АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ...

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Владимирский государственный университет

имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ

Материалы Всероссийской молодежной интернет-конференции

с международным участием 5-6 июня 2014 года

г. Владимир

Владимир 2014

2

Редакционная коллегия:

В.Ф. Коростелев, ответственный редактор, зав.кафедрой АТП А.В.Бакутов, к.т.н., доцент АС.Литвинов, аспирант кафедры АТП А.Е.Большаков, аспирант кафедры АТП М.С.Денисов, аспирант кафедры АТП А.А.Лебедева, секретарь ред. коллегии Актуальные проблемы автоматизации технологических процессов: Материалы Всероссийской молодежной интернет-конф./Владимир. гос. ун-т. Владимир, 2014. 138с. ISBN 978-5-88636-11 Представленные в данном издании материалы молодежной интернет-конференции охватывают широкий спектр вопросов, связанных с технологией обработки и автоматизацией машиностроительного производства. Заслуживает внимания, что в сборник вошли статьи бакалавров и магистрантов без соавтором. Разнообразие тематики и научный уровень таких статей наилучшим образом характеризует сложившуюся в машиностроении ситуацию как с точки зрения разработки новых путей и подходов к их решению. При всем многообразии и разноплановости публикуемых материалов характерным для них признаком являются желание авторов провести исследование, получить новый научный результат. В какой степени эта цель достигнута, покажет время или дальнейшее развитие исследований. За редким исключением молодые авторы публикаций проявили высокий уровень знаний в конкретной области, способность ставить задачи, разрабатывать методики исследования, проводить анализ полученных результатов, синтезировать новые решения. Опубликованные материалы представляют интерес для широкого круга специалистов, для студентов-бакалавров и магистрантов по направлениям подготовки, связанным с технологией машиностроения и автоматизации производственных процессов. ISBN 978-5-88636-11 © Владимирский государственный университет, 2014

3

Уважаемый читатель!

Вашему вниманию представлены Материалы всероссийской молодежной

интернет-конференции, посвященной актуальным проблемам автоматизации

технологических процессов на современном этапе.

Это третья по счету конференция, которая, так же как и первая

предназначена для открытого общения, обсуждения и дискуссий в основном

бакалавров и магистров, вступающих на сложный, но, безусловно,

благодарный путь научных исследований и изысканий.

Организаторы конференции и на этот раз воздержались от рецензирования

и правки текстов, предоставив тем самым возможность опубликовать работы

в авторской редакции. Видимо, эту позицию следует пересмотреть. В одном

сборнике представлены работы различного научного уровня и различной

практической значимости. Есть и такие статьи, смысл и значение которых

четко не определены. Поэтому, предоставляя Вашему вниманию

опубликованные материалы, хочу заверить, что, преследуя цели поддержать

молодых научных работников, направить их на путь строго научной этики,

достоверного и четкого изложения результатов исследований, в дальнейшей

работе нами будут приняты надлежащие меры по редактированию и

рецензированию статей и докладов конференции.

По поручению редакционной коллегии

В.Ф. Коростелев

4

СОДЕРЖАНИЕ

Сысоев С.Н., Литвинов И.С., Юнцзе Цао. Захватное корректирующее

устройство ……………………………………………………………………… 8

Романова А.Н. Разработка проекта системы управления станции

биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод …………….. 11

Сысоев С.Н., Столяров А.В. Исследование однорычажного

корректирующего модуля ……………………………………………………. 15

Сысоев С.Н., Претека Н.В., Кочеровский А.М. Электромагнитное

захватное устройство агрегатно-модульного типа ………………………… 19

Ли Тао. Тracing car control system design …………………………………… 22

А.Н.Шлегель, Гусев Д.С. Автоматизация процесса наплавки на базе

АТЛК с применением лазера МКТЛ-1500 …………………………………. 26

Мелентьева Н.М. Автоматизация процессов механобработки с учетом

оценки состояния технологической системы ……………………………. 30

Мелентьева Н.М. Информационное сопровождение продукции на этапе

производства в концепции CALS ………...…………………...…................ 34

Сысоев С.Н., Рязанов А.А., Столяров А.В., Литвинов И.С.

Однорычажный корректирующий модуль ………………………………... 37

5

Гришанова Ю.О. Автоматизация контроля технического состояния букс

в подвижном составе ………………………………………………………..... 41

Шевцов С.Н., Багаутдинов А.М. Разработка математической модели

управления сложным динамическими объектами на основе теории

вероятностных конечных автоматов ………………………………………… 44

Сысоев С.Н., Болдов Р.А. Устройство выдачи тонких листовых изделии.. 45

Бастрыков Д.В. Исследование зависимости температурного

распределения в металлической форме от наложения давления ………….. 48

Романенко И.И. Новые подходы преподавания графических дисциплин

по направлению «автоматизация технологических процессов

и производств» при переходе на стандарты нового поколения ………….. 51

Коннова Т.А. Автоматизированное формирование конструкторских

документов ………………………………………………………………………… 53

Кондратьева Н.Е. Методика упрощенного построения линии

пересечения поверхностей вращения способом концентрических

сфер (СКС) ……... ……………………………………………………………. 57

Иванов А.Ю. Особенности изучения инженерной и компьютерной

графики для прикладного бакалавриата по направлению подготовки

«автоматизация технологических процессов и производств» …………….. 60

6

Гавшин В.В., Буравлева Е.В. Предварительное изучение студентами

позиционных задач проективной геометрии для успешного освоения

дисциплины «Начертательная геометрия и инженерная графика»

(НГ и ИГ) ……………………………………………………………………… 63

Бутузова Г.Н. Эргономика в дизайн-проектированиии промышленных

изделий и технологических процессов …………………………………….. 69

Абарихин Н.П. Методика изложения темы «точка, прямая» курса

«Начертательная геометрия» с использованием пространственных

форм …………………………………………………………………………… 73

Качак В.В. Фильберт JI.В. Проблемы управления инновациями в

промышленности……………………………………………………………….77

Рассказчиков Н.Г.,Трофимов И.В., Малкеров А.К., Осипов А.М., Холин

М.Н. Анализ инфракрасных изображений для диагностики и

прогнозирования технического состояния объектов…………...……………89

Романова А.Н. Использование GSM технологий для организации сбора

данных………………………………………………………………………….91

Чистов К.М. Исследование влияния режимов работы машины для литья

под давлением на качество отливок………………………………………….94

7

Денисов М.С., Бастрыков Д.В. Программный комплекс для измерения

тепловых процессов, протекающих в нестационарных режимах……...….101

Очинников В.А. Автоматизированная система сушки древесины………..106

Зорин К.С. Проектирование автоматизированных систем управления

вентиляцией…………………………………………………………………...122

Гольцов К.В. Применение САПР для проектирования систем

видеонаблюдения……………………………………………………………..130

8

С.Н.Сысоев, И.С.Литвинов, Юнцзе Цао Владимир, ВлГУ

ЗАХВАТНОЕ КОРРЕКТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Сборочные операции является завершающим этапом производственного

цикла в различных отраслях промышленности, от эффективности сборки

зависит целый ряд факторов, которые в конечном итоге определяют качество

готовой продукции.

Важным направлением развития технологий и оборудования автома-

тизированного сборочного производства является разработка корректирую-

щих устройств с целью компенсации погрешности позиционирования сопря-

гаемых изделий.

С точки зрения простоты конструкции и управления наиболее эффек-

тивными являются устройства с пассивной и комбинированной адаптацией

сборки. Устройства с пассивной адаптацией показывают недостаточную

функцииональную надежность и обладают низкой производительностью, так

как используют вероятностные методы сопряжения изделий. Поэтому инте-

рес представляют устройства с комбинированной адаптацией, где исполь-

зуются причинные взаимосвязи между физическими явлениями, происходя-

щими в технологическом процессе [1].

Анализ корректирующих устройств в области машиностроения и робото-

строения показал наличие эффективных решений при выполнении сбороч-

ных операций для устранения рассогласования взаимного расположения

сопрягаемых изделий типа вал-втулка. Однако данные устройства приме-

няются только для ситуации изменения положения вала относительно втулки

и не применимо для коррекции положения изделия типа втулка при его

сопряжении с изделием типа вал. В устройствах [2] используется закономер-

ность: направление перекоса вала, возникающего при сопряжении, соответ-

9

ствует с направлением требуемого смещения вала относительно втулки. В

процессе сопряжения изделий типа втулка-вал – противоположная законо-

мерность. Кроме этого шаг корректирующего движения в таких устройствах

незначителен, что ограничивает их быстродействие.

Во Владимирском государственном университете разработано устройство

(рис.1) коррекции положения сопрягаемых изделий, позволяющее решить

данные задачи.

а) б)

Рис. 1. Схемы коррекции положения изделий при сборе изделий типа втулка-вал:

а) в исходном положении; б) в процессе коррекции.

Устройство состоит из привода линейного перемещения рабочего органа

1, на котором шарнирно закреплен захват 2 с захваченным изделием 3 для

установки на вал 4, установленный на рабочей поверхности 5. Захват соеди-

нен с рабочим органом через рычаги 6 и 7, последовательно установленные и

шарнирно соединенные с возможностью перекоса и подпружинено относи-

тельно среднего положения. Длина рычага, закрепленного на подвижном

рабочем органе, меньше рычага, соединенного с захватом.

10

При перемещении рабочего органа в направлении сопрягаемого изделия, в

случае рассогласования их взаимного положения возникает перекос изделия

3, а далее – увеличивается величина углов наклона рычагов и разница в их

длине приводит силовому воздействию на изделие в направлении требуемой

коррекции положения. Захват сдвигает изделие вправо (рис. 1б). Данное

перемещение изделия приводит к выполнению требуемой коррекции его

положения.

Устройство позволяет повысить быстродействие за счет увеличения шага

коррекции положения изделия. Если величина требуемого корректирующего

смещения изделия не обеспечивается характеристиками конкретного захват-

ного модуля, то процесс коррекции повторяется методом многократной

коррекции.

Литература

1. Сысоев С.Н. Устройства коррекции положения сопрягаемых изделий

С.Н. Сысоев / Прогрессивные технологии в машиностроении: сборник науч.

труд. – Ковров: ФГОУ «КГТА им. В.А. Дегтярева», 2013, – с. 71-80.

2. Пат. № 128150. Российская федерация, МПК B25J 15/06. Захватный

корректирующий модуль / Сысоев С.Н., Столяров А.В. – №2012152328;

заявл. 5.12.12; опубл. 20.05.13. –3с.

11

А.Н.Романова Владимир, ВлГУ

РАЗРАБОТКА ПРОЕКТА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СТАНЦИИ

БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ХОЗЯЙСТВЕННО-БЫТОВЫХ

СТОЧНЫХ ВОД

Важным, опасным и почти повсеместным источником загрязнения

водоемов являются неочищенные или недостаточно очищенные хозяйст-

венно-бытовые сточные воды. Они образуются в населенных пунктах при

использовании питьевой воды для физиологических нужд, бытовой и хозяй-

ственной деятельности человека. Часть микроорганизмов, заполняющих

сточные воды, являются патогенными бактериями такие как: холера, дизен-

терия и иные виды желудочно-кишечных заболеваний. Поэтому подавляю-

щее большинство сточных вод представляет собой потенциальную угрозу

для человека.

Процедура очистки сточных вод обычно состоит из нескольких этапов:

механическая очистка стоков;

биологическая очистка;

физико-химическая очистка;

дезинфицирование сточных вод.

На рис. 1 представлена структурная схема станции очистки хозяйственно-

бытовых сточных вод села Куюмба Эвенкийского района.

Данная станция состоит из независимых узлов, имеющих свою локальную

систему автоматизации (ЛСУ). В состав различных узлов входит такое

электрооборудование как насосы, мешалки, воздуходувки, затворы с электро-

приводом и т.д. Узлы оснащены датчиками температуры, уровня, давления,

рН, расходомерами и другими контрольно-измерительными приборами.

Особенность управления процессом очистки по данной схеме можно про-

12

следить на примере узла дозирования реагентов. Его функциональная схема

системы автоматизации показана на рис. 2.

Рис.1 Структурная схема станции очистки хозяйственно-бытовых сточных вод

Рис. 2 Функциональная схема узла приготовления и дозирования реагентов.

Узел механической

очистки

Узел усреднения

Узел обогрева воды в зимнее

время

Технологический приямок

Узел биологической

очистки №1Узел доочистки

Узел промывной

воды

Узел зернистых и адсорбционных

фильров

Узел приготовления и дозирования реагентов №1

Узел подачи теплоносителя

Узел обеззараживания

Узел уплотнения и стабилизации активного ила

Узел обезвоживания

Исходная вода Очищ. вода

Обезв. осадокУзел подачи

воздуха




13

Задачей узла является непрерывное и своевременное дозирование реаген-

тов в технологический процесс, что и осуществляется с помощью насосов.

При достижении нижнего уровня в одной емкости происходит переключение

на дозирование из другой емкости. Для информирования о данном событии в

АСУ формируется соответствующий сигнал. Мешалки используются для

приготовления раствора. Для данного узла запроектированы: контроль ниж-

него уровня в емкостях и управление насосами от поплавковых переключате-

лей «Акватрол»; контроль давления после насосов манометром «Манотомь».

В состав станции входит более 20 узлов, расположенных на разных этажах

здания. Каждый узел имеет свою, отличную от других узлов, систему

управления. Вследствие этого, оператору затруднительно своевременно

получить информацию для управления оборудованием станции.

В ходе проектирования требовалось разработать такую систему управле-

ния, которая бы координировала и согласовывала работу всех технологичес-

ких узлов, сохраняя ЛСУ каждого узла. Для этого было необходимо органи-

зовать передачу данных между шкафами управления узлами и шкафом об-

щей автоматизации, таких как авария и работа электрооборудования, его

дистанционный пуск/стоп, технологические параметры (уровень, расход,

давление) и т.д.

Кроме того были разработаны алгоритмы работы станции и создана АСУ

на базе контроллерного оборудования фирмы «Omron»: программируемый

логический контроллер серии CJ2M (ПЛК), модули дискретного ввода и

вывода, модули аналогового ввода, устройство человеко-машинного интер-

фейса NB7W (HMI). Контроллеры данной серии обеспечивают высокую

производительность процессора и быструю реакцию устройств ввода/вывода.

Также рассмотрена возможность передачи информации о работе установки

на более высокий уровень диспетчеризации посредством интерфейса

Ethernet.

14

На последующих этапах разработки проекта предполагается создать

программы для ПЛК и HMI с использованием специализированного програм-

много обеспечения «CX-Programmer» и «NB-Designer». «CX-Programmer»

позволяет программировать, редактировать программу, а так же конфигури-

ровать контроллеры и периферийное оборудование. «NB-Designer» является

простой, удобной и надежной программой с интерфейсом, позволяющим

максимально ускорить создание эргономичных экранов для операторов

машин.

Запроектированная система автоматизации позволяет «разгрузить» опера-

тора, управляя электрооборудованием по заданным алгоритмам, удобна для

отображения, регистрации технологических параметров работы станции, и

как следствие, предупреждает возникновение аварийных ситуаций. Недос-

татком данного проекта следует считать отсутствие автоматического конт-

роля состава воды в местах отбора проб.


1. Промышленная автоматизация OMRON [Электронный ресурс]

URL:http://industrial.omron.ru/ru/products/catalogue/automation_systems/progra

mmable_logic_controllers/default.html (Дата обращения: 01.06.2014).

15

С.Н.Сысоев, А.В.Столяров Владимир ВЛГУ

ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОРЫЧАЖНОГО КОРРЕКТИРУЮЩЕГО

МОДУЛЯ

Предлагаемое устройство относится к области машиностроения, робото-

строения и может использоваться при выполнении сборочных операций для

устранения рассогласования взаимного расположения сопрягаемых изделий.

Наиболее эффективно применение устройства для коррекции положения

плоских изделий при их установке на поверхность, ограниченную штифтами

с использованием вакуумных или электромагнитных захватов.

Устройство состоит из привода линейного перемещения рабочего

органа 1, на котором подпружинено пружинами 2 закреплен рычаг 3, связан-

16

ный с захватом 4 пружинами 5. Захват представляет собой вакуумный захват,

работающий с изделием 6 для сопряжения его с рабочей поверхностью 7,

ограниченной штифтами 8.

Устройство работает следующим образом. В исходном положении

исполнительный орган 1 привода перемещения захвата занимает крайнее

верхнее положение. Захват удерживает изделие.

По команде «установить изделие», которое смещено от требуемого поло-

жения на величину А, выполняется функция опускания захвата с изделием на

рабочую поверхность.

Перемещение изделия в направлении рабочей поверхности приводит к его

касанию штифта, расположенного со стороны смещения изделия. Силовое

взаимодействие изделия с штифтом приводит к перекосу захвата и рычага в

направлении требуемого смещения изделия. Дальнейшее перемещение при-

вода приводит силовому воздействия на изделие в направлении требуемой

коррекции положения. Захват сдвигает изделие вправо (фиг.В). Перемещение

изделия приводит к выполнению требуемой коррекции его положения.

Сокращение количества рычагов до одного значительно упрощает конст-

руктивное выполнение устройства. Кроме этого, так как вся длина рычага, а

не разница длин рычагов, используемых в прототипе, определяет величину

шага коррекции, повышается быстродействие за счет увеличения шага

коррекции положения изделия.

Если величина требуемого корректирующего смещения изделия не обес-

печивается характеристиками конкретного захватного модуля, то процесс

коррекции повторяется методом многократной коррекции.

Приняты следующие допущения: рассматривается плоская схема устрой-

ства, упругие моменты в шарнирах пропорциональны углам поворота

соответствующих звеньев друг относительно друга, силами трения, а так же

силами тяжести, действующими на звено 1 и пластину пренебрегаем. Про-

17

цесс работы устройства рассматривается статически. То есть перемещения

звеньев происходят с малыми скоростями, в результате чего силы инерции,

действующие на звенья механизма, малы, и ими можно пренебречь. Таким

образом, в любой момент времени звенья механизма будут находиться в

условиях статического равновесия.

Величины R, L, x рассматривались в диапазоне: R – от 10мм до 100мм,

L – от 10мм до 150мм, x – от 1мм до 5мм. Высота штифтов h фиксирована и

равна 10мм, ∆L - 2мм.

Введем следующие обозначения (см. рис. 1 и 2):

,– длина рычага;

,с2 – жесткости упругих элементов;

a– расстояние от оси устройства до ограничительного штифта;

b– высота штифта;

d– расстояние от оси схвата до «короткого» края пластины;

18

А – величина смещения;

S – длинна изделия.

Положение звеньев будем задавать углами – ,φ2 (рис. 2). На рисунке

показано положительное направление отсчета углов.

В работе устройства можно выделить 2 характерных этапа.

1 этап – пластина касается только ограничительного штифта в точке С.

2 этап – пластина касается и ограничительного штифта в точке С и

поверхности приспособления в точке E.

Величины L1, L, A рассматривались в диапазоне: L1 – от 10мм до 100мм,

S – от 10мм до 150мм, A – от 1мм до 5мм. Высота штифтов h фиксирована и


Существуют следующие зависимости между параметрами системы:

ХВ= L1 · sinφ1; УВ= YA- L1 · cosφ1 ;

LBC= 22 )()( СВСВ YYXX

XC= - a ; УС = b

Sinψ=h / LBC

LCD= 22 HL BС = LBC ·cosψ

LAC= 22 )(( САС YYX

α= φ2 - φ1


1. Пат. № 128150. Российская федерация, МПК B25J 15/06 Захватный

корректирующий модуль / Сысоев С.Н. Столяров А.В. Начало действия

патента: 5 Декабря, 2012; Дата публикации:20 Мая, 2013

2. Актуальные проблемы автоматизации технологических процессов:

Материалы Всероссийской молодежной интернет конф.17-19 апреля 2013 г.

г. Владимир/ Владим. гос. ун-т. Владимир, 2013. -128 с.

19

С.Н.Сысоев, Н.В.Претека, А.М.Кочеровский Владимир, ВлГУ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ЗАХВАТНОЕ УСТРОЙСТВО

АГРЕГАТНО-МОДУЛЬНОГО ТИПА

С появлением нового класса приводов колебательно-маятникового типа,

способов позиционирования исполнительного органа появилась возможность

существенного сокращения времени транспортировки обрабатываемых изде-

лий. Задача по сокращению вспомогательного времени сводится к повыше-

нию быстродействия захватных механизмов.

Для дальнейшего существенного сокращения вспомогательного времени

необходимо создание новых быстродействующих захватных устройств, обес-

печивающих максимально возможную скорость выполнения операций зах-

вата и установки транспортируемого изделия.

Одним из путей решения является построение механизмов на агрегатно-

модульной основе.

Современные электромагнитные захватные агрегатные модули представ-

ляет собой систему двух приводов: электромагнитный захват и привода его

перемещения. В разработанном сравнительно недавно в ВлГУ устройстве

[1, 2] в качестве привода перемещения был использован соленоид. Недос-

татком данного устройства является незначительный ход перемещения под-

вижного рабочего органа. Данный недостаток устранен в устройстве (рис.1),

в котором в качестве приводного механизма применен электродвигатель

постоянного тока.

Устройство состоит из электромагнитного захвата 1, закрепленного на

подвижном рабочем органе 2 с нормально замкнутым датчиком 3 верхнего

конечного положения. Выходной вал электродвигателя 4 соединен с подвиж-

ным рабочим органом через передачу шестерня-рейка. Силовая обмотка

20

электродвигателя соединена с энергопитанием через кнопку 5, выпрямители

6 и 7, ключ 8, разделительные диоды 9 и 10. Электромагнитный захват

выполнен в виде П-образного магнитопровода, на разных концах которого

расположены первичная 11 и вторичная 12 обмотки, с функцией повышаю-

щего трансформатора при замыкании магнитопровода изделием 13.

Рис.1 Схема электромагнитного захватного

агрегатного модуля.

Электромагнитный захватный агрегатный модуль работает следующим

образом.

В исходном положении электромагнитный захват занимает крайнее верх-

нее положение при котором включен датчик 3, а контакт QS1 разомкнут.

Ключ 8 – в положении 0 и энергопитание отключено.

При подаче команды «взять» изделие 13 ключ 8 и кнопку 5 замыкают. При

этом появляется энергопитание переменного тока на первичной обмотке 11 и

через, выпрямитель 7 и диод 9, энергопитание постоянного тока на силовой

21

обмотке электродвигателя 4. Выполняется процесс опускания подвижного

рабочего органа 2 и срабатывает датчик 3, замыкаются контакты QS1.

Выключают кнопку 5.

При походе к изделию и касании торцевых поверхностей П-образного

магнитопровода изделие 13 замыкает магнитное поле на концах магнито-

провода. Выполняется функция захвата изделия 13. Во вторичной обмотке

возникает электрическое напряжение большей величины, чем в первичной.

Электрическое напряжение с вторичной обмотки 12 подается на силовую

обмотку электродвигателя через выпрямитель 6 и диод 10. Причем энерго-

питание электродвигателю подается в полярности противоположной перво-

начальному, так как диод 9 запирается более высоким напряжением с выпря-

мителя 6. Это приводит к торможению ротора электродвигателя и реверсиро-

ванию направления его вращения. Выполняется функция подъема изделия

перемещением подвижного рабочего органа вверх.

При достижении крайнего верхнего положения включается датчик 3,

размыкается контакт QS1, отключая энергопитание электродвигателя. Оста-

навливается подвижный рабочий орган и функция опускания, захвата и

подъема изделия заканчивается.

Функция отпускания изделия осуществляется путем размыкания ключа 8.

Отключается энергопитание электромагнитного захвата, приводящее к сня-

тию усилия удержания изделия.

Таким образом, данное устройство расширяет области применения

устройства путем увеличения величины хода перемещения подвижного рабо-

чего органа, сохраняя высокое быстродействие за счет одного сигнала управ-

ления на выполнение функции «взять» изделие, а также автоматическое

выполнение требуемой величины хода электромагнита, возможность конт-

роля выполнения функции «взять» изделие. Если изделие по какой-то при-

22

чине не будет захвачено или прекратится его контакт с магнитопроводом, то

электромагнитный захват не займет свое крайнее верхнее положение


1. Сысоев С.Н., Черкасов Ю.В. Агрегатно-модульное захватное устрой-

ство робота / С.Н. Сысоев, Ю.В. Черкасов // Механизация и автоматизация

производства. – 1987. – № 1.

2. Пат. 116086 Российская Федерация, МПК3 B 25J 15/06. Электромаг-

нитный захватный агрегатный модуль/ Сысоев С.Н., Черкасов Ю.В., Претека

Н.В., Шабаев В.А. – № 2011154227/02; заявл. 28.12.2011; опубл. 20.05.2012.

Ли Тао Владимир, ВлГУ

TRACING CAR CONTROL SYSTEM DESIGN

Abstract

Intelligent vehicle is the research field of the world vehicle hot and

automobile industry a new growth point. Future vehicles must be intelligent

vehicle. Therefore, intelligent vehicle is the future of the people life important

carrier. Therefore it is necessary to study on the intelligent vehicle. The tracing car

system was designed which contained a Freescale MC9S12XS128 core, achieved

track information through a CMOS camera. This design mainly involves the

adjustments of mechanical structure, control technique of microchip, PID control

etc. Then, advantages and shortcomings of different schemes were compared.

Incremental PD controller was used to realize closed loop control of steering

engine and position type PID controller was used to realize closed loop control of

DC motor. Meanwhile, the control system received signals of the camera and the

23

code wheel at suitable time. Instead of regulating PID parameters by operators, a

method of determining PID parameters through Mathematical Modeling and

emulation was introduced in order to reduce blindness, moreover, the design

introduced a reliable method of distinguishing starting line which was aimed at the

low discrimination of starting line.

The overall scheme

Block diagram of structure

Figure 1. Block diagram of structure.

The system of tracking car is consist of the block of microprocessor-board,

the block of steering motor controlling, the block of DC-motor driving, the block

of camera collection ,the block of debugging, the block of speed detection and the

block of power supply.

Objects control methods

The objects needed to be controlled are CMOS camera, DC motor, steering

motor and optical speed encoder.

Control of CMOS camera

The LM1881 Video sync separator extracts timing information including

Microprocessor-board block

Speed detection

block

DC-motor driving block

Steering motor

controlling

Power supply block

Camera collection

block

Debugging block

24

composite and vertical sync, burst/back porch timing, and odd/even field

information from standard negative going sync PAL video signals with amplitude

from 0.5V to 2V p-p. According to burst timing information we can judge which

fragments are useful signals. Burst output signal such as Figure 2. Vertical sync

output signal such as Figure 3.

Figure 2. Burst output signal.

Figure 3. Vertical sync output signal.

According to figures, the interval time of vertical sync output signal is 20ms.

When the signal comes, that means a new field comes and wait for the first burst

output signal, after the first burst output signal comes useful video signals which

should be handled by analog to digital converter, when the next burst output

signal comes, that means datum of a line already scanned. Then, the next period

comes.

Analog steering motor control

25

Steering motor can be divided to analog steering motor and digital steering

motor, as to control system, the difference between them is frequency of control

signal. Analog steering motor needs 50HZ signal，digital steering motor needs

300HZ signal or higher .

Same as controlling of steering motor, controlling of DC-motor also use

PWM signals.

Input voltage(Ud) of DC-motor is related to duty cycle.

UUd —PWM duty cycle;

U —battery voltage, 7.2V;

Freescale H-bridge microchip MC33886 was choosed to drive DC-motor.

Set PID parameter

This part contain DC-motor modeling, experiment of data collection, analyze

data with help of MATLAB and finish DC-motor modeling in SIMULINK. Then,

we can make a better PID parameter according to results of SIMULINK.

Speed detection

The design use code wheel and a pair of infrared ray launch/receive tubes for

each motor as speed detection block, axle of code wheel stays the same with the

axle of motor and rotate together. Then, we can get pulse signal. Counter in the

microprocessor can execute pulse count.

Tracking method design

The algorithm can calculate the black line center point in each line and save

the point’s column number. Then, we get a consecutive line through every center

point. After this, the algorithm divide image(55*55) into two pieces: first half

image and second half image, at each image can calculate curvature. According to

differential value of first half image curvature and second half image curvature,

kinds of track can be distinguished: straightaway, curve, S curve.

So the next task is motor control. Input of steering motor such as setting value

26

of PD controller, the value is column differential of track point and image center

point(column number 55/2=27), track point is one of black line center points which

line number = current speed/max speed *55, mean that if speed higher, then track

point farther. Input of DC-motor such as setting value of PID controller, through

DC-motor mathematical modeling, experiment and simulation in MATLAB, we

can find suited PID parameters, parameters in straightaway and curve have

differences.

Literature

1. http://wenku.baidu.com/view/9edb53ce0508763231121269.html.

2. http://download.csdn.net/detail/shuiyu5517/3393262.

3. http://www.znczz.com/forum.php?mod=viewthread&tid=547.

4. http://www.znczz.com/thread-10973-1-1.html.

А.Н.Шлегель, Д.С.Гусев Владимир, ВлГУ

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА НАПЛАВКИ НА БАЗЕ АЛТК

С ПРИМЕНЕНИЕМ ЛАЗЕРА МКТЛ-1500

В производстве стекольной тары одним из важнейших элементов техно-

логического оснащения является формооснастка для литья стеклопосуды,

изготавливаемая из чугуна и работающая в особо сложных условиях. Наи-

большему износу подвержены рабочие кромки формующей полости стекло-

форм, испытывающие выгорание углерода в чугуне и его выкрашивание под

воздействием высоких температур, а также абразивный, адгезионный, высо-

котемпературный окислительный, усталостный износ[1, 3].

27

В результате проведенного информационного обзора существующих

способов упрочнения рабочих кромок и проведенных сравнительных иссле-

дований [2] был выбран метод газопорошковой лазерной наплавки.

Получение равномерного по толщине наплавленного слоя с предвари-

тельным нанесением порошка на подложку вручную − трудоемко, поэтому

необходимо регулировать подачу порошка непосредственно во время про-

ведения лазерной наплавки. С этой целью необходимо использовать автома-

тизированный дозатор-питатель с коаксиальной подачей порошка в зону

наплавки, включающий: узел дозирующего устройства с обратной связью по

положению дроссельной заслонки; узел перемешивания порошка для пре-

дотвращения слипания; узел расхода газа с обратной связью по положению

дроссельной заслонки; механический юстировочный узел.

По результатам исследований была разработана система автоматичес-

кого управления процесса наплавки на базе АЛТК с применением CO2-

лазера МКТЛ-1500. Структурная схема, разработанной системы управления

АЛТК представленная на рис.1, работает следующим образом. На ЭВМ

пишется управляющая программа, в которой задаются основные параметры

обработки: температура наплавки, скорость перемещения луча, мощность

лазерного излучения и диаметр лазерного луча. Поступивший от ЭВМ сигнал

обрабатывается в ЧПУ, которое задает необходимые показатели мощности

источнику питания высокого напряжения, поступающего в блок генерации

луча, который вырабатывает лазерное излучение требуемых параметров.

Система транспортировки и фокусировки излучения обеспечивают необхо-

димое движение луча лазера относительно детали с необходимой скоростью

обработки. Информация о температуре упрочняемой поверхности в ходе

обработки поступает через пирометр в ЧПУ и позволяет корректировать

мощность излучения лазера и скорость вращения приводов (скорость пере-

мещения луча), в режиме реального времени. Для визуализации процесса

28

применена видеокамера, выводящая изображение на экран пульта управле-

ния, что позволяет следить за ходом обработки в удобной для оператора

форме. Подача порошка в зону обработки осуществляется с помощью авто-

матизированного дозатора-питателя, управляемого ЭВМ.

Рис.1. Структурная схема автоматизированного технологического комплекса

для наплавки на базе CO2- лазера МКТЛ-1500:

ДШ1…ДШ3 – шаговые двигатели осей вращения манипулятора луча; ДШ4,ДШ5 –

шаговые двигатели поворота сопла манипулятора луча; ДШ6, ДШ7 – шаговые двигатели

осей вращения горизонтального вращателя; ДШ8 – шаговый двигатель оси вращения

вертикального вращателя; ДШ9 – двигатель для перемешивания; ДШ10, ДШ11 –

шаговые двигатели перемещения дроссельных заслонок; обратная связь,

осуществляемая по: s – положению, «0» - обнуление координат (репер);

КВ1…КВ6 – концевые выключатели.

Отличительной особенностью разработанной системы является наличие

быстродействующего датчика температуры - пирометра модели Кельвин

29

АРТО 1800 с коротким временем реакции, работающего в коротких длинах

волн спектра, технические характеристики которого приведены в табл. 1.

Таблица 1

Технические характеристики пирометра модели Кельвин АРТО 1800

Диапазон измерения температур видимой поверхности 600° … 1800°С

Установка излучательной способности измеряемой

поверхности 0,01 … 1,00

Время измерения температуры 0,15 с

Диапазон рабочих температур (температура

окружающего воздуха) -20° … 70°С

Показатель визирования 1 : 200

Выходной цифровой интерфейс RS-232 9600 бод

Степень защиты от пыли и влаги IP65


1. Технологические процессы лазерной обработки: учеб.пособие /

А.Г.Григорьянц, И.Н.Шиганов, А.И.Мисюров; под ред. А.Г.Григорьянца. -

М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2006 (М.) . - 663 с.

2. Шлегель А.Н. Разработка структуры АЛТК для лазерной наплавки

Актуальные проблемы автоматизации технологичесикх процессов:

материалы Всероссийской молодежной интернет-конф., 17-19 апр. 2013 г.,

г.Владимир / Владим. гос. ун-т. Владимир, 2013. 124-127 с.

3. Шлегель А.Н. Результаты лазерного упрочнения деталей формовых ком-

плектов стеклоформующих машин изготовленных из различных чугунов.

Материалы всероссийской научно-образовательной конференции «Машино-

30

строение – традиции и инновации» (МТИ-2011). Сборник докладов. – М.:

МГТУ «СТАНКИН», 2011. – 228 с.

Мелентьева М.Н. Владимир, ВлГУ

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ МЕХАНОБРАБОТКИ

С УЧЕТОМ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ

СИСТЕМЫ

Многономенклатурное мелкосерийное производство характеризуется

большим числом партий небольшого размера различных деталей. Повы-

шение производительности таких производств невозможно без предвари-

тельной подготовки производства на основе анализа технологических про-

цессов изготавливаемой номенклатуры изделий, используемой оснастки и

инструмента, а также оценки состояния технологической системы[1].

Одним из перспективных путей снижения производственного цикла

изготовления деталей в многономенклатурном производстве является сокра-

щение организационных простоев оборудования, путём сокращения подго-

товительно-заключительного времени в соответствии с текущим состоянием

технологической системы. Задача построения расписания (планирования)

обработки n деталей на m станках, известная как задача Джонсона, по имени

автора, предложившего простой алгоритм поиска оптимальной последо-

вательности запуска деталей в обработку для двух и, в частном случае, трех

станков, относится к классу экстремально - комбинаторных задач и является

одной из сложнейших оптимизационных задач[2]. Сложность задачи заклю-

чается в том, что для ее точного решения алгоритмов не найдено, но

существуют алгоритмы, которые позволяют найти допустимое решение.

31

Представляется возможным сократить затраты подготовительно-заключи-

тельного времени на переналадку оборудования, а также снизить уровень

брака при пробной обработке в виду сокращения демонтажа элементов

оснастки, оставшейся от предыдущей операции, тем самым повышая

качество продукции [3].

В работе рассматривается задача сокращения подготовительно-заключи-

тельного времени в условиях многономенклатурного мелкосерийного произ-

водства на основе управления ТП изготовления партий деталей в заданные

сроки с учетом оценки состояния комплектации оборудования требуемой

технологической оснасткой от предыдущей партии деталей.

На основе ограниченного числа оборудования, производственные задачи

можно разделить на две части: во-первых, анализ состояния техно-

логической системы в части комплектации оборудования технологической

оснасткой; во-вторых, построение последовательности выполнения операций

с учетом использования оснастки от предыдущих для выполнения

последующих.

Группировка партий деталей производится следующим образом:

1. Выбор партий деталей, которые могут пройти обработку на данном

станке с ЧПУ;

2. Выбор интервала времени, в котором должна быть обеспечена

обработка;

3. Выбор из партий деталей наиболее трудоемких элементов

переналадки;

4. Объединение партий в группы с учетом их на данной группе

оборудования и сроков выполнения операции.

На рис.1 представлена диаграмма работы на шести станках с учетом

переналадки. На рис.2 дана диаграмма работы оборудования после перепла-

нирования. Отсюда видно, что сокращено число рабочих и исключена воз-

32

можность простоя оборудования.

Рисунок 1

Рисунок 2

Следовательно, можно сделать вывод, что эффективность работы

оборудования с ЧПУ, в условиях мелкосерийного производства, можно обес-

печить путем анализа состояния технологической системы и управления

33

последовательностью выполнения операций партий деталей с учетом

использования оснастки от предыдущих для выполнения последующих.

Время переналадки оборудования не может оставаться постоянной

величиной. При переналадке оборудования для изготовления последующих

партий деталей с учетом установленной оснастки от предыдущих партий

обеспечивается сокращение времени переналадки, повышается эффектив-

ность работы оборудования, сокращается число наладчиков и повышается

качество выпускаемой продукции.


1. Домбрачев А.Н., Коршунов А.И., Якимович Б.А. Автоматизированная

система определения прогнозной трудоемкости изделий инструментального

производства на основе метода оценки сложности. // Известия ТулГУ. Серия.

Технологическая системотехника. Вып. 2. Труды второй международной

электронной научно-технической конференции «Технологическая системо-

техника» 2003. – Тула: Изд-во ТулГУ, 2004 – С. 271-276.

2. Козловский В.А. Производственный менеджмент, Москва 2003 г.

3. http://sib-eng.ru/

34

Мелентьева М.Н. Владимир, ВлГУ

ИНФОРМАЦИОННОЕ СОПРОВОЖДЕНИЕ ПРОДУКЦИИ

НА ЭТАПЕ ПРОИЗВОДСТВА В КОНЦЕПЦИИ CALS

Современное производство в большинстве случаев является много-

номенклатурным, мелкосерийным производством требующие в заданные

сроки с требуемым качеством выпускать несколько изделий различного

назначения. Каждое предприятие стремится добиться снижения затрат и

себестоимости продукции, сократить сроки выпуска новых изделий и

повысить собственную конкурентоспособность[2].

Эффективность функционирования современного промышленного

предприятия определяется системой управления и во многом системой

оперативно-производственного планирования. Вопрос создания автоматизи-

рованной системы оперативно-календарного планирования рассматривается

работах [1].

На основе предложенных в работе методов и разработанных алгоритмов

была разработана автоматизированная система. Она выполняет следующие

функции, такие как: обеспечение ввода, хранения и редактирования инфор-

мационно-справочной информации; расчет месячных планов производствен-

ного участка на основе различных приоритетов; расчет сменно-суточных

заданий подразделениям цеха; проверка разработанных планов на выполни-

мость в отведенные промежутки времени и т.д.

И хотя это даёт какой-то эффект, его нельзя рекомендовать на другие

предприятия. Данная система охватывает лишь часть процессов,

существующих на предприятии.

Альтернативой такого метода является использование PDM- систем.

Речь идет о полном, централизованном и постоянном автоматизированном

35

конт-роле за всей совокупностью данных, описывающих как само изделие,

так и процессы его конструирования, производства эксплуатации и

утилизации. Схематически это представлено на рис.1[4].

Рис.1. Система дистанционного мониторинга технического состояния

оборудования предприятия и оценки его соответствия требованиям

менеджмента качества.

Для реализации PDM-технологии существуют специализированные

программные средства, называемые PDM-системами, - системы управления

данными об изделии и информационными процессами ЖЦ. Основная выгода

36

- повышается эффективность процесса проектирования:

- сотрудник избавляется от непроизводительных затрат времени на

поиск, копирование и архивирование данных, что при работе с бумажной

документацией составляет 25-30% времени;

- снижается количество изменений изделия благодаря более тесному

взаимодействию сотрудников и применению параллельного проектирования;

- сокращаются сроки внесения изменений в конструкцию изделия или в

технологию его производства за счет перехода на электронный документо-

оборот и управление потоком работ;

- увеличиваются доли заимствованных компонентов в изделии (до 80%)

за счет упрощения процедуры поиска детали с необходимыми характе-

ристиками.

При использовании систем автоматизированного проектирования и

подготовки производства качество изделия зависит не столько от качества

проектирования, сколько от состояния данных (т. е. их полноты, кор-

ректности, актуальности). PDM-система позволяет значительно улучшить это

состояние и соответственно повысить качество самого изделия[3].

Отсюда следует вывод, что автоматизированные системы управления

предприятием на практике оптимизируют бизнес-процессы и снижают из-

держки предприятия, однако помимо стоимости программного обеспечения и

лицензий их внедрение требует значительных затрат на освоение их в

конкретных условиях. Процесс развертывания технологической подготовки

производства представляет собой реинжиниринг существующих бизнес-

процессов предприятия и их формализацию в системы, настройку функцио-

нальных модулей системы с учетом бизнес-процессов, тестирование и ввод в

эксплуатацию.

Таким образом, для того, чтобы производство было рентабельным и

оказало положительное влияние на развитие и усовершенствование всех

37

процессов жизненного цикла, необходимо не только приобретение современ-

ных систем управления и соответствующих программных средств, но и под-

готовка высококвалифицированного персонала, способного их эффективно

использовать.


1. Коноплев А.Н. Разработка функциональной модели для системы

оперативно-производственного планирования, г.Алушта. - М.: МАИ, 2013, -

888с., - С.769-771.

2. Левин А.И., Судов Е.В. Журнал: Технологические системы, №4, 2004,

Киев.

3. Яцкевич А., Страузов Д. Журнал: САПР и Графика, № 6, 2002.

4. http://www.pcweek.ru/

С.Н.Сысоев, А.А.Рязанов,

А.В.Столяров, И.С.Литвинов Владимир, ВлГУ

ОДНОРЫЧАЖНЫЙ КОРРЕКТИРУЮЩИЙ МОДУЛЬ

В автоматизированных сборочных производствах при использовании

манипуляционных механизмов широко применяются корректирующие

устройства, позволяющие скомпенсировать погрешности позиционирования

сопрягаемых изделий типа вал-втулка. Предлагаемое устройство наиболее

эффективно может быть применено для коррекции положения плоских

изделий при их установке на поверхность, ограниченную штифтами с

38

использованием вакуумных или электромагнитных захватов. На рис.1

показаны схемы однорычажного корректирующего устройства.

Рис. 1. Схемы коррекции положения изделий при сборе изделий типа вал-втулка:

а) схема устройства; б) расчетная схема.

Устройство [1] состоит из привода линейного перемещения рабочего

органа 1, на котором пружинами 2 закреплен рычаг 3, связанный с захватом 4

пружинами 5. Захват представляет собой вакуумный захват, работающий с

изделием 6 для сопряжения его с рабочей поверхностью 7, ограниченной

штифтами 8.

Устройство работает следующим образом. В исходном положении

исполнительный орган 1 привода перемещения захвата занимает крайнее

верхнее положение. Захват удерживает изделие.

По команде «установить изделие», которое смещено от требуемого

положения на величину А, выполняется функция опускания захвата с изде-

лием на рабочую поверхность.

Перемещение изделия в направлении рабочей поверхности приводит к

его касанию штифта, расположенного со стороны смещения изделия.

39

Силовое взаимодействие изделия с штифтом приводит к перекосу захвата и

рычага в направлении требуемого смещения изделия и перемещению изделия

в направлении требуемой коррекции его положения.

По сравнению с аналогичным устройством [2] с двумя рычагами сокра-

щение количества рычагов до одного значительно упрощает конструктивное

выполнение устройства. Кроме этого, так как вся длина рычага, а не разница

длин рычагов, определяет величину шага коррекции, повышается быстро-

действие за счет увеличения шага коррекции положения изделия.

Приняты следующие допущения: рассматривается плоская схема

устройства, упругие моменты в шарнирах пропорциональны углам поворота

соответствующих звеньев друг относительно друга, силами трения, а так же

силами тяжести, действующими на звено 1 и пластину пренебрегаем.

Процесс работы устройства рассматривается статически (перемещения

звеньев происходят с малыми скоростями, в результате чего силы инерции,

действующие на звенья механизма, малы, и ими можно пренебречь). Таким

образом, в любой момент времени звенья механизма будут находиться в

условиях статического равновесия.

Величины R, L, x рассматривались в диапазоне: R – от 10мм до 100мм,

L – от 10мм до 150мм, x – от 1мм до 5мм. Высота штифтов h фиксирована и


Введем следующие обозначения:

,– длина рычага; ,с2 – жесткости упругих элементов; a– расстояние

от оси устройства до ограничительного штифта; b– высота штифта; d–

расстояние от оси схвата до «короткого» края пластины; А – величина

смещения; S – длинна изделия. Положение звеньев будем задавать углами –

,φ2. На рисунке показано положительное направление отсчета углов.

В работе устройства можно выделить 2 характерных этапа:

1 этап - пластина касается только ограничительного штифта в точке С.

40

2 этап - пластина касается и ограничительного штифта в точке С и

поверхности приспособления в точке E.

Величины L1, L, A рассматривались в диапазоне: L1 – от 10мм до 100мм;

S – от 10мм до 150мм; A – от 1мм до 5мм. Высота штифтов h = 10мм, ∆L =

2мм.

Существуют следующие зависимости между параметрами системы:

ХВ= L1 · sinφ1; УВ= YA- L1 · cosφ1 ; LBC= 22 )()( СВСВ YYXX ; XC= - a ; УС=b;

Sinψ=h / LBC ;LCD= 22 HL BС = LBC ·cosψ; LAC= 22 )(( САС YYX ;α= φ2 - φ1.

Моделирование, макетирование устройства, проведенные натурные

эксперименты показали работоспособность и эффективность сопряжения

изделий типа вал-втулка разработанным устройством.


1. Пат. № 128150. Российская федерация, МПК B25J 15/06. Захватный

корректирующий модуль / Сысоев С.Н., Столяров А.В. – №2012152328;

заявл. 5.12.12; опубл. 20.05.13. –3с.

2. Сысоев С.Н. Исследование рычажного корректирующего модуля /

Актуальные проблемы автоматизации технологических процессов: мате-

риалы Всероссийской молодежной интернет конф. 17-19 апр. 2013 г.,

г.Владимир/ Владим. гос. ун-т. Владимир, 2013. – С. 39-43.

41

Ю.О.Гришанова Владимир, ВлГУ

АВТОМАТИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

БУКС В ПОДВИЖНОМ СОСТАВЕ

В настоящее время на железнодорожном транспорте всё больше внима-

ния уделяется обеспечению высокого уровня эксплуатационной надёжности

подвижного состава и безопасности движения поездов, что является важней-

шим условием повышения эффективности и качества работы железнодорож-

ного транспорта. Но в то же время непрерывно растет тенденция к наиболее

рациональному использованию возможностей железнодорожного транс-

порта, что в свою очередь влечёт за собой удлинение участков безостановоч-

ного следования поездов, увеличения скорости движения и нагрузки на ось.

Поэтому особое значение приобретает сбор информации о:

– состоянии вагонных букс, а точнее о греющихся буксовых подшип-

никах, перегрев которых может привести к излому шейки оси колёсной пары,

возгоранию вагонов, грузов, напольных сооружений.

– состоянии поверхности колеса катания

Одним из эффективных решений данной задачи является применение

тепловизионного контроля, а именно системы КТСМ-02 [1]. Даная система

относится к области машиностроения, роботостроения, используется для

контроля технического состояния подвижного состава и позволяет своев-

ременно выявлять появляющиеся в процессе эксплуатации неисправности

ходовых частей подвижного состава, предупреждая возникновение необра-

тимых отказов, способных привести к авариям и крушениям. Для повышение

качества, достоверности и полноты информации предлагается в данной

системе использовать тепловизор.

42

Рис 1. Пример реализации системы КТСМ-02 с тепловизором.

43

Система включает:

- напольный тепловизор ТН;

- блок силовой коммутационный (БСК-1), обеспечивающий подключение

всего оборудования КТСМ-02 к сети основного и резервного электро-

питания;

- контроллер периферийный (ПК-05) - микропроцессорное устройство,

выполняющее все "интеллектуальные" функции по сбору, обработке и пере-

даче в АРМ ЛПК данных от комплекса;

- блок управления напольными тепловизорами (БУНТ);

- датчики счета осей (ДМ-95, ДАС, ПЭ-1 и др.);

- датчик температуры наружного воздуха (ДТНВ);

- АРМ ЛПК на базе персонального компьютера с принтером.

При появлении колесной пары в зоне контроля срабатывает датчик счета

осей и тепловизор. Полученная информация закрепляется за данной осью и

сравнивается системой с допустимыми температурами нагрева. При обнару-

жении высоких температур от тепловизора система выдает информацию о

неисправности с конкретным номером колесной пары.


1. Трестман Е.Е., Лозинский С.Н., Образцов В.Л. Автоматизация контроля

буксовых узлов в поездах. М., 1983. - 352 с.

2. Лозинский С.Н., Алексеев А.Г., Карпенко П.Н. Аппаратура автоматичес-

кого обнаружения перегретых букс.: Изд: «ТРАНСПОРТ». 1978. - 160 с.

44

С.Н. Шевцов, А.М. Багаутдинов Москва, ВА РВСН

РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ УПРАВЛЕНИЯ

СЛОЖНЫМ ДИНАМИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ НА ОСНОВЕ

ТЕОРИИ ВЕРОЯТНОСТНЫХ КОНЕЧНЫХ АВТОМАТОВ

Представлена математическая модель управления сложным дина-

мическим объектом. Актуальностью разработки данной модели является

необходимость быстрой и точной доставкой полезной нагрузки для крити-

чески важных областей земной поверхности. Особенностью является универ-

сальность применения как для задач гражданской авиации в целях диспет-

черизации работы воздушных судов, так и в интересах Министерства

чрезвычайных ситуаций с целью доставки полезной нагрузки на удаленные

расстояния в условиях ограничений по времени и наличии природных

катаклизмов.

В современном мире существует огромное многообразие информа-

ционно-управляющих систем (ИУС). Все они решают конкретные задачи по

управлению определенными объектами, а так же вопросы по мониторингу и

разрешению определенных ситуаций [1]. Исходя из необходимости точной и

своевременной доставки полезной нагрузки на большие расстояния, разра-

батывается такая модель, которая бы давал возможность быстрой корректи-

ровки движения сложного динамического объекта на конечном участке дви-

жения. Данная модель является неотъемлемой частью ИУС, поскольку

производя привязку структур данных бортовой вычислительной машины

(БЦВМ) в виде графа к сетке целевых точек на поверхности Земли, необхо-

димо производить анализ возможности достижения этих целевых точек при

переходе маркера состояния в БЦВК БЛА по вершинам графа.

45

Необходимо учитывать тот фактор, что управление движением объекта

происходит посредствам перехода маркера состояния и связано непосред-

ственно с получением сигнала от спутниковой системы навигации и слеже-

ния за состоянием зоны доставки, которая также является частью ИУС. В

случае отсутствия такого сигнала, объект осуществляет передвижение по

заранее заданному плану, маркер состояния в этом случае виртуально пере-

двигается по заранее соответствующему участку графа привязки.

Разработка модели управления объектом основана на основе теории

вероятностных конечных автоматов и дает возможность реализации наведе-

ния по большому количеству точек на поверхности Земли и хранения этих

данных в памяти БЦВМ, а также, пользуясь, изоморфными свойствами

графов строить разные маршруты движения [2].


1. Шевцов С.Н., Доронин Д.В. Реализация интегрированной системы

навигации управляемого подвижного динамического объекта XIV, т.1, Воронеж,

ВорГУ, 2013.

2. Гилл А. Введение в теорию конечных автоматов. – М.: Наука, 1966.

272 с.

С.Н.Сысоев, Р.А.Болдов Владимир, ВлГУ

УСТРОЙСТВО ВЫДАЧИ ТОНКИХ ЛИСТОВЫХ ИЗДЕЛИЙ

Полиграфическая промышленность – одна из немногих, стабильно разви-

вающихся сегодня в мире отраслей. Поэтому к полиграфии обращается все

46

больше людей, которые ищут наиболее рациональные современные методы

размножения информации – от однокрасочных бланков и листовок до много-

красочных журналов, буклетов, проспектов, открыток и другой высоко-

качественной полиграфической продукции.

Анализ работы современного оборудования в области полиграфии выявил

наиболее эффективный способ [1] листоподачи. В данном способе ограничи-

вают смещение крайнего листа относительно стопы, смещают его относи-

тельно стопы в направлении выдачи, образуя упругую волну, а затем сни-

мают ограничение перемещения изделия. В ВлГУ разработан ряд устройств

[2, 3, 4], реализующих данный способ. Совершенствование устройств осу-

ществлялось в направлении повышения эффективности выполнения функций

организации упругой волны и снятия ограничения на перемещение изделия.

В механизмах снятия ограничения перемещения изделия использовался

контактный принцип силового воздействия на поверхность волновой части

изделия, что снижает эффективность листоподачи.

Предлагается использовать бесконтактный способ силового воздействия

на поверхность изделия струёй воздуха, основанный на принципе Вентури.

Пример реализации показан на рис. поз. а, б. В корпусе 1 (рис.1, поз. а) ус-

тановлена стопа тонких листовых изделий 2, ограниченных ограничителем 3

в направлении выдачи. Сопло 4, соединенное с пневмолинией избыточного

давления, закреплено на корпусе и установлено в направлении выдачи ниж-

него изделия. Струя воздуха организована в месте возникновения упругой

волны 6.

В исходном положении струя 5 воздуха, выходящая из сопла 4, не взаимо-

действует с поверхностью изделия, так как находится на удаленном от нее

расстоянии.

47

При появлении упругой волны ее поверхность приближается к струе и, в

результате создания давления разрежения воздуха, изделие прижимается к

струе, выводя изделие за ограничитель 3 (рис.1, поз б).

Рис. 1. Схема работы устройства

Предлагаемое техническое решение повышает быстродействие поштучной

выдачи тонких листовых изделий при сохранении качества листоподачи.


1. Пат. 2396200 Российская Федерация, МПК2 B65H 3/06. Способ

поштучной выдачи тонких листовых изделий / Сысоев С. Н., Черкасов Ю.В.,

Моталов С.В. – № 2008151001/11; заявл. 22.12.08 ; опубл. 10.08.10, Бюл. №

22. – 3с.

2. Пат. 107785 Российская Федерация, МПК2 B65H 3/08. Устройство

поштучной выдачи тонких листовых изделий / Сысоев С. Н., Черкасов Ю.В.,

Голощапов С.С., Ефимов К.С. – № 2011110203/13; заявл. 17.03.11 ; опубл.

27.08.11. – 3с.

48


поштучной выдачи тонких листовых изделий / Сысоев С. Н., Румянцев О.А. –

№ 2011151990/13; заявл. 19.12.11 ; опубл. 20.05.12. – 3с.


поштучной выдачи тонких листовых изделий / Сысоев С. Н., Седов В.Н. – №

2012155640/02; заявл. 20.12.12; опубл. 20.06.13. – 3с.

Д.В. Бастрыков Владимир, ВлГУ

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ТЕМПЕРАТУРНОГО

РАСПРЕДЕЛЕНИЯ В МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ФОРМЕ

ОТ НАЛОЖЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

Были подготовлены и проведены ряд экспериментов, целью которых было

выявление влияния наложения давления на температурное поле системы

заготовка-форма во время кристаллизации алюминия.

На рис. 1 представленная схема опытной прессформы.

Рис. 1 Схема опытной пресс-формы

49

Во время каждого эксперимента запись данных производилась с термопар

расположенных в центральном кольце прессформы. Первая термопара распо-

лагалась в защитном теплопроводящем кожухе в цетре отливки, вторая в

форме на растоянии 10 мм от поверхности контакта. Температура формы

200°С. Температура заливаемого металл 800°С.

На рис. 2 представлены полученные данные температурного распреде-

ления системы заготовка-форма, 1-3, 5-9 чистый алюминий А99, 4,10

алюминий Д16.

На рис. 2, где 1 термопара расположенная в металле без наложения давле-

ния; 2 термопара в форме без наложения давления; 4 термопара в форме с

наложением давления 500 МПа; 3 термопара в форме с наложения давления

500 МПа; 6 термопара в металле 50% накладываемого давления; 7 термопара

в форме 50% накладываемого давления.

Рис.2. График.

50

Площадка кристаллизации без наложения давления составила 30 сек.

Распределение теплоты в форме равномерно.

В эксперименте с наложением давления 500 МПа площадка кристалл-

лизации в алюминии А99 составила 7 секунд, в эксперименте с алюминием

Д16 8 сек. Наличие примесей увеличивает время кристаллизации при нало-

жении давления. Характер распределения теплоты в форме изменяется с

наложением давления (термопары 3,9).

При наложении 250 МПа увеличилось время кристаллизации, изменение

распределения температуры в форме происходит более равномерно и практи-

чески не отличается по характеру от эксперимента без наложения давления.

Наложение давления в 400 МПа так же показывает изменение времени

кристаллизации в большую сторону и увеличивает отвод теплоты формой

(термопары 8, 7).

Давление влияет на скорость охлаждения.

Разница в показаниях термопары расположенной в форме при давлении

500 МПа и без давления составляет порядка 40К.

Наложение давления влияет на интенсивность теплообмена, предостав-

ляет возможность проводить процесс кристаллизации в неравновесных усло-

виях. Следовательно, изменяя закон наложения давления можно в определен-

ных пределах изменить структуру, а, следовательно, и свойства заготовки.


1. Литье в кокиль / Бураков С.Л., Вейник А.И., Дубинин Н.П. [и др.]. - М.

Машиностроение, 1980. - 415 с

2. Коростелев В.Ф., Хромова Л.П., Рассказчиков А.Н. Управление процес-

сом кристаллизации сплав В95// Мехатроника, автоматизация, управление,

№ 8, 2009. – С. 18- 24.

51

3. Коростелёв В.Ф. Технология литья с наложением давления. – М.:

Машиностроение. 2000. 204с.

И.И.Романенко Владимир, ВлГУ

НОВЫЕ ПОДХОДЫ ПРЕПОДАВАНИЯ ГРАФИЧЕСКИХ

ДИСЦИПЛИН ПО НАПРАВЛЕНИЮ «АВТОМАТИЗАЦИЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ»

ПРИ ПЕРЕХОДЕ НА СТАНДАРТЫ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

Одной из главных задач в процессе обучения начертательной геометрии

является задача формирования развития у студентов системного простран-

ственного мышления. Начертательная геометрия, являясь одной из фунда-

ментальных наук, служит теоретической основой курса «Инженерная гра-

фика». Изучая графические дисциплины, студенты учатся пространствен-

ному воображению, владению языком техники – чертежом. Графические

дисциплины должны обеспечить будущим бакалаврам и инженерам знания

общих методов построения и чтения чертежей; решения большого числа

разнообразных инженерно-геометрических задач, возникающих в процессе

проектирования, конструирования, изготовления и эксплуатации различных

технических объектов. Поэтому необходимо разрабатывать такие методы

преподавания, которые бы стимулировали интеллектуальные способности

студентов, заставили бы его работать самостоятельно с лекциями, справоч-

никами и пробудить его интерес к предмету, с целью наилучшего овладения

знаниями по инженерной и компьютерной графике, геометрическому

моделированию.

Преподаванию графических дисциплин сопутствуют и некоторые труд-

ности, а именно:

52

1. Недостаточная школьная подготовка студентов по черчению.

2. Сокращение количества аудиторных часов на изучение графических

дисциплин.

3. Чтение лекций в больших потоках, включающих разные специальности.

4. Недостаточная техническая оснащенность учебных аудиторий.

Повышение эффективности преподавания графических дисциплин

способствуют:

1. Повышение мотивации и активного участия студентов в освоении

предмета.

2. Использование технических средств обучения (в том числе проекторы в

специализированных аудиториях).

3. Применение компьютерной графики.

Широкое внедрение трехмерных методов геометрического моделирования

обусловило необходимость развития интеграционных тенденций в геомет-

рическом образовании, что предполагает принципиально новую идеологию.

Даже общеизвестный курс «Инженерная графика» в настоящее время

получил «новое рождение» На занятиях по компьютерной графике студенты

рассматривают построенную модель с разных сторон. Построение видов,

разрезов и сечений по 3D модели тоже происходит автоматически. Поэтому

3D технологии развивают пространственное представление и конструктивно-

геометрическое мышление, способность к анализу и синтезу пространст-

венных форм и отношений на основе графических моделей пространства,

практически реализуемых в виде чертежей технических, архитектурных и

других объектов, а также соответствующих технических процессов и

зависимостей.

Совершенствование методики преподавания графических дисциплин –

процесс длительный и непрерывный. Он включает в себя следующие

направления:

53

1. Увеличение оснащенности современной техникой учебных компьютер-

ных классов.

2. Развитие технических средств обучения и научно-методического обес-

печения учебного процесса.

3. Повышение квалификации преподавательского состава.

4. Повышение уровня взаимодействия кафедры АТП с выпускающими

кафедрами университета.


1. Чекмарев А.А. Начертательная геометрия и черчение – М.: Высшее

образование, 2006. - 471с.

2. Стрижаков А.В., Мартиросов А.В., Кубарев А.Е. Начертательная

геометрия. Ростов-на-Дону: Феникс,2004. - 317с.

3. Тарасов Б.Ф., Дудкина Л.А., Немолотов С.О. Начертательная

геометрия. Санкт-Петербург: Лань, 2005. – 249.

Т.А.Кононова Владимир, ВлГУ

АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ФОРМИРОВАНИЕ

КОНСТРУКТОРСКИХ ДОКУМЕНТОВ

Сегодня обучение осуществляется по новым стандартам, отвечающим современ-

ным требованиям общества. Принципиальное отличие ФГОС-3 от имеющихся

ранее – это именно компетентностный подход к образованию. Компетенции,

которые формируют знания, умения, навыки в изучении инженерной и компьютер-

ной графики, студентов направления 220700 «Автоматизация технологических

процессов и производств»:

54

- владеть элементами начертательной геометрии и инженерной графики, приме-

нять современные программные средства выполнения и редактирования изображе-

ний и чертежей и подготовки конструкторско-технологической документации;

- обладать способностью, разрабатывать (на основе действующих стандартов)

техническую документацию (в электронном виде), способностью разрабатывать

проектную и рабочую техническую документацию в области автоматизации техно-

логических процессов и производств.

Конструкторские документы (КД) могут быть выполнены в электронной форме,

которые могут быть как геометрической моделью, так и чертежом. Виды КД, разра-

батываемые на изделие, дополнены четырьмя новыми документами. Это – элек-

тронная модель детали, электронная модель сборочной единицы, электронная

структура изделия и ведомость электронных документов. Установлено, что геомет-

рическая модель или чертеж – равноправные документы при представлении геомет-

рических свойств проектируемого изделия. Но модель становится первичной,

чертеж вторичен. Это не может не вызвать изменений в содержание графо-

геометрической подготовки. О том, что эти изменения уже актуальны, говорит и то,

что в ФГОС 3-го поколения место курса «Начертательная геометрия. Инженерная

гра-фика» заняли дисциплины «Инженерная графика. Компьютерная графика».

Надо ли уметь находить линии пересечения поверхностей, линии среза, строить

развертки и т.п.? Компьютерная программа выполнит все эти операции быстро и

абсолютно точно. Геометрическая модель должна стать основным объектом

изучения. Необходимо знакомить студентов с основными геометрическими

свойствами моделей и классификацией поверхностей, применением этих

поверхностей в технике, т.к. в средствах САПРа определяющее значение имеет

правильный выбор образующей и направляющей. Начинать обучение инженерной

графике сразу на компьютере – это веление времени, тем более что даже эскизы

согласно ГОСТ 2.125-2008 могут быть выполнены на компьютере.

55

Вместе с тем без понимания содержания чертежа, умения его прочитать, студент,

в случае необходимости, не сможет определить, какие изображения необходимы в

данном случае, для того, чтобы задать их построение компьютерной программе.

Необходимо выполнять ознакомление студентов с элементами начертательной гео-

метрии – аппарат проецирования, прямые и плоскости общего и частного положе-

ния. Цель этого – чтение комплексного чертежа.

Изучение ГОСТ-овЕСКД необходимо, чтобы понимать, к какой команде компь-

ютерной программы нужно обратиться для построения необходимого вида, разреза,

сечения и какие они вообще бывают. При изучении проекционного черчения

необходимо научить студентов читать чертежи, видеть формообразующие поверх-

ности, уметь находить проекции точек на всех изображениях чертежа ине занимать

время сложными построениями. Научить выполнять эскизы. Именно эскизирова-

нием можно разработать новую конструкцию. Изучить правила оформления сбо-

рочного чертежа, формирования спецификации и электронной структуры изделия,

причем с учетом возможностей, предоставляемых в этой части программами САПР.

Для студентов на кафедре разрабатываются методические указания для

наглядного представления поверхностей, умения нахождения проекций точек

на поверхностях, чтения комплексного чертежа, получения навыков работы в

графических системах Автокад и Компас. Разработаны задания для сту-

дентов. При всей сложности и многообразии деталей современных машин и

механизмов их конфигурация представляет собой, как правило, комбинацию

простых тел, ограниченных соответствующими поверхностями. Чаще всего в

конструкторской практике встречаются детали, ограниченные плоскими,

цилиндрическими, коническими и сферическими поверхностями. Поэтому

фигуры в задании на построение изображений представляют собой раз-

личные сочетания призм, пирамид, цилиндров, конусов, сфер.

При чтении комплексного проекционного чертежа детали необходимо

уметь: определить, какие виды, разрезы и сечения представлены на чертеже;

56

расчленить деталь на элементарные составные геометрические формы и

указать все их изображения; найти на чертеже проекции всех наружных и

внутренних поверхностей, ограничивающих деталь и дать им правильное

наименование; указать на чертеже и правильно назвать проекции всех точек,

линий (прямых и кривых), принадлежащих изображенному объекту; прове-

рить достаточность размеров на чертеже и правильность их оформления.

Сегодня процесс проектирования идет от разработки трехмерной модели

к рабочим чертежам и, следовательно, меняются требования к современному

проектированию. Это: переход к электронному документообороту; внедрение

информационных систем; создание трехмерных моделей; создание трехмер-

ных сборочных единиц. Методику преподавания графических дисциплин

необходимо строить по таким же принципам. Преимущества новых методов

обучения – это развитие пространственного мышления, наглядность, парал-

лельное обучение стандартам инженерной и компьютерной графики, твор-

ческий подход к выбору программного обеспечения, как инструменту реали-

зации поставленной задачи.


1. Галямина И.Г. Проектирование государственных образовательных стан-

дартов высшего профессионального образования нового поколения с исполь-

зованием компетентностного подхода // Труды методологического семинара

«Россия в Болонском процессе: проблемы, задачи, перспективы». – М.:

Исследовательский центр проблем качества подготовки специалистов, 2005.

С. 54-56.

57

Н.Е.Кондратьева Владимир, ВлГУ

МЕТОДИКА УПРОЩЕННОГО ПОСТРОЕНИЯ ЛИНИИ

ПЕРЕСЕЧЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ВРАЩЕНИЯ

СПОСОБОМ КОНЦЕНТРИЧЕСКИХ СФЕР (СКС)

Основная масса промышленных изделий, содержат детали сформирован-

ные поверхностями вращения с общей осью или плоскостью симметрии. При

изготовлении таких деталей применяются автоматизированные технологи-

ческие процессы (литейные, холодная и горячая штамповка и т. д.). Проекти-

рование форм, матриц, штампов требует соответствующих расчетов и пост-

роений линий пересечения применяемых поверхностей вращения.

В конструкциях такого типа чаще всего применяют СКС. Центр КС выби-

рают в точке пересечения осей, определяют КС минимального радиуса (Rmin),

вписанную в одну из поверхностей и пересекающую другую по параллели

перпендикулярной ее оси. Сферу Rmax проводят через одну из опорных точек,

имеющих minили max координату. Количество промежуточных КС выби-

рают в зависимости от размеров детали и точности построения линии пересе-

чения. В учебных задачах – три – четыре.

При выполнении построений рекомендуется концы диаметров параллелей

изображать точками в виде , а точки линии пересечения окружностями

малого диаметра ○.

На рис. 1, 2 показаны построения сфер минимального и промежуточного

радиуса вписанных в конус и цилиндр, а также соответствующих параллелей.

При построении линии пересечения изображение сфер можно заменить

короткими дугами (рис. 1, 2).

58

На рис. 3 показано оптимальное (количество линий построения мини-

мально) построение линии пересечения конуса и сферы. При решении типо-

вых задач необходимо объяснить студентам определение опорных точек,

принадлежащих очерковым образующим цилиндра на виде сверху 3 (31; 32) и

симметричной ей.

Для определения этих точек промежуточная сфера проведена через точку

пересечения очерковой образующей конуса с осью цилиндра.

Рис. 2. Уменьшение количества линий построения на цилиндре.

Рис. 1. Уменьшение количества линий построения на конусе.

59

Задания по изучению данного раздела НГ приведены в методических

пособиях [1, 2].


1. Иванов А.Ю. Начертательная геометрия: практикум / А.Ю.Иванов,

Г.Н.Бутузова; Владим. гос. ун-т имени Александра Григорьевича и Николая

Григорьевича Столетовых. – Владимир: Изд-во ВлГУ, 2012. – 144 с. ISBN

978-5-9984-0202-9.

2. Иванов А.Ю. Сборник заданий по начертательной геометрии /

А.Ю.Иванов, Г.Н.Бутузова; Владим. гос. ун-т имени Александра

Рис. 3. Построение линии пересечения конуса и цилиндра.

60

Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых. – Владимир: Изд-во

ВлГУ, 2009. – 92 с. ISBN 978-5-89368-993-8.

А.Ю.Иванов Владимир, ВлГУ

ОСОБЕННОСТИ ИЗУЧЕНИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ

И КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ ДЛЯ ПРИКЛАДНОГО

БАКАЛАВРИАТА ПО НАПРАВЛЕНИЮ ПОДГОТОВКИ

«АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

И ПРОИЗВОДСТВ»

Инженерная и компьютерная графика являются одними из важнейших

дисциплин, формирующих основу инженерно-технического образования.

Изучение этих дисциплин необходимо при подготовке бакалавров и магист-

ров, так как ни один проект по направлению 220700 «Автоматизация техно-

логических процессов и производств» не может быть выполнен без соответ-

ствующего графического оформления.

На современном этапе развития общества решающая роль в профес-

сиональном становлении личности отведена как усилению индивидуального

подхода в образовании, развитию профессионально значимых творческих

качеств обучаемых, так и формированию навыков работать в коллективе [1].

В соответствии с ФГОС 3 для направления 220700 выпускники должны

обладать следующими компетенциями: способностью к кооперации с колле-

гами, работе в коллективе (ОК-3), способностью организовывать работу

малых коллективов исполнителей (ПК-30) [2].

Коллективное творчество студентов и преподавателей в процессе обуче-

ния – самый надежный, проверенный временем путь развития общекультур-

61

ных и профессиональных компетенций, приводящих к ответственности и

стремлению к самообразованию в будущем.

Использование в инженерной и компьютерной графике методов, форм и

приемов обучения, ставящих студентов в условия производственных

ситуаций, способствует развитию каждого студента как активной творческой

личности, так и члена трудового коллектива, и является в наше время

актуальным.

У студента в коллективе формируются важнейшие качества: критичность

к чужому мнению, готовность оказать помощь, проявлять самостоятельность,

инициативность, способность реализовывать личностный потенциал и др. У

студентов возрастают коммуникативные умения, увеличивают способности

работать и решать проблемы совместно, проявляется постоянная ориентация

на достаточно критичную самооценку своего результата, что, в свою очередь,

подталкивает его к поиску правильных решений.

Условия обучения должны быть максимально приближены к производ-

ству. Находясь на предприятии, студент может наблюдать стадии изготов-

ления, процесс обработки деталей различной формы (сферической, коничес-

кой, цилиндрической, призматической и др.). Это улучшает наблюдатель-

ность, вызывает заинтересованность к изучаемому предмету.

Для обеспечения учебного процесса разработаны комплекты новых зада-

ний по инженерной и компьютерной графике, максимально приближенных к

производству. Предлагается их выполнять в микро-группах по три-пять чело-

век, что является наиболее приближенным к работе в конструкторском бюро.

Формирование коллективов происходит на базе психологической совмес-

тимости и взаимной симпатии. В микро-группах различия в способностях и

знаниях не препятствуют учебным занятиям. То, что не дается одному,

можно реализовать с помощью согласованной совместной работы. Студенты

коллективно обсуждают возникающие по мере выполнения задания вопросы

62

и находят правильное решение. Важнейшим этапом создания микро-групп

является выбор лидера (главного конструктора) из числа способных

студентов, который является организатором учебного процесса внутри своей

микро-группы. Он производит общее руководство по выполнению заданий и

распределяет его, учитывая возможности студентов, проверяет результат

работы. Выполнение заданий будет более мотивировано, так как не выпол-

няя их в срок, студент подведет не только себя, но и своих товарищей. Воз-

никает коллективная ответственность. Защита работ может проходить как

совместно, так и индивидуально.

Правильно разработанные задания, грамотно сформулированные требо-

вания к их выполнению – это залог успеха и конечного результата.

Студенты, успешно освоившие дисциплины, будут готовы работать в

условиях данного производства.


1. Ярошевич О.В. Организация проектной деятельности при обучении

инженерной компьютерной графике /О.В.Ярошевич / Информатизация обра-

зования – 2008: интеграция информационных и педагогических технологий,

материалы междунар. Науч. конф., Минск, 22_25 окт. 2008 г. / редкол.:

И.А.Новик (отв. ред.) [и др.]/ Минск: БГУ, 2008. с. 610-614.

2. Федеральный государственный образовательный стандарт высшего про-

фессионального обучения по направлению подготовки 220700 Автоматиза-

ция технологических процессов и производств (квалификация (степень)

«бакалавр»). Утвержден приказом Министерства образования и науки Рос-

сийской Федерации от 25 октября 2011 г. №2520.

63

В.В. Гавшин, Е.В. Буравлева Владимир, ВлГУ

ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ СТУДЕНТАМИ ПОЗИЦИОННЫХ

ЗАДАЧ ПРОЕКТИВНОЙ ГЕОМЕТРИИ ДЛЯ УСПЕШНОГО

ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ «НАЧЕРТАТЕЛЬНАЯ ГЕОМЕТРИЯ

И ИНЖЕНЕРНАЯ ГРАФИКА» (НГ И ИГ)

В школьной программе по геометрии изучаются гранные (призмы,

пирамиды) и поверхности вращения (цилиндр, конус, сфера).

При освоении студентами соответствующих разделов в НГ и ИГ гранные

поверхности практически не вызывают трудностей. Изучение же поверх-

ностей вращения связано со сложностями пространственного представления

проекционных изображений.

Поэтому на начальном этапе изучения НГ и ИГ, после освоения темы –

виды (изображения детали спереди, сверху, слева и т. д.) необходимо изучить

со студентами позиционные задачи на поверхности вращения, широко при-

меняемые в технике.

При формообразовании деталей их этих поверхностей и разработке

технологических процессов возникают следующие базовые задачи, рассмот-

ренные ниже.

1. Определение точек, принадлежащих поверхностям вращения (ПВ)

Ниже приведены примеры и методика определения этих точек.

Чтобы не загромождать рисунки линиями проекционной связи и соответ-

ствующими параллелями, что затрудняет восприятие, первые заменяются

короткими стрелками, показывающие что дано и определено, а параллели

ограничиваются короткими дугами. Обозначение невидимых проекций точек

заключено в скобки.

64

1.1 Прямой круговой цилиндр.

1. 2 Прямой круговой конус.

Рис. 2. Определение точек на поверхности конуса

Рис. 1. Определение точек на поверхности цилиндра.

65

Положение точек можно определить с помощью образующей (начинается

в вершине, заканчивается на основании) или соответствующей параллели,

перпендикулярной оси, радиус которой измеряется от оси до очерка.

1.3 Сферическая поверхность.

Положение точек определяется с помощью параллелей. Если проекция

точки дана на виде сверху, то параллель параллельна главному меридиану, а

если на виде спереди, то параллельна к экватору. Радиус параллели

измеряется от плоскости симметрии до очерка (главного меридиана или

экватора).

Аналогично положение точек определяется на других ПВ (тор, глобоид,

эллипсоид, параболоид и т. д.).

Рис. 3. Определение точек на поверхности сферы.

66

2. Частные случаи построения линии пересечения поверхностей

вращения

Если из пересекающихся поверхностей вращения одна цилиндрическая и

ее ось перпендикулярна плоскости проекций, то на этой плоскости

изображение линии пересечения совпадает с изображением цилиндрической

поверхности в виде окружности, следовательно, вспомогательные секущие

плоскости применять не целесообразно.

На другой плоскости проекций построение изображения линии пересе-

чения выполняется с помощью параллелей второй поверхности и линий

проекционной связи.

Количество линий построения в этом случае, уменьшается, что в дальней-

шем помогает студентам в чтении и изучении проекционных чертежей дета-

лей. Точки линии пересечения выбираются так, чтобы их линии проекцион-

ной связи совпали, а параллели заменяются короткими дугами (засечками).

При решении задач на построение линии пересечения поверхностей при-

нимается, что конструкция из этих поверхностей – неразъемная.

Требования к линиям следующие: 1) толщина видимых линий изображе-

ния (очерка) 0,8 – 1,4 мм; 2) линии невидимого реального очерка – штрихо-

вые, толщина 0,4 – 0,5 мм; 3) линии нереального очерка, необходимого для

построения линии пересечения, сплошные тонкие.

На рис. 4 показано построение линии пересечения конуса и цилиндра, ось

которого перпендикулярна фронтальной плоскости проекций (П2).

Построение выполнено согласно следующему алгоритму:

1) Определяем опорные точки: 1; 5 – находятся на очерковых образующих

и на виде сверху (П1) делят линию пересечения на видимую и невидимую

части.

67

Точки 3 и 7 также опорные, определяющие zmin и zmax, и принадлежащие

очерковым образующим, при построении вида слева (на П3).

2) Точки 2; 4; 6; 8 – промежуточные, находятся на одинаковых расстоя-

ниях от плоскостей симметрии цилиндра и конуса, т. е. на совпадающих

изображениях линий проекционной связи и одинаковых параллелях конуса.

3) На виде сверху (на П1) точки находятся на пересечениях линий связей и

соответствующих параллелях, которые заменены короткими дугами

(засечками).

На рис. 5 показано построение линии пересечения сферы и цилиндра.

Рис. 4. Построение линии пересечения конуса и цилиндра.

68

Задания по изучению соответствующих разделов НГ и ИГ приведены в

методических пособиях [1, 2].





978-5-9984-0202-9

2. Абарихин Н.П. Основы выполнения и чтения технических чертежей:

практикум / Н.П.Абарихин, Е.В. Буравлёва, В.В.Гавшин; Владим. Гос. ун-т –

Владимир: Изд-во Владим. гос. ун-та, 2013. – 140 с.- ISBN 978-5-9984-0394-1.

Рис. 5. Построение линии пересечения сферы и цилиндра.

69

Г.Н.Бутузова Владимир, ВлГУ

ЭРГОНОМИКА В ДИЗАЙН-ПРОЕКТИРОВАНИИИ

ПРОМЫШЛЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ

Эргономика изучает функциональные возможности человека в условиях

современного производства, выявляет закономерности создания оптималь-

ных условий жизнедеятельности и высокопроизводительного труда и опре-

деляет требования к качеству готовых изделий.

Основной прикладной задачей эргономики является придание изделиям

свойств, необходимых для наиболее эффективного функционирования сис-

темы при минимальном расходе ресурсов человека (количество персонала,

время профессиональной подготовки, вероятность профессиональных забо-

леваний или травм, уровень физиологического, психологического и психо-

физиологического напряжения).

Изучение антропометрических и эргономических требований является

обязательным предпроектным этапом разработок, осуществляемых в

крупных дизайнерских бюро.

Оснащение современного производства, транспорта, офисов, бытовой

среды сложными техническими средствами часто обуславливает осущест-

вление процессов жизнедеятельности на пределе психофизиологических

возможностей человека. Роль человеческого фактора тем весомее, чем

сложнее технически объект проектирования.

Причиной подавляющего большинства аварий и катастроф являются не

отказы технических средств, а человеческие факторы. Под человеческими

факторами понимается совокупность анатомических, физиологических и

психологических особенностей человека, оказывающих влияние на эффек-

тивность его жизнедеятельности в контакте с машинами и средой.

70

Эргономические требования являются основой при формировании конст-

рукции изделий, дизайнерской разработке пространственно-композиционных

решений системы в целом и отдельных ее элементов. При проектировании

должны учитываться социально-психологические, антропометрические,

психологические, психофизиологические, физиологические, гигиенические

факторы.

Социально-психологические факторы предполагают соответствие конст-

рукции изделия и организации рабочих мест характеру и степени группового

взаимодействия при совместной деятельности по управлению объектом.

Антропометрические факторы обуславливают соответствие структуры,

формы, размеров оборудования, оснащения и их элементов структуре, форме,

размерам человеческого тела. Числовые значения антропометрических

данных представляют в виде таблиц, в которых приводятся среднее ариф-

метические значение признака М, среднее квадратичное отклонение σ и

значения признака, соответствующие 5-му и 95-му перцентилям. Систему

перцентилей используют для определения необходимых границ интервалов,

минимальных и максимальных значений антропометрических признаков.

При проектировании изделий, оборудования, организации интерьеров и

рабочих мест необходимо помнить, что удобство при эксплуатации должно

обеспечиваться для 90% работающих или отдыхающих. Поэтому в практике

проектирования чаще используются значения антропометрических приз-

наков, соответствующие 5-му и 95-му перцентилям, а также 50-му.

Психологические факторы предопределяют соответствие оборудования,

технологических процессов и среды возможностям и особенностям вос-

приятия, памяти, внимания, мышления, психомоторики работающего

человека.

71

Психофизиологические факторы обусловливают соответствие оборудо-

вания зрительным, слуховым и другим возможностям человека, условиям

визуального комфорта и ориентирования в предметной среде.

Физиологические факторы призваны обеспечить соответствие оборудо-

вания физиологическим свойствам человека, его силовым, скоростным,

биомеханическим и энергетическим возможностям.

Гигиенические факторы предопределяют требования по освещенности,

газовому составу воздушной среды, влажности, температуре, давлению,

запыленности, вентилируемости, токсичности, напряженности электромаг-

нитных полей, различным видам излучений, в том числе радиации, шуму

(звуку), ультразвуку, вибрациям, гравитационной перегрузке и ускорению.

Оптимальная производственная среда — основа эффективной работы

человека. Средства и предметы труда целесообразно располагать в пределах

максимальной и минимальной границ досягаемости. При компоновке средств

управления должны быть соблюдены следующие основные требования:

- элементы управления постоянного действия или часто используемые

следует размещать справа или так, чтобы работающий без труда мог менять

положение тела;

- элементы управления необходимо располагать в пределах зоны обзора и

досягаемости пространства, обусловленного моторикой человека;

- количество элементов управления должно быть минимальным, но доста-

точным для выполнения эксплуатационных задач.

Средства отображения информации целесообразнее располагать на верти-

кальных панелях, а органы управления — на наклонных (под углом 10-20° к

горизонтальной плоскости) и горизонтальных. При размещении на пульте

органов управления, требующих повышенной точности при манипулирова-

нии, необходимо предусматривать опорную поверхность для предплечий и

кистей.

72

В настоящее время эргономический анализ становится необходимым

этапом конструирования самых различных промышленных изделий. Уровень

эргономического качества указывает на степень этого соответствия, он

устанавливается в ходе эргономической оценки оборудования.

Согласно ГОСТу 15467-79 «Качество продукции, эргономические пока-

затели. Номенклатура», оценка уровня качества продукции состоит из сово-

купности операций, включающей выбор номенклатуры показателей качества

оцениваемой продукции, определение значений этих показателей и сопос-

тавление их с базовыми.

При эргономической оценке промышленных изделий используются схема

«Эргономические контрольные карты», предназначенные для конструкторов

и дизайнеров. Особое значение имеет эргономический анализ трудовой

деятельности, в ходе которого составляется ее характеристика –

профессиограмма.

Соматографические методы решения эргономических задач используются

для выбора оптимальных соотношений между пропорциями человеческой

фигуры и формой, размерами машины (предмета), ее элементов.

Экспериментальные (макетные) методы основаны на применении макети-

рования проектируемого оборудования в различном масштабе и с разной

степенью деталировки. При этом используются объемные антропоманекены.

Актуальнейшая проблема – проектирование изделий, оборудования и всей

среды жизнедеятельности для различных возрастных категорий людей, лиц с

пониженной трудоспособностью, инвалидов.

Использование эргономики в проектной практике позволяет перейти от

техники безопасности к безопасной технике, надежной и удобной в эксплуа-

тации и обслуживании.

73


1. Мунипов В.М., Зинченко В.П. Эргономика: человекоориентированное

проектирование техники, программных средств и среды: учебник – М.:

Логос, 2001.

2. Рунге В.Ф. Эргономика в дизайн-проектировании: учеб.пособие – М.:

МЭИ, 2002.

3. Рунге В.Ф., Манусевич Ю.П. Эргономика в дизайне среды: учеб.

пособие – М.: архитектура-С, 2005. – 328 с.

4. Квасов А.С. Основы художественного конструирования промышленных

изделий: учеб.пособие – М.: Гардарики, 2006. – 95 с.

Н.П.Абарихин Владимир, ВлГУ

МЕТОДИКА ИЗЛОЖЕНИЯ ТЕМЫ «ТОЧКА, ПРЯМАЯ»

КУРСА «НАЧЕРТАТЕЛЬНАЯ ГЕОМЕТРИЯ»

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ФОРМ

В настоящее время влияние трехмерной графики (3D-графики) на

инженерное проектирование постоянно возрастает. Для того чтобы шагать в

ногу с современными тенденциями в инженерии при выполнении проектно-

конструкторских работ необходимо главный акцент делать на 3D-модели-

рование. Поэтому в такой базовой дисциплине, как «Начертательная

геометрия» желательно акцентировать изложение материала, опираясь с

самого начала на пространственные формы.

Рассмотрим некоторые моменты изложения лекционного материала курса

«Начертательная геометрия» с точки зрения, предложенной выше.

74

Тема «Точка, прямая» традиционно рассматривает изображение

абстрактных точек и отрезков прямых линий, ортогонально проецируя их на

две и три взаимно-перпендикулярные плоскости проекций, попутно решая

вопросы видимости и принадлежности точек линиям, расположения прямых

в пространстве и определения их истинной величины.

Если изначально рассматривать простейшую объемную модель, то все эти

вопросы можно рассмотреть на ней, используя два или три варианта ее

формы и расположения в пространстве. Такая модель студентам должна быть

более интересна, чем отдельные точки и линии.

В качестве примера возьмём четырехугольную призму (см. рис. 1)

ориентированную в пространстве относительно плоскостей проекций π1, π2 и

π3 таким образом, что её ребра и грани занимают и общее и частное

положения.

x

z

y

G2

C2=(D2)B2=(A2)

B3=(C3)

H3

G3

E3

E1=(B1)

H1=(A1) G1=(D1)

F1=(C1)

(H2)E2

F3

F2

EH

G

F

CB

A

2

3

1

G

G0

D

(G2)

A3=(D3)

Рис. 1. Пространственная модель призмы, ориентированная относительно

плоскостей проекций.

75

При изучении построения изображений точек на плоскостях проекций

используем точки при вершинах призмы. Так точка В ортогонально прое-

цируется на плоскости проекций π1, π2, π3 и образуются её горизонтальная,

фронтальная и профильная проекции В1, В2, В3. Примером определения види-

мости проекций точек на плоскостях проекций могут быть конкурирующие

точки ребра АВ, на фронтальной плоскости проекций проекция точки А (А2)

невидима.

Ребро EG является отрезком прямой общего положения, ребра AB, BC, CD,

AD, HA, EB, FC и GD являются отрезками проецирующих прямых к

соответствующим плоскостям проекций. Ребра НЕ, ЕF, FG и GН являются

отрезками прямых уровня к соответствующим плоскостям проекций.

Определение истинной величины отрезков прямых на плоскостях проек-

ций демонстрируется проекциями рёбер пирамиды. Так ребро GН является

отрезком прямой уровня, параллельным фронтальной плоскости проекций

(отрезок фронтальной прямой) и его проекция на плоскости π2 будет

истинной величиной. Ребро FC является горизонтально-проецирующим

отрезком и на фронтальную и профильную плоскости проекций прое-

цируется в истинную величину (проекции F2C2 и F3C3). У ребра EG (отрезок

прямой общего положения) нельзя определить истинную величину по его

проекциям. Поэтому её находят с помощью дополнительных построений,

строя прямоугольный треугольник ЕGG/ на какой либо плоскости проекций.

Его гипотенуза ЕG и будет являться истинной величиной. Например, на

плоскости π1 истинная величина одного из катетов будет проекция E1G1, к

нему достраивается второй катет G1G0, истинная величина которого берется

на плоскости π2 (проекция G2G2 / ), а гипотенуза Е1G0 и есть искомая

величина.

Развертка плоскостей проекций у пространственной модели представляет

собой плоский 3-х проекционный чертеж (см. рис.2), по которому можно

76

представить форму призмы и определить её параметры, рассмотрев выше

разобранные вопросы.

G2

H2

E2

B2=(A2)

z

x y

y

G3

F3E3

B3=(C3)A3=(D3)

H3

H1=(A1)

E=(B1)

G1=(D1)

F1=(C1)

0

F2

C2=(D2)

(G2)

G0

Рис. 2. Плоский чертеж в ортогональных проекциях четырехугольной призмы.

Таким образом, все необходимые вопросы темы «Точка, прямая» курса

«Начертательная геометрия» можно изучать, используя несложные объёмные

модели (многогранники, поверхности вращения), переходя от рассмотрения

пространственных форм к их плоским изображениям. В итоге студент более

наглядно представляет решение поставленных вопросов и более правильно

видит их практическое применение. Всё это необходимо еще и по той при-

чине, что повсеместное сокращение лекционных часов на курс делает невоз-

можным полный разбор материала традиционными методами.

77





978-5-9984-0202-9

2. Кидрук М.И. Видеосамоучитель. КОМПАС-3D – СПб.: Питер, 2009. –

288 с. ISBN 978-5-388-00701-8

Качак В.В. д.э.н, профессор, ст.н.сотр. ФГОНУ «Экспертно-

аналитический центр» Минобрнауки России

Фильберт JI.В. к.т.н., проф. каф. «БИиЭ», ВлГУ

ПРОБЛЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ИННОВАЦИЯМИ В

ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Рассматриваются вопросы совершенствования функциональных

структур инновационного бизнеса.

Ключевые слова: функциональная структура бизнеса, функционал

бизнеса, инновационный потенциал предприятия

Теория и практика менеджмента промышленных предприятий

исходит из положения, что предприятия выполняют определенную миссию

в рамках того или иного рынка. При этом различают предприятия,

функционирующие на потребительских рынках, конечными клиентами

которых являются физические лица и домохозяйства, и на индустриальных

рынках, клиентами которых являются промышленные предприятия.

Степень выполнения миссии характеризуется успешностью бизнеса, что

может быть отслежено по двум основным формам финансовой отчетности

78

предприятий: №1 -Бухгалтерский баланс и №2 - Отчет о прибылях и

убытках. Полагая, что бизнес это многофункциональная деятельность,

организованная в целях выполнения миссии предприятия, необходимо

иметь четкое представления об этих функциях, отслеживать их взаимосвязь

и ход реализации. В конкурентной борьбе, свойственной рыночной

экономике, побеждает тот, кто в наибольшей степени преуспевает в

инновационной деятельности, осуществляемой по разным направлениям.

Одним их таких направлений является автоматизация

технологических процессов и производств. В первом приближении можно

согласиться, что результатом автоматизации производства и менеджмента

является снижение трудоемкости соответствующих операций, без

изменения сущности самого продукта. Это особенно заметно, когда речь

идет о предприятиях, оперирующих на потребительском рынке (например,

внедрение промышленных роботов на операциях расфасовки и упаковки

товара). Однако само производство средств автоматизации

осуществляется на предприятиях индустриального рынка, т.е. является

примером продуктовых инноваций для данного предприятия (например,

вновь открытое серийное производство наноструктурированных

предприятий [1].

Важнейшим документом в анализе инновационной деятельности

являются «Рекомендации по сбору и анализу данных по инновациям

(Руководство Осло, 3-е издание, 2010 г.)» [2].

В последнем издании Руководства Осло определены четыре типа

инноваций: технологические (продуктовые и процессные) и

нетехнологические (организационные и маркетинговые). Анализ этого

документа убеждает, что он разработан в развитие концепции так

называемого экономо-маркетинга. Эта концепция раскрывается тезисом,

что маркетинговая деятельность должна быть нацелена на рост объема

79

продаж и рентабельности производства, т.е. работает на интересы

производителя продукции.

Отметим, что нетехнологические инновации (организационные и

маркетинговые) являлись и являются органической составляющей бизнеса,

сопровождая его на всех стадиях производства и продаж, в любых по

масштабу экономических системах (от индивидуальных предпринимателей

до международных корпораций). Основой нетехнологических инноваций

являются идеи, зарождающиеся в рамках самого предприятия, зачастую не

требующие капитальных вложений и реализуемые в порядке выполнения

должностных обязанностей работников.

Более значимыми для ускорения темпов научно-технического

прогресса являются технологические инновации. Наиболее

представительными из та являются радикальные продуктовые

инновации. В основе их лежат расширенные инновационные процессы.

Радикальные продуктовые инновации проходят все стадии расширенных

инновационных процессов, начиная с фундаментально-поисковых НИР,

выполняемых академическими и отраслевыми институтами, и далее по

стадиям промышленного производства и коммерциализации продукции.

Отметим, что применительно к радикальным продуктовым

инновациям следует различать понятия жизненного цикла товара и

жизненного цикла рынка. Промышленные предприятия редко стоят у

истоков жизненного цикла товара, отдавая пальму первенства научным

организациям и венчурным компаниям. Но они всегда стоят у истоков

жизненного цикла рынка, участвуют во всех стадиях его существования

(вывод товара на рынок, рост рынка, стабилизация, падение). Как было

отмечено выше, инновационная деятельность предприятий на всех стадиях

развития рынка весьма разнообразна.

80

Применительно к целям данной статьи, уточнение понятийного

аппарата инновационной деятельности предприятий, взаимосвязь и

взаимозависимость функций бизнеса на разных стадиях инновационных

процессов, определение наиболее важных проблем развития механизма

управления инновационной деятельностью предприятий, целесообразно

проводить на примерах радикальных продуктовых инноваций.

Именно им отвечает триада свойств инновационного продукта:

- научно-техническая новизна,

- производственная воспроизводимость,

- коммерческая реализуемость [3].

Можно заключить, что эффективность инновационной деятельности

предприятия должна подтверждаться положительной реакцией рынка уже

на первые промышленные партии нового изделия. Что касается опытных

образцов, то это лишь элемент НИОКР, подтверждающий конструкторско-

технологическую возможность воплощения инновационной идеи (или

результатов фундаментально-поисковых НИР) в новом изделии. Товар, в

отличие от изделия, должен содержать в себе, так называемую «продающую

информацию» продукта, т.е. всего того, что является осязаемым и

доказуемым преимуществом по сравнению с другими. Это положение

является основополагающим в концепции, так называемого, клиенто -

маркетинга. Без этого не может быть достигнута коммерческая

реализуемость - важнейшая характеристика продуктовой инновации.

Исходя из этих соображений, можно утверждать, что инновационная

деятельность предприятий в части радикальных продуктовых инноваций

должна рассматриваться через призму эффективности инновационных

бизнес - проектов.

81

С целью обоснования ниже вводимого понятия «функционал бизнеса»

представляется необходимым сделать небольшой экскурс в историю

вопроса.

Не требует доказательства существование разницы между понятиями

«производство» и «менеджмент» в их первичном толковании. В первом

случае речь идет о процессах преобразования первичных материальных

ресурсов (сырья, материалов) в готовое изделие, рассматриваются аспекты

взаимодействия предметов труда и орудий труда.

Во втором случае речь идет об управлении процессом производства.

Рассматриваются аспекты взаимодействия работников в процессе

производства.

В теории и практике менеджмента укоренились понятия основных и

конкретных функций менеджмента. Основные функции менеджмента

раскрывают сущность управленческой деятельности как

последовательности непрерывно повторяющихся процессов принятия и

реализации управленческих решений. Их пять: планирование

(целеполагание), организация (расстановка исполнителей),

координирование (согласование), активизация (стимулирование),

контроль. Основные функции менеджмента выполняются субъектом

управления (единоначальником). Конкретные функции менеджмента

требуют целевой компетенции в определенной сфере деятельности

(материально-техническое снабжение, кадровое обеспечение,

конструкторская подготовка производства и т.д.). Конкретные функции

поручаются разным исполнителям. При этом руководители (исполнители)

конкретных функций используют основные функции менеджмента как

инструментарий. Учитывая, что конкретные функции менеджмента можно

сгруппировать по общему вектору их использования, в ряде работ [4,5]

предлагается ввести понятие базовых (коренных) функций менеджмента.

82

Это функции: информационного обеспечения, интеллекта, маркетинга,

инноватики, учета рисков, общего учета, производства и продаж.

Определяя понятие бизнес, как многофункциональную деятельность по

выполнению миссии предприятия в органическом сочетании производства

и менеджмента, предлагается ввести термин функционал бизнеса.

Естественно, что количество функционалов бизнеса и их названия

совпадают с количеством и названиями базовых (коренных) функций

менеджмента:

1. Функционал информационного обеспечения

2. Функционал интеллекта

3. Функционал маркетинга

4. Функционал инноватики

5. Функционал учета рисков

6. Функционал общего учета

7. Функционал производства и продаж

Каждый из семи базовых (коренных) функционалов бизнеса, можно

трактовать как системное образование, сформированное для реализации

базовой (коренной) функции бизнеса. Управление бизнесом есть ни что

иное, как управление его функционалами в параллельном режиме на основе

информации, получаемой по каналам обратной связи от потребителей

продукции. Очевидно, что при выпуске традиционного (не инновационного)

продукта каждое предприятие имеет сформированные функционалы и

более или менее успешно ими оперирует.

Особенностью радикальных продуктовых инноваций является

необходимость первичного формирования базовых (коренных)

функционалов бизнеса.

Отметим, что последовательность формирования базовых (коренных)

функционалов инновационного бизнеса зависит от их взаимозависимости

83

друг от друга. На рис.1 представлена функциональная структура бизнеса,

отражающая связи функционалов, как при их первичном формировании,

так и при выпуске инновационного продукта на первых и последующих

циклах промышленного производства.

выход вход Обратная связь

Функционал информационного

обеспечения

Функционал учета

Функционал учета рисков

Функционал инноватики

Функционал маркетинга

Функционал интеллекта

Функционал производства

Рис.1. Функциональная структура бизнеса

Как следует из рис.1, результирующим функционалом является

функционал производства и продаж, на который замыкаются прямо или

косвенно все предыдущие функционалы. Выход функционала производства

и продаж как системы полностью совпадает с выходом предприятия в

целом. Отметим, что вход функционала производства и продаж,

выделенного в качестве отдельного образования содержит также потоки

материально вещественных и энергетических ресурсов и др.

Обоснованность выделения в качестве базовых (коренных) функционалов

бизнеса семи вышеприведенных структур подтверждается наличием в

учебных планах экономических специальностей семи ниже перечисленных

дисциплин:

1. Информационный менеджмент - функционал информационного

обеспечения

2. Персональный менеджмент - функционал интеллекта

3. Маркетинг-менеджмент - функционал маркетинга

4. Инновационный менеджмент - функционал инноватики

5. Риск-менеджмент - функционал учета рисков

84

6. Финансовый менеджмент - функционал общего учета

7. Производственный менеджмент - функционал производства и продаж.

При формировании базовых (коренных) функционалов используются

и другие дисциплины и области знаний. Например, для функционала

общего учета это бухгалтерский учет, аудит, основы налогообложения и др.

Рис.2. Типовая структура функционала бизнеса

Как было сказано выше, вывод на рынок новых продуктов и придание

им статуса инноваций, осуществляются в форме бизнес-проектов. Успех

реализации таких проектов определяется качественно составленными

бизнес- планами. Несмотря на многообразие форм составления бизнес-

планов, их качество предопределяется степенью соответствия

функциональной структуре бизнеса, возможностью управления

инновационной деятельностью через его функционалы (табл. 1). Это, в

свою очередь, предопределяется степенью соответствия бизнес-плана

требованиям целевой подсистемы каждого из функционалов и его выходу.

85

Таблица 1

Основные характеристики базовых (коренных) функционалов бизнеса

Название

базового

функционала

Целевая подсистема функционала Выход

функционала

Функционал информационного обеспечения

Обеспечение исполнителей инновационного проекта своевременной и достоверной информацией о состоянии внутренней и внешней среды предприятия

Информационное наполнение обеспечивающих подсистем базовых функционалов

Функционал интеллекта

Обеспечение инновационного проекта коллективом исполнителей с требуемой целевой компетенцией и динамической способностью

Формирование команд- исполнителей базовых функционалов

Функционал маркетинга

Обеспечение разработчиков инновационного продукта показателями «продающей информации» и общими показателями потенциального

Техническое задание на проектирование инновационного продукта

Функционал инноватики

Готовность предприятия к выпуску продукта, отвечающего ожиданиям потребителей и интересам производителя

Комплект рабочей документации по инновационному продукту

Функционал учета рисков

Прогноз и учет форс-мажорных обстоятельств по всем стадиям реализации инновационного

Перечень рисков и меры противодействия

Функционал учета

Обеспечение всех форм учета и реализации инновационного проекта в интересах потребителей и производителя продукции

Учетная политика, размеры денежных потоков по текущей и инвестиционной деятельности

Функционал производства

Новый уровень удовлетворения потребностей

Инновационный продукт как результат, или изменения в показателях работы предприятия, привносимые другими типами инноваций

86

Первичное формирование функционалов бизнеса производится в

последовательно параллельном режиме. При этом вход каждого из

функционалов, рассматриваемого автономно, включает не только выход

предыдущего, но и другие составляющие. В любом случае, показатели

входа любого из функционалов должны быть достаточными для

формирования его обеспечивающей подсистемы (рис.2). Выход каждого из

функционалов является одной из составляющих входа последующего

функционала и напрямую замыкается на вход функционала производства.

Приоритеты в использовании результатов каждого из функционалов могут

меняться в соответствии с «затуханием» инновационности продукта (вывод

на рынок первых промышленных партий, рост рынка с увеличением спроса,

подключение конкурентов со своими вариантами товара и т.п.). Имеется

ввиду большая или меньшая значимость выхода данного функционала на

вход последующего или непосредственно на вход функционала

производства и продаж. Схема обратной связи отображает эти варианты.

Например, требования к повышению квалификации работников

обеспечиваются напрямую связью: функционал интеллекта - функционал

производства.

Особую значимость при первичном формировании функционалов

бизнеса имеет взаимосвязь функционалов маркетинга и инноватики.

Как было сказано выше, продуктовые инновации являются отдельным

типом инноваций, в то время как одним из направлений маркетинговых

инноваций является дифференциация товара как вариант реализации

товарной политики предприятия. Здесь также возникают варианты

продуктовых инноваций. Казавшееся противоречие снимается тем, что

радикальные продуктовые инновации, являются результатом расширенных

инновационных процессов, в основе которых лежат фундаментально -

поисковые НИР. Что касается товарной политики, как составляющей

87

маркетингового давления (комплекса маркетинга), то речь идет о развитии

существующей товарной линии, все изменения в которой не меняют

сущности базового продукта. Это предопределяет особую роль

маркетинговой составляющей в расширенных инновационных процессах,

лежащих в основе радикальных продуктовых инноваций. В этом случае

имеет место полное отсутствие покупательской компетенции

потенциальных потребителей нового продукта, а во втором случае она

имеется. Таким образом, в первом случае разработчики нового продукта

должны получить от маркетологов показатели так называемой «продающей

информации», а также общую характеристику потенциального рынка и

нормативы конкурентоспособности будущего продукта [5]. В совокупности

с другими показателями, эта информация является неотъемлемой

составляющей технического задания для конструкторско-технологической

службы предприятия. Во втором случае, речь идет об инновациях, как

вариантах реализации соответствующих маркетинговых стратегий, в том

числе стратегии дифференциации товара.

В свете рассматриваемых в статье проблем, является необходимым

определить место и роль категории инновационный потенциал

предприятия. Утверждение, что результаты инновационной деятельности

предприятия определяются инновационным потенциалом является, по

меньшей мере, некорректным. Представляется, что инновационный

потенциал является главной составляющей управляемой подсистемы

функционала инноватики, предопределяя эффективность

(результативность) его выхода, но не эффективность инновационной

деятельности предприятия в целом. Можно утверждать, что выходом

функционала инноватики является документально подтвержденная

готовность предприятия к выпуску инновационного продукта. Однако

успешный выпуск инновационной продукции будет определяться всей

88

совокупностью базовых (коренных) функционалов бизнеса, реализуемых с

первых промышленных партий. Достаточно отметить, например, значение

функционала учета рисков, недоработки в котором могут свести на нет

самые перспективные разработки.

Таким образом, инновационная деятельность предприятий требует

совершенствования методики бизнес-планирования на основе современных

представлений о функциональной структуре бизнеса и взаимосвязей

базовых (коренных) функционалов.


1. Качак В.В., Коростелев В.Ф., Хромова Л.П. Нанотехнологии и

упрочнение сплавов. М.: «Новые технологии», 2011. – 240 с.: ил. ISBN 978-

5-94694-025-2

2.Руководство ОСЛО. Рекомендации по сбору и анализу данных по

инновациям. Третье издание. Перевод на русский язык. Государственное

учреждение "Центр исследований и статистики науки" (ЦИСН). - 2010. -

107 с.

3. Инновационный менеджмент: учебник для Вузов/ С.Д. Ильенкова, Л.М.

Гохберг, С.Ю. Ягудин и др.; Под ред. С. Д. Ильенковой,- М.: Банки и

биржи, ЮНИТИ, 1997.-327 с.

4. Шамрай Ф.А. Эффективность машиностроительного бизнеса //

«Станочный парк». - 2008. - №11. - С. 40-43.

5. Фильберт Л.В., Иваницкая А.Е. Развитие механизма управления

инновационной деятельностью предприятий/ Иваницкая А.Е., Фильберт

Л.В.// Экономика в промышленности. - 2013. - № 1. - С.85-89

6. Репьев А.П. Маркетинговое мышление или клиентомания. - М.: ЭКСМО,

2006.-384 с.

89

Рассказчиков Н.Г.,Трофимов И.В., Малкеров А.К., Владимир, ВлГУ

Осипов А.М., Холин М.Н.

АНАЛИЗ ИНФРАКРАСНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ

И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

ОБЪЕКТОВ

Методы неразрушающего контроля с использованием современных

тепловизионных систем (тепловизоров) позволяют получать тепловое поле

объекта без непосредственного контакта с объектом и с минимальными

задержками отображения и регистрации.

Стекольная промышленность является одним из основных

потребителей энергии. Эффективность новых технических решений,

применения новых теплоизолирующих материалов, способов продления

ресурса кладки и свода стекловаренной печи могут быть достоверно

оценены с помощью тепловизионных методов контроля, позволяющих с

помощью современных аппаратных и программных средств получить

объективную оценку тепловых потерь в окружающую среду.

Проведение термографирований в течение периода эксплуатации печи

позволило определить интенсивность износа кладки и эффективность

мероприятий по теплоизоляции.

Обработка термограмм заключалась в определении максимальных

температур отдельных участков кладки. Разработана методика определения

фактической толщины стенки и величины износа.

Для определения износа могут быть использованы средние и

максимальные температуры, а также процентное значение температур выше

наперед заданного (проектного). указаны. На основании тепловизионных

обследований и при наличии проектной документации на печь может быть

90

уточнен тепловой баланс в части потерь в окружающую среду и

коэффициент полезного действия печи.

Современные специализированные вычислительные комплексы

позволяют проводить предварительную обработку ИК изображений,

повышающую их информативность, например: вывод максимальной,

минимальной и средней температур в поле кадра; учет коэффициента

отражения и т. п. (рис.1)

Рис.1. Пример инфракрасного изображения и его обработки

Проведенные тепловизионные обследования показали их высокую

информативность и оперативность при определении участков с аномально

91

высокими температурами кладки печи с по сравнению с другими видами

инфракрасных (пирометречиские) и контактных измерений

(термоэлектрические). Повторные съемки и их анализ позволили

определить динамику процесса износа кладки и эффективность

проводимых мероприятий по охлаждению стен варочного бассейна и

теплоизоляции свода. Полученные результаты могут быть использованы

для прогноза аварийных ситуаций и принятия мер по их устранению.

Романова А.Н. Владимир, ВлГУ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ GSM ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИИ

СБОРА ДАННЫХ.

Загрязненные дождевые и ливневые стоки бытовых и промышленных

объектов представляют опасность для человека, так как вместе с потоками

воды, в водоемы и естественную среду распространяются вредные вещества

(нефтепродукты, промышленные отходы и др.).

Согласно природоохранному законодательству, очистка - необходимое

условие при строительстве ливневых стоков предприятий и жилищных

объединений, так как неочищенные ливневые стоки наносят вред экологии

и окружающей среде.

Технологии очистки ливневых стоков часто предусматривают их сбор

с довольно обширной территории и передачу к месту очистки. Данная

технология используется на территории завода ОАО«МСЗ» г.

Электросталь.

На рис. 1 приведена структурная схема движения стоков к станции

очистки.

92

Рис. 1 Cтруктурная схема движения стоков к станции очистки

На территории завода расположены канализационные насосные

станции – КНС, куда поступают ливневые стоки из прилежащей

территории. После реконструкции из КНС мощными насосами стоки будут

перекачивать в специально оборудованный пруд, в котором осуществляется

сбор, естественное перемешивание, первичное отстаивание. Из резервуара

осуществляется подача стоков на станцию очистки. Различные КНС и

станция очистки, где расположена диспетчерская, удалены друг от друга на

несколько километров. Для оперативного информирования диспетчера об

аварийной ситуации и управления насосами на КНС требуется передача

сигнала. Территория завода застроена и прокладка кабеля для передачи

сигнала является дорогостоящей и трудоемкой. В данной ситуации

рентабельно использовать передачу необходимых данных по GSM сети.

Передача данных в GSM сетях может осуществляться технологиям

CSD (голосовой канал), GPRS (пакетная передача данных), SMS (служба

коротких сообщений). Каждая из этих технологий имеет определенные

недостатки, ограничивающие их применение:

неопределенные временные задержки (SMS);

93

низкий приоритет по сравнению с речевыми пакетами (GPRS) -

как следствие нестабильность соединения при;

стоимость и доступность у операторов мобильной связи (CSD).

Наиболее доступной и стабильной в сети GSM является голосовой

канал CSD.

Для организации передачи данных по сети GSM будут использоваться

такие устройства как промышленные GSM модемы. GSM модем - это

приёмопередатчик, использующий сети операторов мобильной связи для

передачи и приёма информации. Он представляет собой устройство с

необходимыми интерфейсами (RS-232, RS-485, Ethernet) для подключения к

контроллерам, приборам различных производителей, а также АРМ

оператора.

На рис. 2 приведена структурная схема передачи данных по GSM-сети.

Рис. 2 Cтруктурная схема передачи данных по GSM-сети

Управление GSM модемом происходит через разъем RS-232 (или RS-

485) с помощью АТ-команд. Для организации передачи данных модем

необходимо настроить, для этого требуется выполнить ряд действий,

которые задаются с помощью АТ-команд. После перехода модема в режим

передачи данных, все принимаемые байты будут отправляться в RS-232, все

94

передаваемые в модем данные будут отправляться в эфир. Таким образом

получено соединение, соединяющего 2 СОМ-порта.

При правильной настройке портов и использовании современных

качественных модемов можно получать требуемую информацию

своевременно. GSM модем в системе сбора данных не требует каких-либо

дополнительных капитальных вложений, инфраструктуры и может

оказаться идеальным решением для большинства предприятий.

К.М.Чистов Владимир, ВлГУ

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ МАШИНЫ

ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ НА КАЧЕСТВО ОТЛИВОК

На Владимирском электромоторном заводе производится обширная

номенклатура отливок, к которым предъявляются высокие требования по

качеству.

При литье под давлением характерными видами брака являются:

- газовая пористость;

- раковины;

- неспаи;

- «мороз»;

- низкие механические свойства.

При этом по результатам статистического анализа видно, что

переменными технологическими факторами, от которых зависит брак

отливок являются: температура стенки формы, скорость заполнения формы,

давление подпрессовки, деформация и герметичность формы. Наибольшее

влияние на качество отливок оказывает давление, которое передается через

поршень прессового цилиндра на расплавленный металл.

95

В свою очередь, отклонение давления в форме от заданного значения

на разных стадиях заполнения формы и затвердевания отливки может быть

вызвано изменением скорости впрыска, а также отклонением температуры

формы и температуры расплава от заданных значений. Важно при этом

отметить, что давление должно изменяться с учетом следующих стадий

процесса:

1. Перекрытие заливочного отверстия и подъем уровня металла в

камере прессования до впускного отверстия в полость формы. На этой

стадии скорость минимальна, а давление нарастает до значений, не

превышающих 0.2 – 0.5 МПа, скорость порядка 0.1 - 0.3 м/с;

2. Запрессовка. На этой стадии гидроцилиндр развивает максимальную

мощность, разгоняет прессующий поршень до скоростей порядка 20 – 50

м/с. Давление преодолевает гидравлическое сопротивление питателя и

достигает значений 20 – 40 МПа;

3. Подпрессовка. Переход в режим подпрессовки зависит от момента

включения клапана, соединяющего аккумулятор с прессующим поршнем.

Момент включения клапана устанавливается по программе.

Таким образом, давление зависит от большого числа факторов, и при

определенном сочетании различных отклонений параметров от

предусмотренных по технологии, может привести к появлению брака.

Поэтому в представленной работе предпринята попытка на основе

экспериментальных данных и с учетом перечисленных факторов

осуществить управление процессом в режимах, обеспечивающих снижение

брака отливок.

96

Рис. 1 – Не полностью оформленная металлом отливка

Данный эксперимент начинался в режиме с минимальной скоростью

прессования (7,5 м/с) и давлением подпрессовки (1,4 МПа). Использование

данного режима привело к неполному оформлению отливки во всех ее

частях (Рис. 1), появление на отливке такого вида брака, как - «мороз»;

большого количество неспаев различных размеров (Рис. 2). Масса отливки

составила 2.50 кг.

Рис. 2 – Крупные неспаи на отливке.

97

Рис.3 – «Мороз» и неспаи на ребрах, недолив патрубка.

При увеличении скорости до 7,5 м/с и давления подпрессовки до 14

МПа, брака на отливке стало меньше. На ребрах отливки виден «мороз» и

мелкие неспаи. А на крайней части отливки (патрубок) появился недолив

(Рис. 3). Также следует заметить, что масса отливки увеличилась до 2.53 кг.

Следующим этапом эксперимента было уменьшение скорости

прессования до минимума (0,75 м/с) и увеличении давления подпрессовки

до 39 МПа. В данном режиме ближняя часть отливки получилась без

видимых дефектов. Но патрубок, за счет того, что жидкий металл не успел

заполнить эту часть пресс-формы, не оформлен до конца (Рис. 4).

98

Рис.4 – Недолив патрубка.

Не добившись нужного результата, следующей ступенью было

увеличение скорости прессования до 11,2 м/с и одновременно снижение

давления подпрессовки до 1,4 МПа. В данном режиме отливка пролилась

полностью. На части отливки, которая находится к литнику ближе,

визуального брака не

видно. Но в той области отливки, которая отдалена от литника

(патрубок) виден «мороз» и многочисленные неспаи (Рис. 5).

99

Рис.5 – Неспаи и «мороз» на патрубке.

В следующем режиме скорость прессования осталась равна 11,2 м/с, а

давление подпрессовки увеличилось до 21 МПа. В результате ближняя

часть отливки исполнена полностью, а на патрубке, поялвился неспай.

Также на патрубке виден «мороз» (Рис. 6).

Рис. 6 – Неспай и «мороз» на патрубке.

100

При увеличении давления подпрессовки до 39 МПа и скорости

впрыска равной 30% визуальный брак пропал; отливка пролита полностью,

неспаи, недоливы отсутствуют (Рис. 7). Масса отливки составила 2.55 кг.

Рис. 7 – Полностью оформленная отливка.

Таблица 1

Влияние скорости и давления на появление дефектов Виды дефектов режимы

Мороз Неспаи недолив Большой недолив

1 1.4 МПа много есть Есть Нет 2 14 МПа Есть есть есть нет 3 21 МПа Есть есть нет нет

Давление

4 39 МПа Нет нет нет нет 1 0.75 м/с Есть Много есть есть 2 7.5 м/с Есть много нет нет 3 11.2 м/с есть есть нет нет

Скорость

4 22.5 м/с нет нет нет нет

101

Исходя из данных результатов можно сделать следующие выводы:

1. Недолив исчезает при 3Д и 2Ск.

2. Мороз и неспаи одинаково чувствительны к давлению и к

скорости. Этот вид брака может появиться даже при незначительном, но

одновременном снижении и скорости, и давления.

3. Надо измерять температуру.

М.С.Денисов, Д.В. Бастрыков Владимир, ВлГУ

ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ

ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ В НЕСТАЦИОНАРНЫХ

РЕЖИМАХ

В данной статье представлен программный комплекс для измерения и

регистрации, температур, распределенных в пространстве и во времени.

Рассмотрены основные принципы и параметры термометрии.

Показана структурная модель программного комплекса. Приводятся

результаты, полученные экспериментальным путем.

Введение:

Современные процессы обработки массовой металлопродукции, такие

как ковка, штамповка, литье, сварка, закалка и др. непосредственно связаны

и зависят от нагрева, поэтому исследования и разработки, направленные на

управление и оптимизацию процессов теплообмена вправе признать

востребованными как в чисто теоретическом, так и в практическом плане.

Методика исследования:

102

Многие физические величины, характеризующие состояние

обрабатываемого материала, зависят от температуры, поэтому в

принципе термометрия может основываться на измерении любого

параметра вещества, однако, надо иметь в виду, что измерение температуры

более предпочтительно по принципиальным соображениям. Температура

является термодинамическим параметром, связанным с поведением атомов,

с состоянием кристаллической решетки, с фазовыми превращениями и т. д.,

непосредственно влияющими на формирование структуры и свойств.

Температура, в то же время, представляет собой параметр, измерение

которого достигло высокой степени совершенства, а использование

современных программно-аппаратных средств и информационных

технологий позволяет использовать температуру, например в системах

адаптивного управления, как информативный параметр. Температура

также является параметром, который при условии применения

соответствующих датчиков, может быть преобразована в электрический

сигнал. В частности, термоэдс, выдаваемая термопарой, с одной стороны,

не должна зависеть от внешних возмущений, а с другой, — должна быть точно

воспроизводимой

и измеряемой простым, надежным и удобным способом. Для точной

интерполяции и экстраполяции температурной шкалы желательно,

чтобы зависимость между величиной измеряемого параметра и

температурой была линейной[1], поэтому в представленной работе для

регистрации температуры используется система модулей фирмы

ZETLab[2], которые позволяют зависимость термоэдс от температуры с

требуемой точностью линеаризовать. Система ZETLab включает в себя

измерительные модули ZET 7020, преобразователь интерфейсов ZET 7070,

а также программное обеспечение ZETLab для регистрации полученных

значений температуры и построения графиков (см.рис.1).

103

Рисунок 1. Структура программного комплекса ZETlab

В качестве первичного преобразователя используются термопары типа

R (платинородий-платина).

Параметры Возможные

значения

Описание

Тип термопар Напряжение

Резистор

КХС

Тип (R, S, В, J, Т,

Е, К, N Al, А2, A3,

L, М)

Значение «Напряжение»

устанавливается при

измерении напряжения;

«Резистор» - при измерении

сопротивления; «КХС» - при

измерении температуры

холодного спая. Остальные

значения устанавливаются в

зависимости от

используемого типа ПП.

Частота, Гц 1, 4 Частота дискретизации.

104

Минимальное

значение измеряемой

температуры

0 °С Определяется техническими

характеристиками

подключенного ПП -

Максимальное

значение измеряемой

температуры

850 °С - 2000˚С - Определяется техническими

характеристиками

подключенного ПП

Единица

измерений

Ом мВ °С Определяется в зависимости

от выбранного типа термопар

(для значения «Напряжение»

- мВ; «Резистор» - Ом, для

остальных значений - °С)

Программный комплекс ZetLab имеет модуль регистрации данных,

который позволяет визуализировать полученные от термопар данные, и на

их основе строить графики распределения температуры в режиме реального

времени.

Рисунок 2. График показаний термопары.

105

На рисунке 2 показана кривая охлаждения чистого алюминия в

графитовом тигли. Из графика видно, что температура начала

кристаллизации равна 660˚С, что соответствует температуре начала

кристаллизации из справочных материалов [3]. Программный комплекс

ZETlab позволяет производить достаточно точные измерения температур,

значения которых могут использоваться в научно-исследовательской

работе.

Список литературы:

1. “Тепловые и температурные измерения” Справочное руководство,

О.А. Геращенко, В.Г. Федоров, Киев-1965.

2. http://www.zetlab.ru/support/articles/tenzo.php

3. Справочник металлиста. Сортамент черных и цветных металлов.

Автор: Ачеркан Н.С. , 1958г. Издательство: М.:МАШГИЗ

Очинников В.А. ВлГУ, Владимир

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ

По оценке специалистов, в России обязательной сушке подвергается в

настоящее время не более 15% всех пиломатериалов. Причина тому -

несовершенство существующих технологий, которые основаны на

изменении агрегатного состояния воды (испарении) и отличаются только

способами нагрева древесины, испарения жидкости, подведения

106

необходимой для этой цели энергии и способами отвода содержащегося в

сушильной камере газа.

Сушка древесины, является энергоемким процессом, связанным со

значительной затратой топлива, пара, а также электроэнергии, а

следовательно использование высокоточной автоматики позволит

значительно сократить срок сушки и снизить энергетические затраты.

Сушат древесину в виде пиломатериалов (досок, брусьев, заготовок), шпон

(тонколистового материала), щеп, стружки и волокон. Также

распространенным является сушка круглого лесоматериала (детали опор

линий электропередачи, связки, строительные детали).

Древесину высушивают с целью: предупреждения размеро- и

формоизменяемости деталей; предотвращение порчи и загнивания;

увеличение удельной прочности; повышение качества обработки и

склеивания.

Поэтому актуальным является разработка системы автоматического

управления процессом сушки древесины с минимальными материальными

и энергетическими затратами и с оптимальными техническими

показателями

Камерная сушка древесины — сложный технологический процесс,

для которого характерные следующие особенности: многочисленность

параметров, их сложная взаимосвязь, наличие не контролируемых внешних

факторов. Модель такого сложного объекта можно характеризовать

совокупностью следующих параметров:

1) группа входных параметров X1, что совмещает контролируемые, но

не регулируемые технологические параметры процесса, например

количество и вид материала, который высушивается (порода и размер

пиломатериалов, их начальная влажность);

107

2) группа неконтролируемых входных параметров Х2, которые

характеризуют влияние таких факторов, как изменение окружающей среды,

старения и износ оборудования, неоднородность материала и

неравномерность распределения его по объекте регуляции и т.д.;

3) группа управляющих параметров Y, что характеризует

регулирующие влияния, которые поддерживают заданный режим, сюда

относятся количество тепла и скорость циркуляции агента сушки;

4) группа исходных параметров Q, которые характеризуют качество

материала, который высушивается, например, задана конечная влажность

при определенном перепаде влажности по пересечению пиломатериалов и

величина остаточных внутренних напряжений;

5) группа исходных параметров E, что характеризует экономическую

эффективность объекта регуляции, а именно: наименьшую длительность

процесса сушки при сохранении качества материала, который

высушивается, и КПД сушильной установки.

При автоматизации процесса сушки нужно применять такую систему,

которая бы обеспечила проведение сушки в режиме, близком к

оптимальному, то есть должны быть получены заданные параметры Q при

максимальных значениях параметров Е. Эта задача может решаться при

применении самонастроечных систем, которые выбирают такую

комбинацию управляющих параметров В, что обеспечивают экстремальное

значение параметра F.

На рисунке 1 показана структурная схема системы автоматической

оптимизации (САО) процесса сушки.

108

Рисунок 1 – Структурная схема системы автоматической оптимизации:

О – объект регуляции; Р – регулятор; Кп – управляющее устройство, Х1, Х2

— входные параметры; У — регулирующее влияние; Q, Е — параметры

объекта, которые характеризуют качество и экономичность; Н —

ограничение.

Кроме основных узлов обычной системы автоматической

регулировки объекта О и автоматического регулятора Р, в схему введено

управляющее устройство КП. Управляющее устройство анализирует и

поддерживает на оптимальном уровне исходные величины объекта при

соблюдении заданных ограничений Н. Для поддержки оптимальных

исходных параметров САО делает автоматический поиск, который сводится

к изменению попытки входных параметров системы (входной величины Х-

р регулятора и регулирующих влияний У), анализа результата этого

изменения и определению направления последующего изменения для

приведения системы к самому выгодному режиму сушки. За критерий

оптимума процесса сушки выбирается один или несколько исходных

параметров Q и Е, при этом другие показатели задаются в САО в виде

ограничений Н. Например, за критерий оптимума выбирают интенсивность

сушки, а как ограничение задают сохранения определенных показателей

качества материала при сушки.

109

Прочность древесины зависит в основном от ее породы, температуры

и влажности. При сушке влажность и температура древесины изменяются,

потому ее прочность также не остается постоянной. Изменение прочности

древесины наблюдается лишь в диапазоне влажности ниже зоны

гигроскопичности, причем снижение влажности приводит к существенному

увеличению прочности. Изменение влажности в диапазоне выше зоны

гигроскопичности не влияет на прочность древесины.

Изменения прочности, связанные с влажностью, обратно, то есть

при увлажнении сухой древесины снижается ее прочность, а при

следующем высушивании предыдущие показатели полностью

возобновляются.

Повышение температуры приводит к понижению прочности

древесины. Кратковременное влияние не достаточно высокой температуры

дает обратные изменения прочности. С повышением температуры и

длительности ее влияния в древесине происходят необратимые процессы,

которые приводят к изменению ее показателей при следующей

эксплуатации.

Поэтому различают прочность древесины в процессе обработки при

том или другом состоянии и эксплуатационную прочность, которую имеет

древесина после доведения ее влажности и температуры до

эксплуатационных норм.

Прочность древесины в процессе обработки повышается с

понижением температуры и влажности.

На эксплуатационную прочность древесины осуществляют влияние

ее порода, влажность и характер предыдущей сушки. В качестве эталона

эксплуатационной прочности принято считать прочность древесины,

которая не подлежала влиянию повышенной температуры ниже 60°С не

снижает ее эксплуатационную прочность независимо от длительности

110

сушки. Влияние высокой температуры начинает появляться, если

длительность сушки при t=80°С превышает 40-50 часов, а при t = 120°С – 2-

3 часа.

Степень снижения прочности древесины зависит от породы,

влажности, температуры и длительности сушки. Так, например, в высоко

интенсивных процессах сушки, когда температура составляет 120-130°С

при длительном влиянии 30-60 час., показатели механических свойств

древесины понижаются: при растягивании, сжатии и статическом изгибе на

5-8%, а при скалывании и раскалывании – на 15-20%.

Первоочередная задача автоматической регулировки процесса сушки

– стабилизация режима сушки. Для этого устанавливаются регуляторы,

которые должны обеспечить поддержание заданных, по режиму

температуры и относительной влажности на определенном уровне. В

большинстве случаев для этой цели используются стандартные регуляторы.

Тип регулятора, установку регулятора и параметры настройки выбирают с

учетом статических и динамических свойств сушильных камер и

требований, которые выдвигаются к системе регуляции.

Динамические характеристики определяют по дифференциальным

уравнениям объектов – уравнение связи между его входными и исходными

величинами или экспериментально, когда эти уравнения получить трудно.

Определять динамические характеристики опытным путем можно при

автоматизации действующих установок.

При необходимости определить динамические параметры объектов

регуляции в процессе их проектирования применяются только

аналитические методы. Возможность определить динамические

характеристики установки по ее технологическим и конструктивным

параметрам позволяет не только решать задачи автоматической

регулировки, но и в некоторых случаях влиять на конструкцию установки.

111

При этом можно использовать полученные результаты для подобных

объектов других типов. Совокупность аналитических и экспериментальных

методов исследования динамических свойств объекта позволяет более

достоверно определить его параметры.

Рассмотрим лесосушильную камеру как объект регуляции

температуры агента сушки.

Количество тепла, которое передается от калорифера в камеру за

время dt определяется уравнением теплового баланса:

Q=KKFK (QП - QС)dt , (1.1)

где KK – коэффициент теплопередачи калориферу, ккал/м2град, FK –

поверхность калорифера, м2, QП и QС – температура пара в калорифере и

агента сушки в камере, °С.

Рассматривая динамику объекта по каналу «температура пара —

температура агента сушки в камере», допускают, что температура агента

сушки по объему одинаковая и отклонения температуры пара небольшие:

QП= QП.О. ± ∆П.

Тепло, переданное в камеру от калорифера за бесконечно малый

промежуток времени dt, тратится на:

нагревание калорифера сMmКdQК;

металлу в камере cMmMdQС;

покрытие потерь kОГFОГ (QK – QНАР) dtК;

теплообмен с древесиной αFД = (QК – QД) dt.

Уравнение теплового баланса запишется:

kК(QП.О±ΔQП–QС)dt = cMmКdQК+cMmМdQС+kОГFОГ(QС – QНАР)dt + αFД(QС –

Qд)dt (1.2)

Перепишемуравнение (1.2) в виде:

kК(QП.О ± ΔQП – QС) dt = cMmК(dQК) / dt+cMmМ(dQС) / dt + kОГFОГ (QС – QНАР)+

+ αFД (QС – Qд), (1.3)

112

где сМ – теплоемкость металла; ТК – масса металла в камере, кг; FОГ –

поверхность ограждений, м2; QНАР — температура внешней среды °С; kОГ–

средний коэффициент теплопередачи ограждений; α – коэффициент

теплообмена древесины в процессе сушки; FД – поверхность древесины, м2;

QД — температура древесины.

В установленном режиме, когда dQК/dt=0, уравнение (1.3) будет:

kKFK(QП.О– QСО) = kОГFОГ (QСО – QНАР) + αFД (QСО – Qд) dt (1.4)

ПДогkk

kkС

Догkk

MMk

Догkk

kM

FkFkFk

FkFkmc

dtd

FkFkmc

(1.5)

Если: П

C

Дгоkk

k kFkF

0k

kFk , тогда при ДQк= ДQП и

dtcd

kdtd k

0

1 уравнение (1.5) примет вид:

ПCC k

dtd

T

0;

kk FT

kmc мм

Дгоkk FkF kmc мм , (1.6)

где Т — постоянная времени.

Из уравнения (1.6) очевидно, что по каналу «температура пара —

температура агента сушки» в камере объект является инерционным звеном.

Рассмотренная математическая модель не учитывает время

запаздывания в реальных условиях. Поэтому модель можно записать в

общем виде:

tktdt

tdT ПС

C0

)( (1.7)

Таким образом, камера периодического действия может быть

представлена последовательным включением апериодического звена и

звена чистого запаздывания.

113

При выводе уравнений принимаем, что при малых изменениях

температуры агента сушки в камере, за короткие промежутки времени,

температура древесины остается постоянной. В этом случае теплоемкость

не оказывает влияния на инерционность камеры.

Контур регулирования температуры заключает в себе датчик

температуры и позиционный регулятор.

Рассмотрим детальнее регулятор. Позиционные регуляторы

работают по принципу “включено-выключено”. Их реализация

осуществляется с помощью контактных и бесконтактных релейных

элементов. Позиционные регуляторы бывают двух-, трех- и

многопозиционные.

В системе регуляции выбираем двухпозиционный регулятор.

Регулятор настраивается так, чтобы его статическая характеристика )( f

была размещена несимметрично относительно заданного прироста

регулируемой величины, а значение µ и е отчислялись в приростах от

условного равновесия объекта регуляции, которая отвечает расчетным

значением µ0 и е0, принятыми за начало отсчета.

Статическая характеристика двухпозиционного регулятора с зоной

неоднозначности:

0;

;0;

2

2

1

1

dtdiaаприапри

dtdiaаприапри

, (1.8)

Из предыдущего уравнения видно, что двухпозиционные регуляторы

постоянно осуществляют на объект регуляции влияние, отличающееся от

значения необходимого для равновесного состояния системы (е=0). В

результате этого автоматическая система с двухпозиционным регулятором

работает в автоколебательном режиме в около положения ее равновесия.

Статическая характеристика µ=f(е) изображенная на рисунке 2.

114

Рисунок 2 – Статическая характеристика двухпозиционного

регулятора с зоной неоднозначности

Рисунок 3 – Структурная схема автоматической системы с

двухпозиционным регулятором

В первом приближении объект регуляции ОР (вакуумная камера)

описывается передаточной функцией:

1

0

pTekW

pоб

об

(1.9)

где kоб – коэффициент передачи объекта регуляции;

ф0– опоздание объекта регуляции;

Т – постоянная времени объекта регуляции.

Рассчитаем kоб, используя формулу (1.4):

0872,0801,517021213

1213k

Fk k

Доггоkk

kоб FFkF

k

(1.10)

где kK – коэффициент теплопередачи калориферу, kK =13

ккал/м2град;

FK – поверхность калорифера, FK =12 м2; kог – средний коэффициент

теплопередачи ограждений, kог=2; б – коэффициент теплообмена древесины

–X

X XВХ XВХ ε ДР ОР

µ

-µ2

µ1

ε

a

-a

115

в процессе сушки, б=5,1ккал/час·м2·град; FД – поверхность древесины, FД

=80 м2.

Постоянная времени объекта будет равна:

37,3801,517021213

11,017001213

11,01205,37k

mck

mc мммм

Дгоkkkk FkFF

T

(1.11)

Согласно характеристик лесосушильной камеры отношение:

26,00 T , тогда 879,026,00 T (1.12)

Параметры позиционного регулятора выбираем с помощью среды

MATLAB. В среде MATLAB система регуляции имеет вид, показанный на

рисунке 4.

Рисунок.4 – Система регуляции в среде MATLAB

Опишем блоки, изображенные на рисунке:

1–генерирует одноступенчатую входную функцию (единичный скачок);

2–сумматор;

3–блок, реализующий двухпозиционное реле с зоной неоднозначности;

4–блок, описывающий передаточную функцию исполнительного

механизма;

5 и 6–блоки описывающие передаточную функцию объекта регуляции.

7–блок, реализующий графическое отображение результатов исследования;

8,9–блоки, которые, описывают передаточные функции преобразователя и

датчиков.

116

Введя рассчитанные в уравнениях (1.10), (1.11) и (1.12)

коэффициенты в соответствующие блоки получили переходную

характеристику, изображенную на рисунке 5.

Рисунок 5 – Переходная характеристика работы вакуумной камеры

построена с помощью моделирования в MATLAB

Проведем некоторые исследования системы на устойчивость с

помощью все той же программы MATLAB. Сначала проверим систему на

стойкость за общим условием стойкости, для этого построим карту нулей и

полюсов системы.

На основе общего условия стойкости и рисунке 6 можем сделать

вывод, что система является устойчивой, поскольку все корни

характеристического уравнения (нули системы) находятся в левой части

комплексной плоскости корней.

117

Рисунок 6 – Карта нулей и полюсов системы

Проведем более детальные исследования и определим запасы

стойкости системы по амплитуде и фазе. Для этого в среде MATLAB

построим графику АЧХ и ФЧХ системы:

118

Рис. 7 – АЧХ и ФЧХ системы регулирования

Из построенных графиков мы видим, что запас стойкости по

амплитуде составляет: Lзап=10 Дб, а запас стойкости по фазе: зап=220

градусов. Данные значения превышают минимально допустимые, а потому

можно сказать, что система является устойчивой.

Для создания системы управления необходимы, кроме

экстремальных регуляторов и обычных средств автоматики, некоторые

специальные измерительные устройства:

а) для контроля качественных показателей материала в ходе сушки,

например температуры и влажности древесины, перепаду влажности по

толщине материала, внутренних напряжений в процессе сушки;

б) для измерения энергетических показателей процесса сушки,

например расходы тепла на сушку или на 1 кг влаги, которая испаряется;

в) для измерения скорости сушки, например автоматический

влагомер с устройством, которое дифференцирует, и так далее.

119

Разработанные методы и устройства для подобного автоматического

управления и технических средств для его осуществления позволяют в

настоящее время ориентироваться при автоматизации сушильного процесса

на системы автоматической оптимизации (рис.8)

Рисунок 8 – Схема системы управления на базе микропроцессора

В момент загрузки пиломатериалов система находится в состоянии

„полной остановки процесса сушки”. В этом состоянии не работают

воздушный и жидкостный контур обогрева, электрокалорифер выключен,

не осуществляется вентилирование в камере также закрытый клапан

вентилирования, не включен вытяжной вентилятор. Потом происходит

прогрев камеры с пиломатериалами, он длится из расчета 1 час.на 1см.

древесины.

Следующим этапом является старт микроконтроллерной системы (в

дальнейшем МКС) с устройствами сбора информации.

МКС формирует запрос на желаемые значения влажности для

каждого из трех ступеней сушки. Также выполняется запрос на значение

влажности и температуры в камере для трех ступеней сушки

соответственно.

После ввода оператором значения дается команда на начало

процесса сушения.

МКС считывает значение влажности загруженных пиломатериалов и

на основе полученной информации установка переходит в режим сушки по

первой из трех ступеней.

120

Сушка в пределах определенной ступени выполняется до тех пор,

пока выполняется условие (Wd<Wd.c.*) достаточная для перехода на

следующую ступень.

Где: Wd – влажность доски в момент сбора информации

Wd.c.* - желаемая влажность доски для данной ступени сушки

(вводится оператором в начале процесса сушки).

Теперь детальнее опишем алгоритм работы установки в пределах

ступени сушки.

МКС получает от датчиков текущие значения температуры в камере

и влажности в камере (Tk, Wk). Данные значения температуры и влажности

сравниваются с теми, которые отвечают значением, что нужно достичь для

данной ступени сушки. В результате сравнения МКС формирует

управляющие сигналы на устройстве что регулируют температуру и

осуществляют вентиляцию камеры тем самым уменьшают влажность

воздуха в камере. При выполнении условия Tk< Tk.с.(*) включается

электрокалорифер, в противоположном случае МКС дает сигнал на

отключение. Открытие клапана вентиляции и включения вентилятора

вытяжки происходит при выполнении условия Wk< Wk.с.(*).

Где: Tk – текущее значение температуры в камере.

Tk.с.(*) – предельное значение температуры в камере для данной


Wk – текущее значение влажности в камере

Wk.с.(*) – предельное значение влажности в камере для данной


В зависимости от стадии сухости пиломатериалов изменяется

цикличность изменения состояний системы и длительность пребывания в

определенном состоянии.

121

Предложенный алгоритм работы трехступенчатой сушильной

камеры пиломатериалов, позволяет осуществлять сушку в автоматическом

режиме, и адаптировать его к аппаратным средствам сбора технических

параметров, также позволяет создать простую программу, которая

минимально тратит ресурсы микроконтроллера (рис.9.).

Начало

Прогрев камеры с пиломатериалами

Старт МКС

1

2

3

4

Запрос МКС на значение влажности Wd.c.(*) и температуры Tk.c.(*)

5

Wd.c.1>Wd

Конец

ДаНет

6

Считывание МКС текущего значения влажности доски (Wd)

Завершение процесса сушки

A

A

Wd.c.2>WdДаНет

Wd.c.3>WdДаНет

7

8

9

10

11

Ввод значений влажности Wd.c.(*) и температуры Tk.c.(*)

Рисунок 9 – Блок-схема алгоритма работы системы

Система контроля, вместе с комплексом дат сбора технологических

параметров, позволит проводить сушку разных пород древесины по

определенным программам, которые вносятся оператором, и имеют

высокую степень гибкости.

122

Автоматизация процесса сушки позволяет достигать стабильно

высокого качества высушиваемого пиломатериала и снижает роль

«человеческого фактора» на получаемые результаты.

Зорин К.С. Владимир, ВлГУ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ

УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЯЦИЕЙ

Автоматизация вентиляции имеет особую актуальность при

организации системы вентилирования воздуха в больших помещениях –

промышленных цехах, торговых и офис-центрах. Это позволяет

осуществлять функции, регулирующие работу системы по заданной

программе. Регулярно контролирует уровень температуры и влажности

воздуха в помещении. При аварийной ситуации в системе срабатывает

сигнализация, а в случае возникновения пожара автоматически аварийно

отключается вся вентиляция.

Автоматизация вентиляции дает возможность системе

вентилирования самостоятельно регулировать собственные объемы

производительности в зависимости: от времени суток, времени года либо

количества людей, находящихся в проветриваемом помещении, что

благоприятно отражается на работе персонала. А одним из главных

факторов таких систем является ее экономическая выгода.

Применение современных средств автоматизации позволяет:

оптимизировать управление элементами системы и,

соответственно, экономичность, за счёт применения более сложных

управляющих алгоритмов;

123

повысить точность поддержания регулируемых параметров и

надежность работы системы;

уменьшить габариты и потребляемую мощность средств

управления;

упростить монтаж и сократить сроки его выполнения;

облегчить диагностику, упростить наладку и эксплуатацию системы.

Способ реализация функций управления в системах автоматики

обычно определяется общим уровнем развития элементной базы. До 90-х

годов прошлого столетия в промышленности доминировал принцип

«аппарат-функция». Его суть заключалась в том, что конкретную функцию

в локальных системах автоматики реализовало конкретное устройство,

выполненное, как правило, на базе релейно-контакторной аппаратуры.

Такие схемные решения встречаются и в настоящее время в простейших

системах приточно-вытяжной вентиляции..

Реализация более сложных систем управления по такому принципу

построения в настоящее время практически не осуществляется.

Современные САУ в качестве средств управления используют, как правило,

электронные цифровые устройства на базе микропроцессоров. По своим

техническим возможностям эти устройства позволяют обеспечить

управление множеством параметров. Это пуск и остановка отдельных

технологических аппаратов и всей системы в целом, блокировка и защита

оборудования в аварийных ситуациях, индикация, переход с режима на

режим и т. д. Устройства комплексно решающие функции управления и

регулирования, называются управляющими контроллерами. При их

использовании в большинстве случаев исключается необходимость

применения таких элементов автоматики, как реле, преобразователи,

переключатели, счетчики, индикаторы, измерительные приборы и т. п. Это

в свою очередь позволяет:

124

повысить точность поддержания регулирующих параметров и

надежность работы системы;

уменьшить габариты средств управления;

упростить монтаж и сократить сроки его выполнения;

облегчить эксплуатацию системы.

В ряде случаев, за счет перечисленных достоинств, можно уменьшить

фактическую стоимость средства автоматики с учетом капитальных и

эксплуатационных затрат. Функциональная схема автоматизации приточно-

вытяжной вентиляции на базе микропроцессорного контроллера

(МК)(Рис.1) наглядно показывает упрощение схемных решений. Все

аппараты и устройства, установленные на объекте, соединены с МК по

определенному принципу:

Рис. 1. Функциональная схема автоматизации приточно-вытяжной

вентиляции на базе микропроцессорного контроллера: I – входные сигналы

(от датчиков и преобразователей); О – выходные сигналы (на

125

исполнительные механизмы и регулирующие органы); D – дискретный

(импульсный) сигнал; A – аналоговый (непрерывный) сигнал.

Многие микропроцессорные контроллеры оснащены универсальными

входами – IU, которые позволяют подключать датчики и преобразователи с

любым видом выходного сигнала (датчики-реле, термосопротивления,

унифицированные сигналы 0-10В, 4-20mA и т.п.). Выбор типа

необходимого сигнала производится при программировании или настройке

МК.

Структура автоматизированной системы вентиляции состоит из четырех

уровней (рис.2.).

Первый уровень подсистемы представляет собой датчики и

исполнительные устройства.

Второй уровень системы представляет собой устройства сбора и

передачи данных (УСПД), устанавливаемые на подстанциях. Максимальное

расстояние до узлов учета не превышает 300 метров.

УСПД обеспечивает сбор информации с датчиков первого уровня

системы, расчет и архивирование измеренных данных в энергонезависимой

памяти с привязкой к календарному времени, передачу этой информации по

протоколу RS485 на третий уровень системы (сервер опроса УСПД).

Третий уровень системы – сервер опроса УСПД представляет собой

IBM PC совместимый промышленный компьютер (не ниже Pentium 500,

RAM 128Mb) с установленными адаптерами RS485 и Ethernet и

располагаться в диспетчерской. На сервере опроса функционирует Microsoft

Windows 2000. Этот уровень системы обеспечивает связь с УСПД, сбор

данных и передачу их на четвертый уровень системы.

Четвертый уровень системы представляет собой АРМ

функционирующий на IBM PC совместимых компьютерах (не ниже Pentium

126

IV 2 ГГц 512 Мb) в среде Windows 98/2000/XP/Vista/7, укомплектованных

Ethernet адаптером.

Рис.2. Автоматизированная система управления вентиляцией

В промышленных зданиях, связанных с пребыванием людей и

работой промышленного оборудования, к источникам теплопоступлений

относятся: избыточное тепло и влага, углекислый газ, выделяемый людьми,

а так же тепло от освещения, оборудования и солнечной радиации.

Полное тепловыделение от людей определяется по формуле:

ВтnqnqQ жжммл , (1.1)

где: qм, qж – полное тепловыделение мужчин и женщин, Вт/чел;

nм, nж – число мужчин и женщин в помещении.

Теплопоступления от источников искусственного освещения Qосв, Вт,

определяется по формуле:

îñâîñâîñâ qSEQ Вт , (1.2)

127

где: E - удельная освещенность, лк, принимаем по таблице 2.3[6]

S - площадь освещенной поверхности, м2;

qосв - удельные выделения тепла от освещения, Вт/( м2/лк),

осв - коэффициент использования теплоты для освещения.

Расчет теплопоступлений за счет солнечной радиации проведем с

помощью специализированного программного обеспечения, например

программы SunRad от компании SortTec.

Рис.3. Внешний вид программы для расчета вентиляции SunRad.

Результаты вычислений теплопоступлений через окна, стены и

покрытия могут быть представлены в текстовой форме.

Количество тепла, выделяемого от окрасочных машин Q , Дж,

определяется по формуле

,4321 NQо (1.3)

где

128

Nφ – номинальная мощность, расходуемая окрасочными машинами,

кВт;

1 – коэффициент использования мощности (обычно принимают 1

от 0,7 до 0,9);

2 – коэффициент загрузки (обычно принимают 2 от 0,5 до 0,8);

3 – коэффициент одновременности работы (обычно принимают 3 от

0,5 до 1,0);

4 – коэффициент ассимиляции тепла воздухом, учитывающий, какая

частота тепла затрачиваемой механической энергией передается в виде

тепла воздуха помещения (колеблется от 0,1 до 1).

Общее теплопоступление определяется по формуле:

осросвлп QQQQQ , Вт (1.4)

Необходимый воздухообмен по избыткам тепла L, м3/ч, определяется

по формуле

,)( прух ttC

QL

(1.5)

где Q – избыточное тепло, выделяемое в помещении, Дж/ч;

C – удельная весовая теплоемкость воздуха, равная 1004 Дж/кг;

ρ – плотность воздуха, кг/м3;

tпр,-tух температура приточного, температура уходящего из помещения

воздуха соответственно, °С. Температура воздуха, удаляемого из

помещения tух,°С определяется по эмпирической формуле

),2(.. Httt зрух (1.6)

где tpз – температура воздуха в рабочей зоне, °С,

∆t – градиент температуры по высоте помещения (от 1 до 5 °С);

Н – расстояние от пола до центра вытяжных проемов, м;

2 – высота рабочей зоны, м.

129

Применение современного ПО позволяет произвести

автоматизированный расчет систем вентиляции и аспирации, а также

систем естественной вентиляции.

Рис. 4. Распределение температур на технологическом участке

При разработке схемы расположения оборудования, необходимо

чтобы приборы автоматики устанавливались в местах, удобных для

монтажа и эксплуатации.

Датчики следует размещать в характерных точках в обслуживаемой

(рабочей) зоне помещения, в местах, где они не подвергаются влиянию

нагретых или охлажденных поверхностей или струй приточного воздуха.

Допускается установка датчиков в воздуховодах, если параметры в них не

отличаются от параметров воздуха в помещении или отличаются на

постоянную величину.

Данная система обеспечивает необходимые условия работы персонала

как в зимнее так и в летнее время. Основными контрольными параметрами,

по которым осуществляется управление системой являются: температура и

скорость движения воздуха.

Для поддержания необходимых параметров в заданных пределах,

система обладает исполнительными устройствами (торцевые вентиляторы,

130

вентиляционные шахты, торцевые жалюзи и т.д.) и устройствами контроля

(внутренние датчики температуры, наружные датчики температуры, датчик

влажности).

Управление системой вентиляции осуществляется при помощи

контроллера, который имеет множество функций позволяющих в полной

мере управлять системой вентиляции. Основные возможности контроллера

изложены выше.

К контроллеру подключаются все исполнительные устройства.

Данные устройства работают при помощи управляющего сигнала

приходящего с контроллера и не могут работать отдельно от него.

Гольцов К.В. Владимир, ВлГУ

ПРИМЕНЕНИЕ САПР ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ

ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ

Видеосистемы на базе компьютеров представляют собой

самостоятельное, активно развивающееся направление в области

видеонаблюдения. Включая в себя все достоинства цифровых

видеорегистраторов, они имеют большой перечень неоспоримых

преимуществ перед последними.

Вот лишь некоторые из них: многоканальная возможность реализации

встроенных детекторов движения на большое число зон с обработкой

изображения, таких как детектор оставленных вещей, детектор унесенных

вещей, детектор прекращения движения, идентификация человека по его

лицу, распознавание государственных номерных знаков автомобилей,

регистрационных номеров вагонов и цистерн, видеоконтроль работы

131

кассовых терминалов, банкоматов, компенсация дрожания видеокамеры и

многое другое.

Отдельно выделим поиск важных мест записи в архивах большого

объема – здесь кроме простейших решений используются

интеллектуальные способы расширенного поиска, включающие в себя

признаки контролируемого объекта.

Видеосистемы на базе компьютеров позволяют добиться

значительной гибкости конфигурирования при реализации больших систем

охранного видеонаблюдения произвольной структуры для территориально

распределенных объектов. Так, они обеспечивают интегрирование

охранных видеосистем с другими системами безопасности. Подобная

интеграция может реализоваться не только на аппаратном, но и на

программном уровне. Она предоставляет оператору графические планы

объекта с размещенными на нем устройствами и отображением их

состояния, с возможностью дистанционного управления

функционированием контролируемого объекта и размещенного на нем

оборудования по экрану монитора.

Для отображения видеоинформации в компьютерных видеосистемах

используется многооконный интерфейс; представление информации может

быть выполнено самым различным образом в соответствии с

конфигурацией системы – по предпочтениям оператора.

Компьютерные системы телевидения могут быть как локальными, так

и сетевыми. В последнем случае видеокамеры подключают к компьютерам,

которые определяются как серверы, а просмотр видеоинформации

осуществляется на удаленных от них рабочих местах. Компьютерные

системы охранного телевидения позволяют осуществлять удаленное

видеонаблюдение, видеорегистрацию, просмотр видеозаписей, управление

исполнительными устройствами.

132

В специальных телевизионных следящих системах для определения

вероятности распознавания объекта на телевизионном растре используется

критерий Джонсона, который применительно к распознаванию

изображения объекта выглядит следующим образом (1.1): 2)1(15.01)( NeNP (1.1)

где N – количество ТВЛ по горизонтали или вертикали.

P – вероятность распознавания объекта.

Отсюда можно вывести обратную зависимость необходимого размера

объекта в зависимости от требуемой вероятности его распознавания (1.2):

5.0)15.0

)1ln((1)( PPN (1.2)

где P – заданная вероятность распознавания объекта на

телевизионном растре.

Высота и ширина реально наблюдаемого участка местности зависит

от расстояния до него, фокусного расстояния объектива и размеров

преобразователя свет-сигнал. Эта зависимость выглядит следующим

образом:

Для «13» ПЗС матрицы фокусное расстояние объектива при заданной

ширине наблюдаемого участка местности на заданном расстоянии (1.3.):

fLW 8,4

(1.3)

где W – ширина наблюдаемого участка местности в метрах,

L – расстояние до наблюдаемого участка местности в метрах,

f – фокусное расстояние объектива в миллиметрах.

Исходя из вышеописанных закономерностей, очень легко вывести

зависимость требуемого фокусного расстояния объектива для

133

распознавания объекта заданного размера на заданном расстоянии при

требуемой вероятности распознавания.

Если размер объекта на ТВ растре N ТВЛ, а его линейный размер по

горизонтали Wo метров и разрешении ТВ камеры по горизонтали R ТВЛ, то

ширина картинной плоскости Wk (1.4):

NRWWk 0 (1.4.)

Отсюда следует

WR

pLf

))15,0

)1ln((1(8,4 21

(1.5.)

где

L – расстояние до объекта, метров.

P – требуемая вероятность распознавания.

W – ширина объекта, метров.

R – разрешающая способность ТВ камеры, ТВЛ.

f – фокусное расстояние объектива, миллиметров.

Объективы современных камер имеют большее фокусное расстояние:

стандартный диапазон лежит в пределах от 2,8 до 16 мм. Поэтому особых

требований к камере повышенного разрешения для распознания объектов

из-за фокусного расстояния не возникает.

Для определения дальней зоны идентификации деталей небольших

предметов используется коэффициент 0,63. Поэтому минимальное

фокусное расстояние, при котором возможна идентификация равно:

2,5/0,63=3,96 мм.

Камера видеонаблюдения должна охватывать рабочее место,

например, кассира. Исходя из этого, горизонтальное поле зрение составляет

2 м. Зная горизонтальное поле зрение и формат ПЗС-матрицы можно узнать

максимальное фокусное расстояние по формуле (1.6):

134

HhLf (1.6)

где f – фокусное расстояние объектива, мм;

l – Расстояние до объекта наблюдения, м;

h – Ширина ПЗС-матрицы, мм;

H – Горизонтальное поле зрения, м.

Применение современных систем автоматизированного

проектирования позволяет автоматизировать расчеты и упростить работу

проектировщика подобных систем. Для проектирования системы

мониторинга можно использовать программный продукт VideoCAD Starter

2010, разработанныя компанией «CCTVProduct».

Панели геометрия камеры, 3D окно, пространственное разрешение

являются плавающими, т.е. могут размещаться за пределами рабочей

области (рис.1.).

Рис.1 Рабочая область программы

Зона обзора – это трѐхмерная геометрическая фигура в виде пирамиды

(выпуклого четырѐхгранного угла) с вершиной, исходящей из объектива

видеокамеры. Все предметы (или части предметов), попадающие внутрь

этой пирамиды будут видны на экране монитора, но только если эти

предметы не затеняются другими предметами. Предметы, не попадающие

внутрь пирамиды, видны не будут (рис.2.).

135

Рис.3. Зона обзора видеокамеры

Если спроецировать полученное сечение пирамиды в заданном

диапазоне высот на горизонтальную плоскость, то получается

горизонтальная проекция зоны обзора (рис.4.).

Горизонтальная проекция зоны обзора в VideoCAD определяется

следующими основными параметрами:

высота нижней границы зоны обзора;

высота верхней границы зоны обзора;

расстояние до верхней границы зоны обзора.

Рис.4. Установка горизонтальной проекции обзора видеокамеры

136

Положение камеры в VideoCAD задаѐтся не высотой камеры и углом

наклона, как в других 3D редакторах, а высотой камеры, высотой верхней

границы зоны обзора и расстоянием до верхней границы зоны обзора

(рис.5.).

Рис.5.Определение положения камеры.

Все остальные параметры проекции зоны обзора VideoCAD

рассчитывает и представляет проекцию в графическом виде (рис.6.).

Рис 6. Размещение проекций зон обзора на плане объекта.

Непосредственно видеонаблюдение осуществляется с помощью

подключаемого программного модуля AbelCam - SR (рис.7.)

137

Рис. 7. Окно модуля видеонаблюдения

Программа способна транслировать видео и звук в режиме реального

времени, поддерживаются Windows Media и Motion JPEG потоки.

Пользователю позволяется выбирать отдельные параметры и профили для

сжатия. Помимо всего прочего, создаваемые потоки можно легко

интегрировать на любые веб страницы, для этого в AbelCam имеются

функции веб-сервера с поддержкой PHP, CGI, SSI, Ajax и proxy.

138

Научное издание

АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Материалы Всероссийской молодежной интернет-конференции

с международным участием

Под редакцией профессора В.Ф.Коростелева

Компьютерная верстка А.А. Лебедева Дизайн обложки А.В. Бакутов

Л.Р. № от г. Подписано в

Формат 60х84/16. Бумага офсетная 80г. Гарнитура Таймс. Усл.печ. л. Уч.-изд.л. Тираж экз.

Заказ №

Издательство г.Владимир

Отпечатано в ВООО ВОИ ПУ «Рост»

600017, г.Владимир, ул.Мира, 34-а Тел/факс (4922) 53-37-52

E-mail: [email protected]

АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ...

Documents

Transcript of АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ...