Новые технологии на основе управляемых воздействий в производстве технических систем

НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ НА ОСНОВЕ УПРАВЛЯЕМЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ В ПРОИЗВОДСТВЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

В.Н. Старов, профессор, д.т.н.

А.В. Гуров, начальник кафедры, к.т.н.

Воронежский институт ГПС МЧС России, г.Воронеж Д.В. Старов, заместитель руководителя Центр информационно-технологического обеспечения и маркетинга,

г.Воронеж

Проектирование технологических объектов, связано с генерированием не имеющих аналогов новых технических решений (НТР), основанных на фундаментальных знаниях. Новое техническое решение наряду с эволюционным совершенствованием существующих технологий может привести к скачкообразному повышению уровня достигаемого с их применением качества.

В данной работе мы исследовали возможности создания новых технологий с применением механизмов реализаций различных комбинированных физических воздействий, обеспечивающих новое качество изделий, исходя из современных требований к качеству продукции и специфики внедрения в производство и эксплуатацию прогрессивных технологий на основе учета влияния технологической наследственности объекта или его элементов в жизненном цикле продукции.

Создаваемые посредством новых технологий объекты обладают особой структурой. У этих технологических объектов иная иерархичность; этим технологиям присуща многомерность описания и т.д. Поскольку технологические объекты обладают иной структурой, в них используются особые ресурсы, новые элементы, их свойства и отношения, то процесс проектирования во многих случаях целесообразно разделять на два этапа. Один из них связан со структурным проектированием, второй - с нахождением рациональных параметров элементов структуры -внутренних параметров.

В задачах технологического проектирования встречаются неопределенности двух типов [1]: неопределенности целей и условий.

Пусть сформировано множество вариантов решения Е и каждому варианту Еi принадлежащему Е, соответствует некоторый результат е¡. Этот результат характеризует полезность, эффективность решения. Если существует функциональная зависимость вида в1= £ (х), где х - вектор, определяющий способ действий, идентифицирующий решение, то функцию £(х) называют функцией полезности или целевой функцией. Неопределенность условий заставляет принимать решения, когда целевые функции содержат неопределенный параметр а, заданы не совсем точно.

В зависимости от конкретных значений этого параметра для каждого варианта решения можно получить соответствующие результаты е!=£ (х, а]), например, представленные в виде матрицы решения [1, 2].

В данном случае мы говорим об особенности поиска эффективных технологий и оценки их применения посредством показателей, формирующих соответствующий вектор показателя качества, наличие которого относит нашу задачу выбора проектного и технологического решения к классу задач многокритериальной оценки альтернатив.

Известно, что существующие механизмы реализации воздействий на создаваемый объект сложны и не поддаются простой формализации. Проведение синтеза и оптимизации качественно новых технических решений существуют пока только в виде общих рекомендаций и принципов. Они не обеспечивают проектировщикам однозначный выбор прогрессивных технологий и не дают инструмента управления формированием сочетаний всевозможных воздействий для достижения предельных технологических показателей. Особенно, когда речь идет об области эксплуатации силовых элементов и ответственных конструкций изделий специального машиностроения, в которых актуальным вопросом является высокое качество изделий, достоверная оценка их прочностных характеристик, всего того, что обеспечивает безопасность эксплуатации сложных объектов.

В этих условиях важно учитывать изначальные физические воздействия, заложенные на стадиях проектирования, изготовления и эксплуатации объекта. Важно оценить используемые в процессах изготовления технологические воздействия, особенно базирующиеся на современных высокоэффективных комбинированных методах обработки (КМО) и исследовать физико-физические и механические воздействия на материалы и конструкции, а, исходя из степени опасности возникающих в разных условиях дефектов, надо достоверно оценить явление технологической наследственности объекта (ТНО) на этапах жизненного цикла продукции (ЖЦИ).

Известна [1] работа, представляющая общую методологию создания технологий нового поколения, к которым отнесены комбинированные методы обработки. Рассмотрим пример математического описания объекта производства. Примем, что исходное состояние объекта (ответственной детали или узла изделия) С0 задается набором параметров Спи где / = {1,2,..Ж}, характеризующие материал с его физико-механическими свойствами Сп}, форму Сп2, размеры заготовки и т.п. Тогда в общем виде получим: С0=f (Сп}, Сп2, ..., Спд).

Конечное состояние Ск получаемого объекта определяется его параметрами в виде формы, размеров, точности изготовления, физико-механическими свойствами деталей, включая напряженное состояние и

другими факторами, в том числе, контролируемыми средствами неразрушающего контроля.

Процесс создания любой прогрессивной технологии является сложной проблемой, которая базируется на начальных условиях, задаваемых при проектировании и определяющих направления развития технологий.

Введем функцию преобразования ф0 свойств потока деталей из исходного состояния (заготовки) в конечное состояние (изделие), которую представим следующим образом:

сп1 с 1'

фо : • Сп2 с ^к2

г спК, с скТ,

где ф0 - функция технологического преобразования свойств деталей (предмета обработки);

Спг - г-е элементарное свойство (параметр) заготовки;

СЙ: - 1-е элементарное свойство (параметр) изделия;

г (Я) - общее число свойств заготовки;

: (Т) - общее число свойств изделия.

Любой объект есть совокупность материального S0, энергетического Е0 и информационного 10 потоков. В процессе производства технологические преобразования заготовки в изделия достигаются целенаправленными совокупными технологическими воздействиями (его обозначим ^Ю) материального S0(tk), энергетического Е0(1к) и информационного 1оОк) типов потоков [2], связывающих процесс моделью

Однако единого решения данных уравнений для подавляющего числа комбинированных методов обработки и контроля до сих пор не найдено. Исключениями являются лишь несколько хорошо изученных и давно применяемых в производстве способов, либо существующие только для частных случаев.

Для управления работоспособностью сложных машин и оборудования нами [3] предложены уточненная схема взаимосвязей управления объектами при реализации новых технологий и качества выполнения поставленных целей для новых технологий на этапах ЖЦИ, включая некоторые поправки в методические основы понятия «жизненный цикл продукции» Они охватывают этапы стадий жизни, на каждом из которых производиться оценка обеспечения качества. Схема взаимосвязей управления объектами при применении новых технологий и пути выполнения поставленных целей для новых технологий на этапах ЖЦИ показана на рисунке. С учетом взаимосвязей обеспечения качества на этапах ЖЦИ основные этапы таковы [3]: маркетинг, поиск и изучение

рынка (МР); проектирование и разработка требований продукции (РТП); материально-техническое снабжение, (МТС) обеспечение; технологическая подготовка производственных процессов с учетом технологической наследственности (ТПП-ТНО-КМО); производство продукции с учетом технологической наследственности (ПР-ТНО); диагностика (контроль); проведение испытаний и обследований (ДИ-АЭКИ); упаковка и хранение (УХ); реализация и распределение продукции (РР); монтаж и эксплуатация (МЭ); техническая помощь и обслуживание, сервис (ТС); утилизация (УТ).

Рис. Схема взаимосвязей управления объектами при реализации новых технологий и качества выполнения поставленных целей для новых технологий на этапах ЖЦИ

Таким образом, принципы проектирования новой технологии основаны и могут быть реализованы лишь на широком компьютерном обеспечении, которое позволяет обрабатывать, накапливать и рационально использовать постоянно пополняемые базы данных. Также система принципов и методов обеспечения качественно новых свойств и возможностей базируется на композициях множеств известных и новых принципов и методов обеспечения свойств и возможностей технологии.

Проведенная экспериментальная оценка эффективности указанных технологий, дает заключение о целесообразности использования методов многоэнергетичной, разнонаправленной комбинированной обработки и комплексной диагностики в конкретной предметной области (например, техники используемой в МЧС). При этом выявляется подобласть эффективного применения новых технологий, оцениваются диапазоны достигаемых этими методами технологические (эксплуатационные) результаты и т.д.

Список использованной литературы

1. Михайлов А.Н. Основы синтеза функционально-ориентированных технологий машиностроения [Текст] /А.Н. Михайлов // Донецк: ДонНТУ, 2009. - 346 с.

2. Хубка В. Теория технических систем [Текст] / В. Хубка // М.: Мир, 1987. - 208 с.

3. Старов В.Н. Моделирование процессов изменения работоспособности оборудования с учетом технологической наследственности. Монография [Текст] / В.Н. Старов М.Н. Краснова // Воронеж: ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2010. - 140 с.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ИНТЕГРАЛЬНОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПОЖАРА

С.В. Субачев, ученый секретарь, к.т.н., доцент

А.А. Субачева, доцент, к.п.н.

Уральский институт ГПС МЧС России, г. Екатеринбург

Классическая интегральная математическая модель пожара представлена системой обыкновенных дифференциальных уравнений, описывающих изменение среднеобъёмных параметров состояния газовой среды в помещении в процессе развития пожара. Они вытекают из фундаментальных законов природы - первого закона термодинамики для открытой термодинамической системы и закона сохранения массы [1].