установки пролётных строений в разных уровнях и
направлениях.
8. Строительство моста с использованием конструкции IF-пилона® в
черте города позволяет избежать стеснения движения транспорта. (Рис.
3)
9. Возможность установки дополнительных сооружений (ресторанов,
торговых центров, смотровых площадок) между пролётным строением и
арками.
10.Высокая эстетичность, позволяющая вписать мост с конструкцией
IF-пилона® как в старый город, так и в современный мегаполис, не нарушаю существующей эстетики окружающего пространства. (Рис.2)
Рис.3. Общая схема пешеходной развязки в условиях существующего города
Данная конструкция в дальнейшем будет совершенствоваться с экономической, эстетической точек зрения, а также с точки зрения надёжности.
Строительство моста с применением IF-пилона® способно разгрузить
особо сложные транспортные схемы старых мегаполисов, таких как
Москва, Санкт-Петербург, Берлин, Париж и др.
Пройдут годы. Далеко вперед уйдет развитие техники и технологий. А
мосты, как и многие другие достижения современности, останутся одной
из примет времени – начала XXI века.
182
УДК 681.3:378.147
КОМПЬЮТЕРНОЕ СОПРОВОЖДЕНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ
РАБОТЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «АЛГЕБРА И ГЕОМЕТРИЯ»
ПРИ ПОДГОТОВКЕ ИНЖЕНЕРОВ-СИСТЕМОТЕХНИКОВ
Худайназарова Т.С.
Волгоградский государственный технический университет
Излагаются результаты разработки компьютерного сопровождения
дисциплины «Алгебра и геометрия». Основой теоретической базы компьютерного сопровождения является лекционный материал, читаемый
преподавателями кафедры «Высшая математика», а в основу практической базы – семестровые работы, выдаваемые преподавателями на самостоятельное выполнение студентами.
Компьютерное сопровождение выполнено в виде учебнометодического комплекса, состоящего из 5 глав.
Актуальность темы обусловлена ростом неудовлетворительных оценок по данной дисциплине. Проанализировав статистические данные
успеваемости студентов с 2002 по 2006 гг. по данной дисциплине, был
выявлен рост количества студентов неуспевающих по этой дисциплине.
Последствия плохого усвоения предмета «Алгебра и геометрия» проявляются в плохом понимании такого предмета как компьютерная графика.
Компьютерное сопровождение реализовано в среде MathCad. Выбор
данной среды обусловлен тем, что такие математические пакеты как Mapl,
MatLab, Mathematica имеют, с точки зрения пользователя, неудобный интерфейс, предполагающий построчный ввод команд и использование не классической записи формул, а в виде команд. Таким образом, не подготовленному
пользователю работать с такими системами крайне затруднительно. На фоне
этих систем MathCad имеет ряд неоспоримых преимуществ:
- пользователь электронной книги может копировать ее фрагменты в
свои документы;
- каждая страница электронной книги - полноценный документ
Mathcad с реально действующими расчетами и возможностью изменения
параметров;
- электронная книга имеет содержание, предметный указатель и развитую систему навигации, реализованную гиперссылками;
- для перехода от страницы к странице книги используется специальная панель навигации;
- возможно использование функции поиска;
- есть возможность полнотекстового ввода;
- пользователь может делать и сохранять заметки на страницах электронной книги.
Структура электронного учебника. Компьютерное сопровождение имеет
иерархическую структуру (рис 1). Сопровождение состоит из 5 разделов. С помощью системы навигации можно перейти от этих разделов к листам с задачами.
Раздел 1. «Аффинные преобразования точки на плоскости». В этом
разделе выведены матрицы аффинных преобразований и примеры работы
183
с ними. С помощью элементов управления показана зависимость положения точки от различных параметров.
Раздел 2. «Прямая на плоскости.». В разделе
рассматриваются различные
уравнения, описывающие прямую. Исследуется зависимость положения прямой от
параметров
уравнения, описывающих его.
Типовые задачи.
Рис. 1. Структура электронного учебника
Раздел
3.
«Кривые и поверхности второго порядка на плоскости и в пространстве».
Приведены уравнения, описывающие кривые второго порядка и исследования формы отдельных кривых по их уравнению. также рассматривается
метод сечений сложных поверхностей: параболоид, эллипсоид, гиперболоид однополостной и двуполостной, цилиндр.
Раздел 4. «Прямая и плоскость в пространстве». В разделе описываются уравнения прямой и плоскости в пространстве. Приведены решения
типовых задач на вывод определенных видов уравнений.
Раздел 5. «Матричная и векторная алгебра». На примере поиска характеристик и параметров параллелепипеда рассматриваются матричные и векторные
операции. Приведен подробный алгоритм некоторых матричных операций.
Применение средств Mathcad для решения задач математического анализа. При рассмотрении задач математического анализа в электронном
учебнике были использованы следующие составляющие пакета Mathcad:
- символьные вычисления для предварительного получения точного
ответа решаемой задачи;
- символьные преобразования для упрощения сложных выражений и
ускорения процесса подстановки и замены;
- панель программирования для более детального рассмотрения вычислительных процессов;
- элементы управления для наглядного представления динамики изучаемых процессов;
- графические средства Mathcad для проведения анализа изучаемых
процессов.
Заключение. В разработке использованы материалы, полученные на
кафедре ВМ КТИ ВолгГТУ. Компьютерное сопровождение внедрено в
учебный процесс в КТИ ВолгГТУ.
Список литературы.
1. Петрова Л. М. Курс лекций по дисциплине «Алгебра и геометрия» (рукопись).
2. Дьяконов В. Mathcad 8/2000:Спец справочник //СПб: Питер 2001, с.23, 27.
184
УДК 681.3.069:378.147
РАЗРАБОТКА ОБУЧАЮЩЕЙ ИГРЫ
ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ЯЗЫКОВ ПРОГРАММИРОВАНИЯ
Шабалина О.А., Сычёв О.А., Тарасенко А.В., Ефанов П.А.
Волгоградский Государственный Технический Университет
Тел. (8442) 234246, E-mail: Shabalina@cad.vstu.ru
Появление новых форм обучения, внедрение дистанционных технологий основано на применении в процессе обучения автоматизированных обучающих систем. Но обучение с использованием таких систем не
всегда оказывается эффективным, в том числе потому, что не вызывает
особого интереса. Поэтому многие научные публикации посвящены проблемам повышения мотивации к обучению.
Эффективным способом повышения мотивации к обучению является
включение в обучение различных игровых компонентов. В настоящее время создано огромное количество обучающих игр. В основном они направлены на обучение детей. Обучение в таких играх, как правило, носит второстепенных характер. Процесс мышления у взрослого человека отличается от детского. Для обучения взрослого человека с помощью игры эффективнее изначально определится чему и как его учить, а потом разрабатывать концепцию игры.
Любая обучающая система должна иметь механизмы для обеспечения
трех компонентов процесса обучения: изучение теоретической информации, приобретение практических навыков по использованию теории, проверка и оценка уровня полученных знаний. В отличие от обучающей системы игра не должна включать явных обучающих элементов, но при этом,
чем больше знаний осваивается в процессе, тем интереснее должно быть
игроку! Таким образом, игрок обучается, даже не осознавая этого. Знания и
практические навыки, усвоенные в игровом процессе, лучше закрепляются.
Разработка конкретных механизмов обучения, очевидно, зависит от изучаемой предметной области.
В качестве предметной области авторами выбрано изучение языков
программирования. Такой выбор обусловлен тем, что изучение языков
программирования включает в себя не только изучение синтаксиса и
разработки алгоритмов, но и приобретение навыков в их практическом
применении. Таким способом можно обучить программированию человека, ранее не встречающегося с данным видом деятельности. В то же
самое время, начинающие программисты, получив такой механизм обучения кодированию, существенно повысят свои навыки и закрепят имеющиеся у них знания! В силу того, что игрок будет получать программистские знания постепенно, по мере прохождения игры, он, возможно,
станет обращаться к дополнительным источникам информации (книги,
Интернет), чтобы получить преимущество, расширяя свои познания, как
программист!
185
Авторами разработана концепция игры, обучающей языкам программирования, и механизмы обучения, развития навыков и тестирования. В
процессе игры игрок управляет поведением главного героя. Главный герой является составным объектом («трансформером»), состоящим из кубиков, и способным принимать разные формы. Главный герой существует в виртуальном мире, жизнь в котором требует преодоления препятствий и выполнения заданий. В процессе игры игрок получает сведения о
синтаксисе языка и технологиях программирования, причем каждая игровая ситуация требует освоения каких-либо информационных элементов курса. Встречающиеся на пути главного героя персонажи могут
предоставлять соответствующие сведения о разделах курса, изучение и
применение которых поможет игроку продвинуться дальше. Полученные
знания игрок может применить в процессе программирования формы
главного героя из кубиков и поведения других персонажей игры, оказывающих помощь главному герою. Программирование формы главного
героя дает возможность принимать оптимальную форму для решения текущих игровых задач. Программирование других персонажей дает возможность получение помощи при выполнении игровых заданий. После
написания управляющего кода персонажа игрок не может оказывать
прямого влияния на его поведение. Эффективность написанного кода
определяет эффективность поведения персонажа. Неразумное поведение
персонажей будет подталкивать игрока к модификации программного
кода. Возможно программирование как отдельных персонажей, так и целых групп. Кроме того, в процессе выполнения заданий игрок может
сталкиваться с различными препятствиями, которые можно либо преодолеть, либо обойти, потратив на это дополнительное время. Но преодоление препятствий потребует знаний и навыков программирования. Таким
образом, знания приобретаются в ходе игры и делают ее на порядок интереснее.
Для тестирования дополнительно разработаны и реализованы миниигры. Игры для обучения синтаксису языка основаны на идее построения
синтаксически правильных цепочек языка из отдельных лексем языка.
Использованы известные игры, такие как Lines, Snake, Memory, сохранен
геймплей этих игр, но в качестве объектов игры выступают лексемы языка программирования. В игре Lines из очереди лексем нужно строить отдельные синтаксически правильные цепочки языка. В игре Snake нужно
разработать алгоритм и построить код решения задачи из лексем. В игре
Memory игрок играет в карты, на лицевой стороне которых изображены
лексемы языка. Эти мини-игры могут использоваться как самостоятельно, так и в качестве модулей внешнего тестирования в игре.
Авторы считают, что в данной работе новым является подход к обучению языкам программирования, использующий игровые компоненты.
Такой подход позволяет получить и развить навыки программирования в
игровой среде, что позволит повысить мотивацию к обучению.
186
ББК 74.58
О-61
ОПИСАТЕЛЬНАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
УЧЕБНЫМ ПРОЦЕССОМ ВУЗА (НА ПРИМЕРЕ КТИ ВолгГТУ)
Эпов А.А., Кухарева Л.И.
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
Тел.(844-57) 3-40-19. Fax (844-57) 3-43-62. E-mail: ivt@kti.ru
Управление учебным процессом вуза можно рассматривать на различных уровнях, характеризующих масштабы поставленных целей и
перспективы развития. Масштабы целей определяют глубину реформ образовательных структур или их подразделений, а также видов их деятельности по различным направлениям вследствие воздействий со стороны управляющих органов подсистем или всей системы образования в целом. Перспективы развития характеризуются долгосрочностью планирования и прогнозирования процессов, отражающих положительный эффект управления. В этом аспекте можно выделить три уровня: общее
управление образованием; управление учебным процессом на уровне вуза; оперативное управление [1].
Общее управление всеми видами образования в России осуществляется на уровне Минобразования Российской Федерации с привлечением
Учебно-методических объединений вузов по различным направлениям
образования посредством выработки стандартов по направлениям, специальностям. Система управления учебным процессом вуза решает следующие задачи:
1. Систематический анализ банка данных контингента работников
вуза в целях совершенствования повышения их квалификации.
2. Обслуживание приемной кампании, учет контингента студентов.
3. Подготовка ежегодных планов проведения курсовых мероприятий
с учетом предложений факультетов и кафедр.
4. Формирование учебных планов в соответствии с государственными стандартами.
5. Расчет совместно с деканатами учебной нагрузки преподавателей в
соответствии с учебным, штатным расписанием подразделений вуза.
6. Анализ работы деканатов факультетов и кафедр по организации
учебного процесса и выполнению учебной нагрузки сотрудниками вуза.
7. Определение фонда почасовой оплаты, распределение его по факультетам и контроль за его использованием.
8. Мониторинг управления и эффективности учебного процесса, прогнозирование развития образовательных услуг.
9. Подготовка аналитических материалов по учебной работе.
10.Систематический контроль за ходом учебного процесса на факультетах, его соответствием расписанию, за посещением занятий слушателями.
187
11. Отслеживание выполнения студентами учебной программы и мониторинг успеваемости, начисление стипендии, учет данных об оплате
обучения.
12. Контроль за своевременной подготовкой кафедрами и деканатами
факультетов учебно-нормативной и учебно-методической документации.
13.Распределение и контроль за эффективным использованием аудиторного фонда.
Управление учебным процессом на уровне вуза обеспечивается директором с учетом перспектив развития на несколько лет. При этом для
выработки "управляющих" воздействий директорат привлекает учебнометодическое объединение вуза, ученый совет, советы факультетов,
научно-методические советы, деканаты и кафедры. В частности, кафедры
и деканаты факультетов анализируют показатели учебного процесса и
предложения по его совершенствованию доводят до сведения советов
факультетов и научно-методических советов. Советы и НМС в результате обсуждения вырабатывают рекомендации по реформированию учебного процесса. Эти рекомендации рассматриваются на НМС вуза и при
подтверждении целесообразности утверждаются. Директорат разрабатывает директивные документы, предписывающие внесение определенных
изменений и дополнений в учебный процесс [2].
Оперативное управление учебным процессом в течение учебного года
осуществляется директоратом, деканатами факультетов и кафедрами.
Эффективное управление на этом уровне предполагает наличие постоянной обратной связи между указанными структурами и выходными параметрами, характеризующими качество обучения студентов (рис. 1).
Исходный
уровень знаний
Учебный
процесс
Контроль качества
обучения
Директорат
Деканаты
Кафедры
Рис. 1. Схема оперативного управления учебным процессом
Рассмотрим подробнее отдельные структуры управления их функции и
взаимодействие. Факультет является учебно-научным и административным
подразделением университета. Основными задачами факультета являются:
• подготовка специалиста, обладающего глубокими фундаментальными знаниями;
• непрерывное совершенствование учебной и воспитательной работы, повышение квалификации ППС, укрепление учебно-материальной базы;
Планирование работы факультета ведется на основе:
• учебных планов и программ по всем курсам специальностей и
188
направлений подготовки, образовательных стандартов;
• директивных указаний министерства, а также приказов и указаний
директората института.
Деканат является административным органом факультета, осуществляющим руководство работой всех его подразделений. Проанализировав функции
деканата, можно утверждать, что существуют информационные связи и документооборот между подразделениями вуза. Выходные документы одного подразделения являются входными для других и наоборот (табл.1).
Таблица 1.
Для последующего оформления приказом
директора
Проекты приказов по студенческому контингенту:
по продлению сессии;
переводу из групп в группу в пределах курса;
переводу с факультета на факультет;
назначению стипендии (по итогам каждой сессии);
переводу студентов с курса на курс (по итогам каждой сессии);
отчислению студентов (по различным причинам);
допуску выпускников к Государственным экзаменам и защите;
тематике, руководителям и рецензентам выпускных работ
бакалавров и дипломных работ инженеров.
2 Результаты течения сессии и конечные данные с учётом всех
сдавших и отчисленных студентов.
Для заместителя 1 Списки всех студентов факультета по группам;
директора по
2 Данные по задолжникам после каждой сессии;
учебной работе 3 Сведения о результатах текущего рейтингового контроля
Для декана
1 Списки всех студентов по группам;
факультета
2 Данные по отстающим и успевающим студентам;
3 Результаты задолженностей для переведённых и восстановленных студентов.
Для кураторов
1 Списки студентов курируемых групп (каждому куратору);
групп
2 Копии приказов по учебному процессу, продлению сессии, назначению стипендии;
3 Данные по каждой контрольной неделе с отметкой студентов, имеющих более двух задолженностей.
Для преподава- 1 Выдача всех ведомостей по зачётам, экзаменам, контрольтелей
ным неделям;
2 Данные по задолженностям студентов;
3 Разрешения на пересдачу экзаменов и зачётов.
Для студентов
1 Сверка всех оценок (по мере необходимости);
факультета
2 Работа с задолжниками.
1
-
Для индивидуальной оценки качества подготовки студента используется рейтинговая система, которая предназначена для повышения объективности и достоверности оценки уровня подготовки специалистов и
может быть использована в качестве одного из элементов управления
учебно-воспитательным процессом в вузе.
В течение специально запланированных контрольных недель деканатами отслеживается текущая успеваемость, а итоговая - по результатам
сессии. По первой и второй контрольным неделям преподавателями заполняются контрольные листы по каждой дисциплине с выставлением
текущих оценок в баллах. Итоговая зачетная или экзаменационная оцен189
ка выставляются в экзаменационной (зачетной) ведомости. Для каждой
студенческой группы выводятся сводная ведомость, в которой отражена
текущая успеваемость по изучаемым дисциплинам. Аналогичная информация выводятся для каждого курса и факультета [3].
После получения зачетных и экзаменационных ведомостей деканат
вносит рейтинговые оценки в сводную ведомость. На основании этого
декан принимает решение о не допуске студентов к экзаменам и предложения к отчислению, принимается решение о назначении стипендии.
Деканаты анализируют текущую успеваемость по всем предметам,
изучаемым студентами факультета, и о решениях докладывают на заседаниях советов факультетов. Совет факультета при необходимости может
принять решение по корректировке элементов учебного процесса, к примеру, изменить форму организуемой самостоятельной работы, методику
проведения экзамена. Деканаты проводят плановые встречи со старостами студенческих групп, кураторами, на которых обсуждают итоги контрольных недель. В процессе этой работы определяются и реализуются
необходимые управляющие меры воздействия.
Руководство деятельностью кафедры осуществляет ее заведующий,
который подчиняется директору и непосредственно декану факультета.
Заведующий кафедрой в пределах своей компетенции:
• руководит деятельностью кафедры и несет полную ответственность
за результаты учебной, учебно-методической и научной работы;
• участвует в подборе, расстановке кадров, представляет их на совете
факультета для последующего заключения с ними контрактов;
• решает вопросы планирования и организации учебного, учебнометодического и воспитательного процесса и развития материальнотехнической базы кафедры.
Деятельность кафедры ее задачи и планирование работы отображаются в
основных документах: план работы кафедры; индивидуальные планы работы преподавателей; протоколы заседаний; годовой отчет; нагрузка преподавателей кафедры; организационная и методическая документация, обеспечивающая учебный процесс; документация по научной работе; организационно-распорядительная документация по кафедральному делопроизводству.
Учебный процесс в вузе является сложным и многогранным, кроме того, он тесным образом связан со всеми другими направлениями деятельности учебного заведения. В учебном процессе непосредственно участвует
подавляющее большинство сотрудников вуза и практически все его подразделения. Прямо связаны с учебным процессом кафедры, факультеты,
основные отделы и службы. От четкой и взаимосвязанной их работы зависит решение главной задачи вуза – повышение качества образования.
Список литературы
1. Могилев А.В., Пак Н.И., Хеннер Е.К. Информатика. Учеб. пособие.. – М: Изд.
Центр «Академик», 2000. – 816 с.
2. Новаков И.А., Попов Ю.В., Подлесков В.Н., Кучеров В.Г., Андросюк Е.Р., Садовников В.И. Научно-методические основы и практика организации учебного процесса в вузе.
Учеб. пособие. ВолгГТУ. – Волгоград, 2003 – 316 с
3. Новаков И.А., Попов Ю.В., Подлесков О.Д., Косов В.Г., Андросюк Е.Р., Кучеров В.Г,
Садовников В.И., Шишмаков А.В. Система управления учебным процессом в университете. Организационные вопросы и документация. Учеб. пособие. ВолгГТУ. – Волгоград, 2005 – 280 с.
190
ББК 74.58
Э 70
К ВОПРОСУ О СОЗДАНИИ СИСТЕМЫ
ОТКРЫТОГО ОБРАЗОВАНИЯ В КТИ ВолгГТУ
Эпов А.А., Мартиросова Т.М.
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
Тел.(844-57) 3-40-19. Fax (844-57) 3-43-62. E-mail: ivt@kti.ru
Ключевым элементом системы открытого образования в КТИ является
специализированная информационно-образовательная система (ИОС), позволяющая реализовать технологии дистанционного обучения. ИОС представляет собой системно организованную совокупность средств передачи
данных, информационных ресурсов, протоколов взаимодействия, аппаратнопрограммного и организационно-методического обеспечения, ориентированную на удовлетворение образовательных потребностей пользователей.
Проектируемая ИОС института базируется на использовании среды
WWW в качестве основы представления информации. Возможность хранения данных различных типов (текст, графика, аудио, видео) в сочетании с механизмами связывания информации, расположенной в разных
узлах компьютерной сети, позволяют рассредоточивать информацию в
соответствии с естественным порядком ее создания и потребления, осуществлять единообразный доступ. Кроме того, средства Web позволяют
рассматривать информацию с нужной степенью детализации, что существенно упрощает анализ больших объемов данных.
За основу проектируемой системы взята Java-технология, которая по
сути представляет из себя распределенную вычислительную модель
трехзвенной клиент-серверной архитектуры. Она включает Web-узлы с
интерактивным информационным наполнением, реализованных при помощи технологий Java, JavaBeans и JavaScript, взаимодействующих с
предметной базой данных, с одной стороны, и с клиентским местом с
другой. База данных, в свою очередь, является источником справочного и
сопровождающего материала (тесты, аудиоклипы, видеоролики) для интерактивных приложений реального времени используемых для проведения лабораторных и контрольных работ.
На сегодняшний день известны и широко применяются две основные
технологии создания интерактивного взаимодействия с пользователем в
Web. Первая - включение JavaScript - сценариев в тело Web-страниц. И самый мощный, предоставляющий практически неограниченные возможности
способ - применение технологии Java (ипользование Java-апплетов).[1,2]
JavaScript представляет собой язык сценариев, который может быть
интерпретирован стандартным Web - браузером. Главной целью языка
JavaScript является обеспечение активного взаимодействия HTMLдокументов с пользователем. При помощи JavaScript-программ возможно: формировать HTML-документы на лету; производить проверку пра191
вильности данных HTML-форм перед передачей их на сервер; предоставлять пользователю возможность вводить локальные данные для управления работой JavaScript-программой, а также выборочно выполнять различные операции; создавать окна сообщений и диалоговые окна для вывода предупреждающих сообщений и ввода данных; создавать документы с расширенными возможностями навигации, используя фреймы и автономные окна; обнаруживать Java-апплеты и подключаемые модули
(plug-in) браузера Netscape и взаимодействовать с ними.
Все лабораторные и контрольные работы в обучающей подсистеме реализуются посредством введения апплетов в тело Web - страниц. Апплеты
представляют собой полноценные приложения написанные на Java, но исполняемые в среде Java-совместимого браузера на клиентском рабочем месте. Java-апплеты являются одним (пока единственным) безопасным способом распространения программ через Internet. Это объясняется тем, что
интерпретатор Java не запустит апплет до тех пор, пока не убедится в том,
что байт-коды апплеты не повреждены или не модифицированы. Более того, интерпретатор определяет, отвечает ли байт-кодовое представление апплета всем правилам языка Java. Например Java-апплет никогда не может
использовать указатель для доступа к закрытой для него компьютерной
памяти. Таким образом, апплеты не только защищены, они практически не
в состоянии повредить систему.
В процессе работы апплетов в составе обучающей подсистемы постоянно
возникает необходимость в различного рода сопровождающей информации,
такой как видеоролики, аудиоклипы, структурированные скрипты тестов для
лабораторных и контрольных работ, а также чисто справочной информации,
которая может быть оформлена в виде реляционной базы данных. Регистрация и аутентификация пользователей может также происходить в соответствии с данными, находящимися в базе данных. Стандартный реляционный
доступ к данным очень важен для программ на Java, потому что Javaапплеты по природе своей не являются монолитными, самодостаточными
программами. Будучи модульными, апплеты должны получать информацию
из хранилищ данных, обрабатывать ее и записывать обратно для последующей обработки другими апплетами. Монолитные программы могут себе
позволить иметь собственные схемы обработки данных, но Java - апплеты,
пересекающие границы операционных систем и компьютерных сетей, нуждаются в опубликовании открытых схем доступа к данным.
Реализацией доступа к данным из программ Java является Интерфейс
JDBC (Java Database Connectivity - связанность баз данных Java). JDBC это набор реляционных объектов и методов взаимодействия с источниками данных. Программа на языке Java открывает связь с таблицей, создает объект оператор, передает через него операторы SQL системе
управления базой данных получает результаты и служебную информацию о них. В типичном случае файлы .class JDBC и апплет/приложение
на языке Java находятся на компьютере клиенте. Хотя они могут быть загружены из сети, для минимизации задержек во время выполнения лучше
иметь классы JDBC у клиента. Система управления базой данных (CУБД)
192
и источник данных обычно расположены на удаленном сервере.[1,2]
Обобщенная структурная схема реализации информационно - обучающей системы представлена на рис.1. и включает в себя шесть основных
компонентов: введение, регистрация, главное меню (выбор курсов для
изучения), обучение (меню с содержанием выбранного курса), средства
поддержки научно-исследовательских работ (НИР) и средства обеспечения обратной связи. Все эти компоненты реализуются и функционирую
на базе использования WEB технологий.
WEB – клиент
(службы реализующие работу сервисов интернета)
JAVA - апплет
WEB – сервер
HTML документ
с с ы л к а
HTML
Введение (гипертекст)
с с ы л к а
с с ы л к а
Регистрация (Java-script)
с с ы л к а
Главное меню(Java-апплет)
Обучение (выбор курса)
SQL запрос
Структурированное изложение
теоретических основ курса
Сервер БД
Контроль знаний
(Java - апплет)
Лабораторные работы
(Java - апплет)
Средства поддержки НИР
Технологические
связи
(База данных
ORACLE или
INFORMIX)
Обратная связь
(Java chat, E-mail, Icg и т.п.)
Рис.1. Обобщенная структура организации информационно - обучающей системы.
Используя описанный выше подход можно создать не только отдельные информационно-поисковые обучающие системы, но и в будущем реализовать единую автоматизированную образовательную среду.
Список литературы
1. Лобачев С.Л., Поляков А.А. Универсальная инструментальная информационнообразовательная среда системы открытого образования Российской Федерации. Лекциядоклад.// Серия материалов Всероссийской школы-семинара «Информационные технологии
в управлении качеством образования и развитии образовательного пространства»./ Под общей ред. Н.А. Селезневой и И.И. Дзегеленка .-М.:Исследовательский центр проблем качества подготовки специалистов, 2001.- 40с.
2. Тихомиров В.П., Солдаткин В.И., Лобачев С.Л. Открытая информационнообразовательная среда системы образования России. // Международная академия открытого
образования.-М.:Изд-во МЭСИ, 2000.
193
УДК 681.0.002
РАЗРАБОТКА КОНЦЕПТУАЛЬНОЙ МОДЕЛИ
ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ ЛИНИИ
СТЕКЛОТАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Эпов А.А., Редько С.Г., Морозова Е.В.
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
Тел.(844-57) 9-40-19. Fax (844-57) 9-43-62. E-mail: ivt@kti.ru
Концептуальная модель сложной системы представляет собой упрощенное алгоритмическое отображение реальной системы. При ее поэтапном построении необходимо выполнить ряд задач: провести декомпозицию системы и формализацию ее элементов; продумать вопросы задания
исходной информации; выбрать параметры и переменные; уточнить критерии эффективности функционирования системы; установить список
ограничений; установить структуру модели.
В основе концептуальной модели лежит содержательное описание
объекта моделирования, в качестве которого рассматривается массовое
производство стеклотары широкого ассортимента. Процесс производства
стеклянной тары – достаточно сложный процесс превращения сырьевого
материала (шихты и стеклобоя) в готовую к использованию продукцию.
Он состоит из следующих технологических операций: загрузки шихты и
стеклобоя в стекловаренные печи, стекловарения, выработки стеклоизделий, отжига, сортировки и упаковки стеклоизделий [2].
Стеклобой
возвратный
Шихта
Стеклобой
покупной
Стекловаренная ванная печь
П
и
т
а
т
е л
и
Стеклоформующие машины
Рис. 1. Схема процесса
производства стеклотары
О т ж и г а т е л ь н ы е п е ч и (Леры)
Цех обработки
Склад готовой продукции
Состав исходной технической информации при формализации и моделировании технологических процессов изготовления стеклотары включает: характеристику рассматриваемого стеклотарного производства;
плановый годовой объем выпускаемой продукции и ее рабочую документацию сопровождения (конструкторскую и технологическую); данные о
номенклатуре и количестве имеющегося в наличии оборудования, его основные эксплуатационные параметры; структуру затрат машинного времени (табл.1), статистические закономерности распределения случайных
величин протекания основных и вспомогательных процессов, статистические данные о технических и технологических отказах.
194
Таблица 1. Структура затрат машинного времени
Способ
Характер
определения изменения
Наименование операций по видам завремени вы- времени
трат
полнения выполнения
операций
операций
Обслуживание Подготовительно-заключительная
статист. обвероятоборудования операция
работка хро- ностный
нометражных данных
Оперативное время:
стат. обравероят– подачи шихты и стеклобоя в бункер ботка хроностный
загрузчиков шихты;
нометр. дан– подачи смеси шихты и стеклобоя в
ных
загрузочные карманы печей;
детермини– получения жидкой стекломассы;
расчет по
рованный
– оформления капель стекломассы;
формулам
– формования стеклоизделий;
– транспортирования стеклоизделий
до печи отжига;
– перегрузки изделий в печь отжига;
– отжига стеклоизделий;
– транспортирования стеклоизделий в
рабочем туннеле печи;
– сортировки стеклоизделий;
– контроля качества;
– транспортирования стеклоизделий
до упаковочной машины;
– упаковки стеклоизделий в пакет;
– транспортирования пакета в термоусадочную печь;
– термоусадк пакета;
– транспортирования пакета на склад
готовой продукции
ВспомогаКонтроль и ликвидация отклонений от статистичеверояттельные тех- норм технологических показателей
ская обработка ностный
нологические Смазка форм
хронометражоперации
Упрочнение напылением
ных данных
Технологические процессы
Виды затрат
машин.времени
Простои обо- Отказ по техническим причинам
стат. обрарудования
Отказ по технологическим причинам
ботка хроПростой оборудования из-за отсут- нометр. данствия фронта работ
ных
вероятностный
Параметрами модели являются величины, влияние изменения значений
которых на исследуемую систему представляет цель имитации. В качестве
таких параметров приняты номенклатурно-количественный состав технологической линии стеклотарного производства; технико-технологические
параметры стеклообработки; параметры надежности оборудования (наработка на отказ, время восстановления). Остальные характеристики системы
являются переменными модели, они могут принимать только вполне определенные значения, задаваемые перед началом имитации.
В качестве критерия эффективности при исследовании производственных процессов в технической литературе рекомендуется интегральный показатель – удельные приведенные затраты, представляющий собой
отношение суммы капитальных и эксплуатационных затрат к производи195
тельности средств механизации и автоматизации с учетом машинного
времени их работы. Однако предварительное сравнение технологического оборудования при формировании альтернативных объекто-вариантов
целесообразно производить по их производительности.
Список ограничений при построении и реализации моделирующих алгоритмов содержит следующие факторы: номенклатурно-количественный состав базового парка технологического оборудования, производственные
площади участка (цеха) для его размещения; система внутрицехового транспорта; наличие необходимого сырья и контрольного оборудования; операционные и вычислительные ресурсы аппаратно-программных средств ЭВМ.
С учетом рекомендаций Бусленко Н.П. [1] процесс функционирования
технологической линии стеклотарного производства на уровне структурных элементов можно представить в виде ряда взаимосвязанных техникотехнологических подсистем стеклообработки: «Загрузка шихты и стеклобоя в стекловаренные печи», «Стекловарение», «Выработка стеклоизделий», «Отжиг», «Сортировка», «Упаковка стеклоизделий». Каждая подсистема при этом соответствует технологическим процессам, выполняемым определенным видом и типом оборудования.
Дальнейшая декомпозиция этих подсистем позволяет выделить подсистемы низшего уровня, а также наиболее важные технологические операции, выполняемые стеклообрабатывающим оборудованием в рамках
этих подсистем. Тогда процесс функционирования оборудования стеклотарного производства формально можно представить в виде последовательно связанных графов (табл.2). Вершины графов при этом принимают
за технологические состояния рассматриваемого оборудования. Дуги и
стрелки при таком подходе будут отражать направленность выполнения
операций и их взаимосвязь.
Таблица 2. Графы перехода оборудования стеклотарного производства в подсистемах из одного технологического состояния в другое
Подсистема
Оборудование
Граф
1
2
3
Т1 - «Загрузка шихты и
стеклобоя в стекловаренсv
ные печи»
Цепной ковшовый элева- с1
Т1.1 - Подача стеклобоя в тор
расходный бункер
Ленточный транспортер
Т1.2 - Подача шихты и
стеклобоя в бункер за- Наклонный лоток с виб- сv (c2, с3, с4)
грузчиков шихты
раторомом
Т1.3 - Подача смеси в загрузочные карманы печей
с1
с5
Т2 - «Стекловарение»
Стекловаренная печь
Т3 - «Выработка стекло- Питатель
изделий»
Стеклоформующая
шина
ма-
с1
сw
c20
c22
c19
c20
c19
c21
c22
cw (c6, c7)
196
Продолжение таблицы 2
Подсистема
Оборудование
1
2
Т4 - «Отжиг»
Т4.1 - Перегрузка стекло- Пластинчатый конвейер
изделий в печь отжига
Сталкиватель
Т4.2 - Отжиг стеклоизде- Печь отжига
лий
Сетчатый конвейер
Т4.3 - Транспортирование
стеклоизделий в рабочем
туннеле печи
Т5 - «Сортировка»
Разбраковочный аппарат
Детектор качества
Граф
3
с19
с1
c20
с8
сz
с21
c22
cz ( с9, с10, с11)
c20
с1
с12
с13
c22
Т6 - «Упаковка стеклоиз- Система конвейеров
делий»
Упаковочная машина
Рольганг
Термоусадочная печь
Ленточный транспортер
с1 с14
с15
с20
с21
с18
с22 с16
с17
где с1 - подготовительно-заключительная операция; с2, с3, с4 - подача соответственно стеклобоя в расходный бункер, шихты и стеклобоя в бункер загрузчиков шихты, смеси шихты и стеклобоя в загрузочные карманы
печей; с5 - получение жидкой стекломассы (варка стекла); с 6 - оформление и выдача капель стекломассы; с7 - формование стеклоизделий; с8, с11,
с14 - транспортирование стеклоизделий соответственно до печи отжига, в
рабочем туннеле печи, до упаковочной машины; с 9 - перегрузка стеклоизделий в печь отжига; с10 - отжиг стеклоизделий; с12 - сортировка стеклоизделий; с13 - контроль качества; с15 - упаковка стеклоизделий в пакет;
с16, с18- транспортирование пакета соответственно в термоусадочную
печь, на склад готовой продукции; с17 - термоусадка пакета; с19 - вспомогательные технологические операции; с20 - отказ по техническим причинам; с21 - отказ по технологическим причинам; с22 - простой оборудования из-за отсутствия фронта работ
Полученные результаты в дальнейшем могут быть использованы при построении и реализации имитационной модели на ЭВМ с целью оценки и оптимизации параметров функционирования реальной производственной системы.
Список литературы
1. Бусленко Н. П. Моделирование сложных систем. М: Наука, 1978. 401 с.
2. Декомпозиция процесса изготовления стеклотары как сложной производственной
системы. //Инновационные технологии в обучении и производстве: Материалы III Всероссийской конференции, г. Камышин, 20-23 апреля 2005 г. – ВолгГТУ, Волгоград, 2005. –
с.111-114
197
УДК 681.0.002
ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ
СИСТЕМЫ ДЕЛОПРОИЗВОДСТВА НА КАФЕДРЕ «ИНФОРМАТИКА»
Эпов А.А., Тарасова Л.П.
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
Тел.(844-57) 3-40-19. Fax (844-57) 3-43-62. E-mail: ivt@kti.ru
Автоматизированная система делопроизводства на кафедре информатики (общеобразовательной) позволяет компьютеризировать формирование учебной, методической и научной документации [1,2]. При разработке
информационного обеспечения системы на первом этапе проведен сбор
информации, направленный на анализ номенклатуры дел на кафедре, исследование и описание документооборота, получение схемы информационных потоков, выявление тех документов, создание которых имеет смысл
автоматизировать. На втором этапе разработаны концептуальная, логическая и физическая модели данных, выбрана СУБД с реляционной схемой
отношений (утилита среды Borland Delphi – Database Desktop 7.0).
Исходя из того, что в качестве среды разработки была выбрана среда
Borland Delphi, в которой имеется встроенная поддержка доступа к базам данным, а также ввиду специфичности исходных данных, физическая модель
данных представлена в виде структуры баз данных, состоящей из набора таблиц. Рассмотрим таблицы, которые представляют наибольший интерес.
Таблица Prepod. В таблице хранятся данные о сотрудниках кафедры.
Имя поля
TabNum
Family
Name
Secname
Foto
Work
Sort
State
Finans
Birthday
Adress
Tel
Predmet
Metod
Nauk
Objzan
Тип данных
Short
Alpha
Alpha
Alpha
Graphic
Alpha
Alpha
Alpha
Logical
Date
Memo
Alpha
Formatted Memo
Formatted Memo
Formatted Memo
Formatted Memo
Размер
–
25
20
20
–
25
3
3
–
–
30
10
50
50
50
50
198
Назначение
Табельный номер
Фамилия сотрудника
Имя сотрудника
Отчество сотрудника
Фотография
Должность
Разряд
По какому штатному расписанию
Источник финансирования
День рождения
Адрес
Телефон сотрудника
Читаемые дисциплины
Список методических разработок
Список научных трудов
Функциональные обязанности
Таблица IndPlan_UchWork. Таблица содержит данные об учебной работе каждого преподавателя.
Имя поля
TabNum
Year
Semestr
Item
Kurs
Potoki
Gruppa
Student
Lekzi
Seminar
Laba
Proekt
Konsult
Sachet
Exsamen
SRS
Praktik
Visit
Тип данных
Short
Alpha
Alpha
Memo
Short
Short
Short
Short
Short
Short
Short
Short
Short
Short
Short
Short
Short
Short
Diplom
Short
RezenDip
Short
GEK
Short
PriemExam
Short
Aspirant
Reiting
Short
Short
Размер
–
10
3
30
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
Назначение
Табельный номер
Учебный год
Семестр
Дисциплина
Курс
Количество потоков
Количество групп
Количество студентов
Лекции
Практические занятия и семинары
Лабораторные занятия
Курсовое проектирование
Консультации
Зачеты
Экзамены
Организуемая работа студентов
Руководство практиками студентов
Контрольные посещения занятий
Руководство дипломными проектами
Рецензирование дипломных проектов
Работа в ГЭК
Прием вступительных и кандидатских экзаменов
Руководство аспирантами
Рейтинг
Таблица Mat_basa. Таблица хранит данные о материальной базе кафедры.
Имя поля
NumClass
NumKomp
SysBlok
Mama_plata
Vint
Memory
VideoKart
CDRom
Disk
Svuk
Monitor
Klava
Mouse
Kolonki
Other
Тип данных
Short
Short
Alpha
Alpha
Alpha
Alpha
Alpha
Alpha
Alpha
Alpha
Alpha
Alpha
Alpha
Alpha
Alpha
Размер
–
–
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
50
199
Назначение
Номер компьютерного класса
Номер компьютера
Наименование системного блока
Наименование материнской платы
Наименование жесткого диска
Количество оперативной памяти
Количество видеопамяти
Характеристика CD-привода
Характеристика флоппи-привода
Звуковая плата
Модель монитора
Модель клавиатуры
Наименование мыши
Наличие колонок
Наличие других устройств
Таблица TB_Sotrudniki. Данная таблица хранит данные журнала инструктажа.
Имя поля
Fio_Instr
Data
Vid
Instr_ii
Prihina
FioDopusk
Тип данных
Alpha
Date
Alpha
Alpha
Alpha
Alpha
Размер
50
–
15
20
20
15
Назначение
Ф.И.О. инструктируемого
Дата инструктажа
Вид инструктажа
Номер инструкции
Причина инструктажа
Ф.И.О. инструктора
Главный модуль программных средств, поддерживающих информационное обеспечение, находится в файле delopr.exe. В рабочем каталоге
должны присутствовать следующие папки: Data – содержит файлы баз
данных; Text – содержит текстовые файлы Microsoft Word и файлы
Microsoft Excel. Общий код программы состоит из следующих модулей:
*.dpr – файлы проекта подпрограммы – исходный текст на Pascal (создается автоматически);
*.pas – файлы, содержащие исходные модули программ (в том числе
модули форм);
*.dfm – текстовые файлы описания форм.
Интерфейс основного модуля построен на использовании следующих
форм:
AllPoloj.dfm – форма, отображающая основные положения инструкции по делопроизводству;
Delo.dfm – форма, отображающая главное окно подсистемы;
DeloInstr.dfm – форма, содержащая инструкцию по делопроизводству;
Document.dfm – форма, отображающая правила подготовки документов по делопроизводству;
IndPlanNew.dfm – форма с индивидуальным планом преподавателя;
Inter_Country.dfm – форма, содержащая информацию о международных связях кафедры;
Inter_Kafedra.dfm – форма, содержащая информацию о межкафедральных связях кафедры;
Inter_VUZ.dfm – форма, содержащая информацию о межвузовских
связях кафедры;
Lecture.dfm – форма, содержащая тематику воспитательной работы
преподавателя;
Uch_Work.dfm – форма, содержащая учебную работу преподавателя;
Uch_Metod_Work.dfm – форма, содержащая учебно-методическую работу преподавателя;
Nauk_Work.dfm – форма, содержащая научно-исследовательскую работу преподавателя;
Organ_Metod_Work.dfm – форма, содержащая организационнометодическую работу преподавателя;
Spisok_Work.dfm – форма, содержащая перечень опубликованных работ преподавателя;
Uh_NIR.dfm – форма, содержащая участие преподавателя в хоздоговорной НИР;
200
Public_Work.dfm – форма, содержащая общественную работу преподавателя;
Notes.dfm – форма, содержащая замечания о выполнении преподавателем плана работы;
Mat_Basa.dfm – форма, содержащая информацию материальной базе
кафедры;
NewPlanWork.dfm – форма, отображающая план работы кафедры;
O_Kafedra.dfm – форма, отображающая информацию о кафедре;
Polojenie.dfm – форма, отображающая положение о кафедре;
Prepod.dfm – форма, отображающая информацию о сотрудниках кафедры;
TB_Sotrudniki.dfm – форма, содержащая журнал по технике безопасности для сотрудников;
TB_Student.dfm – форма, содержащая журнал по технике безопасности для студентов;
Dolj_Instr.dfm – форма, отображающая должностные инструкции.
Представленное в статье информационное обеспечение в совокупности с программными средствами поддержки и управления процессом делопроизводства на кафедре информатики может быть использовано как
один из элементов интегрированной базы данных автоматизированной
системы документооборота в институте.
Список литературы
1. Эпов А.А., Тарасова Л.П. Автоматизированная система делопроизводства на кафедре
информатики // Материалы Всероссийской конференции «Прогрессивные технологии в
обучении и производстве». Камышин, 2004, с.177-179.
2. Эпов А.А., Тарасова Л.П. Пользовательский интерфейс автоматизированной системы
делопроизводства на кафедре информатики // Материалы III Всероссийской конференции
«Инновационные технологии в обучении и производстве». Том II. Камышин, 2005, с. 179-181.
УДК 681.5.011
КОМПЬЮТЕРНОЕ СОПРОВОЖДЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
«МАТЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ. ЧАСТЬ 1»
Якушева А.А.
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
(84457)-9-40-48 (рабочий)
К рассмотрению представлены результаты разработки компьютерного
сопровождения дисциплины «Математический анализ. Часть 1». В основу Работы был положен учебно-методический комплекс по дисциплине
«Математический анализ. Часть 1», разработанный на кафедре ВЫСШАЯ
МАТЕМАТИКА КТИ, примеры выполненных студентами семестровых
заданий на темы «Пределы», «Интегралы», «Производные», «Исследование графиков функций с помощью дифференциального исчисления».
Учебное пособие реализовано как электронный учебно-методический
комплекс, состоящий из четырех глав, соответствующих темам семестровых заданий. Электронный учебник содержит следующие элементы:
- электронные примеры, сопровождаемые лекционными комментариями;
201
- пояснения в презентациях;
- пояснения с использованием графических средств Mathcad и элементов управления.
Актуальность темы. Необходимость создания электронного учебника
для поддержки дисциплины «Математический анализ» подтверждается традиционными трудностями освоения данной дисциплины студентами технических специальностей. Проанализировав статистические данные успеваемости студентов по рассматриваемой дисциплине за 2002 – 2006 годы, представленные деканатом факультета «Информационные технологии», можно
выявить тенденцию увеличения числа студентов, не справляющихся с излагаемым материалом. Последствия плохого понимания материала проявляются в слабом освоении дисциплин кибернетического цикла.
Назначение работы. Электронный учебник разработан в качестве
«помощника» сильным студентам в освоении абстракций математики,
так как многоуровневая структура разбора сложных примеров позволяет
сделать акцент не на результате решения, а на технологии его получения.
Слабым студентам учебник поможет разобрать задачи с помощью предоставляемых шаблонов для решения расчетных и графических задач.
Целесообразность использования средств Mathcad для углубленного
изучения математического анализа. Обзор современных математических пакетов (Mathematica, MatLAB, Maple) выявил их основной недостаток для учебных целей – сложность интерфейса. Интерфейс Mathcad более удобен и прост.
Средства Mathсad позволяют создавать электронные пособия, имеющие вид
Mathcad – помощи и обладающие следующими основными свойствами:
- каждая страница электронной книги - полноценный документ
Mathcad с реально действующими расчетами и возможностью изменения
параметров;
- пользователь электронной книги может копировать ее фрагменты в
свои документы;
- электронная книга имеет содержание, предметный указатель и развитую систему навигации, реализованную гиперссылками;
- для перехода от страницы к странице книги используется специальная панель навигации;
- возможно использование функции поиска;
- пользователь может делать и сохранять заметки на страницах электронной книги.
Выбор Mathcad как средства компьютерного сопровождения математического анализа обусловлен и высокой степенью внедрения данного математического пакета в процесс обучения студентов Камышинского технологического института и наличием учебно-методической базы для изучения Mathcad.
Структура электронного учебника. В основе строения электронного
учебника лежит иерархическая структура (рис.1). Из главной страницы
учебника можно перейти к основным главам, а от глав – к страницам с задачами. Удобная система навигации позволяет перемещаться по страницам
учебника. Система поиска поможет перейти к требуемому термину.
202
Рис.1. Структура электронного учебника
Степень раскрытия материала. Согласно рабочей программе по
дисциплине «Математический анализ» для направления 552800 «Информатика и вычислительная техника» за 2006 год, в электронном учебнике
было разобрано 90 процентов заданий семестровой работы.
В главе «Пределы» рассмотрены темы:
- вычисление предела числовой последовательности по определению;
предел суммы, произведения, частного; вычисление пределов функций;
- предел функции; раскрытие неопределенностей вида 0 / 0и / ;
- первый и второй замечательные пределы;
- применение эквивалентны бесконечно малых величин при вычислении пределов.
В главе «Производные» освещены темы:
- нахождение производной функции по определению; геометрический
смысл производной;
- определение угла между кривыми линиями;
- производные основных элементарных функций;
- правила дифференцирования; производная сложной функции; дифференцирование функций, заданных параметрическими уравнениями.
Глава «Интегралы» раскрывает:
- непосредственное интегрирование и интегрирование введением под
знак дифференциала; отработка таблицы неопределенных интегралов;
интегрирование неопределенных интегралов подстановкой и по частям;
- разложение рациональной дроби на простейшие; интегрирование простейших рациональных дробей; интегрирование рациональных дробей;
- интегрирование тригонометрических выражений; интегрирование
иррациональностей; тригонометрические подстановки;
- вычисление определенных интегралов подстановкой и по частям;
203
- вычисление площадей плоских фигур с помощью определенного интеграла; вычисление длин дуги плоской кривой.
В главе «Исследование графиков функций с помощью дифференциального исчисления» раскрыты темы:
- исследование функции на выпуклость, вогнутость;
- нахождение точек перегиба графиков функций.
Применение средств Mathcad для решения задач математического
анализа. При рассмотрении задач математического анализа в электронном
учебнике были использованы следующие составляющие пакета Mathcad:
- символьные вычисления для предварительного получения точного
ответа решаемой задачи;
- символьные преобразования для упрощения сложных выражений и
ускорения процесса подстановки и замены;
- панель программирования для более детального рассмотрения вычислительных процессов;
- элементы управления для наглядного представления динамики изучаемых процессов;
- графические средства Mathcad для проведения анализа изучаемых процессов.
Пример Mathcad – листа рассматриваемой задачи представлен на рис. 2:
Рис.2. Фрагмент Mathcad - листа
Заключение.
В перспективе предполагается дополнение учебника разделами второй
части математического анализа.
Список литературы.
1. Дьяконов В. Mathcad 8/2000: Спец справочник //СПб: Питер, 2001, с. 23, 27.
2. Фихтенгольц Г. М. Основы математического анализа: Учебное пособие для физикоматематических факультетов // М.: Наука, 1968, с. 248, 283, 320.
3. Петрова Л. М. Курс лекций по дисциплине «Математический анализ. Часть 1» (рукопись).
204
Авторский указатель
А
З
Агасян Р.Ю.. .................................. 73
Акулич Л.С.. .................................. 83
Алонсо В.Ф.. .................................. 94
Арисова В.Н.. .............................. 101
Зайцев В.П...................................... 31
Захаров Е. А... .............................. 166
Золотарев А.В... ........................... 159
Зубов А.А... .................................. 125
Б
И
Багмутов В.П.. ............................... 56
Баланова Т.Е... ............................... 35
Березняк М.Г. .............. 16, 19, 22, 25
Бойко С.Ю. ...................................... 9
Болотина Е.М.. .............................. 59
Бочкарёва Е.В... ............................. 10
Бояркина М.А... ............................. 39
Брызгалин Г.И. ............................ 110
Быков Д.В.. .................................. 114
Иванов А.В... ................................ 175
Ильинская А.В. ............................ 127
К
Казак В.Ф. .......................... 63, 88, 90
Казначеева А.А. ....................... 49, 51
Камаев В.А. .......................... 125, 136
Кетат Л.В. ....................................... 13
Кизим А.В. ................... 125, 127, 136
Кислов С.Ю.................................... 66
Конкров В.И................................. 147
Коноваленко А.В. ........................ 129
Короткова М.В............................... 15
Крохалев А.В. ........................ 69, 170
Крушель Е.Г. ........................ 116, 129
Кудинов Д.Н. ............................... 133
Кудряшова Э.Е............................. 135
Кузьмина Е.А. ................................ 59
Курсин О.А. ................................... 92
Курченко А.И................................. 92
Кухарева Л.И. .............................. 182
В
Вирт А.Э.. ...................................... 63
Вовченко А.В............................... 115
Волхов К.В................................... 116
Волхова И.П. ............................... 116
Волчков В.М. ............................... 110
Воробкалов П.Н.. ........................ 120
Воробьев А.А............................... 159
Воропаева Л.В. .............................. 32
Выходец В.И.. ................................ 86
Г
Л
Галимулин А.Х. .. .......................... 40
Гожева Н.Д. ................................. 106
Григорова О.Л. ........................ 97, 99
Гуревич Л.М. ............................... 101
Гусев А.В. ...................................... 60
Лешуков А.В. ................................. 92
Линёв Н.А. ................................... 136
Ломкова Е.Н... .......................... 49, 51
Лукьянов В.С. .............................. 138
Д
М
Декатов Д.Е. ................................ 170
Дербишер В.Е. ............................... 13
Донцов Д.Ю. ................................ 109
Дудин С.А. ..................................... 62
Манихин В.А. .............................. 138
Мартиросова Т.М. ....................... 186
Мартыненко О.В............................ 73
Медведев Д.В. .............................. 139
Митрахович Н.С. ................. 143, 148
Митрофанов А.П. .......................... 73
Мнацаканян В.У. ........................... 43
Молоденская К.В. .......................... 43
Молоканов Е.Г. ............................ 106
Морозова Е.В. .............................. 189
Мухамеджанов Г.К. ................. 28, 40
Е
Ефанов А.В. ................................. 122
Ефанов П.А. ................................. 180
Ефремова С.А... ............................. 13
Ж
Жоров А.Н. .................................. 101
Жукова И.Г. ................................. 173
205
Степанченко И.В. ........................ 155
Стрелков Е.В.. ................................ 39
Стяжин В.Н. ................................. 110
Сычев О.А. ........................... 174, 180
Н
Назарова М.В.................. 16,19,22,25
Назарова Ю.В... ............................. 28
Натров В.В. .................................. 145
Нгуен Хоай Ань .......................... 174
Никифоров Н.И. ............................ 75
Николаев С.Д. ................................ 31
Носенко В.А. ................................. 79
Т
Тарасенко А.В. ............................. 180
Тарасова Л.П. ............................... 193
Трыков Ю.П. ........................ 101, 109
Тюменев Ю.Я........................... 28, 40
О
У
Олейников В.П. ........................... 143
Ольштынский П.В. .............. 147, 148
Ольштынский С.Н. ........................ 81
Орлова Ю.А. ................................ 151
Отений Я.Н. ....................... 63, 83, 86
Уткин Е.Ф. ............................ 62, 103
Ф
Федотов Е.В. .................................. 79
Фефелова Т.Л... .............................. 42
Фомин А.С. .................................. 175
Фролов Е.М. ................................. 107
П
Панин А.И...................................... 32
Панин И.Н...................................... 31
Панфилов А.Э.............................. 153
Панченко А.Ю. .............................. 66
Паршев С.Н. .................................. 56
Петров В.О................................... 155
Петрухин А.В. ............................. 159
Печеник Н.А. ............................... 161
Пилюшина И.В. ............................. 46
Писарев С.П. ............................ 88, 90
Плеханова С.В.. ............................. 28
Поликарпов А.В.. .......................... 39
Полянчиков Ю.Н. .......................... 92
Полянчикова М.Ю. ....................... 92
Притыченко В.Ю. ......................... 56
Приходьков К.В. ......................... 166
Х
Хиен Л.Д. ................................. 88, 90
Худайназарова Т.С. ..................... 178
Ц
Цыганов И.Б. .................................. 46
Ч
Чигиринский Ю.Л. .............. 106, 107
Чинкова М.П.. ................................ 43
Ш
Шабалина О.А. ............................ 180
Шитова Т.И.. .................................. 40
Шморгун В.Г................................ 109
Шустов Ю.С. .................................. 10
Р
Радченко Е.Г. ............................... 107
Ревин А.А. ..................................... 94
Редько С.Г.................................... 189
Рогозин В.Д. ............................ 88, 90
Розалиев В.Л. ............................... 165
Романов В.Ю... .............................. 33
Щ
Щербаков В.П... ............................. 46
Э
С
Эпов А.А. . 49, 51, 182, 186, 189, 193
Эпова Д.А. .................................... 143
Савкин А.Н. ......................... 166, 170
Санжеева Е.Б. ................................ 35
Сафонов В.В. ................................. 35
Свечников В.М. ........................... 143
Сенин Е.В. ................................... 173
Скребнев Г.Г. ........................... 97, 99
Слаутин О.В. ............................... 109
Смольников Н.Я. ..................... 97, 99
Я
Якушева А.А. ............................... 196
206
ДЛЯ ЗАМЕТОК
207
ДЛЯ ЗАМЕТОК
208
ПРОГРЕССИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
В ОБУЧЕНИИ И ПРОИЗВОДСТВЕ
Материалы IV Всероссийской конференции
г. Камышин 18–20 октября 2006 г.
В 4-х томах
Том 2
Ответственный за выпуск Поливанов А. А.
Верстка и дизайн Поливанов А. А., Романов В. Ю.
Под редакцией авторов
Темплан 2006 г., поз. № 61.
Подписано в печать 29. 01. 2007 г. Формат 60×84 1/16.
Бумага листовая. Печать офсетная.
Усл. печ. л. 12,75. Усл. авт. л. 12,44.
Тираж 100 экз. Заказ №
Волгоградский государственный технический университет
400131 Волгоград, просп. им. В. И. Ленина, 28.
РПК «Политехник»
Волгоградского государственного технического университета
400131 Волгоград, ул. Советская, 35.
209
210