2015 год, №4

Содержание выпуска
МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПОЖАРОВ С РАЗНОЙ СКОРОСТЬЮ РОСТА В ПОМЕЩЕНИИ С ЕСТЕСТВЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИЕЙ
НЕВДАХ В.В.
Стр. 3 — 12
С помощью программы FDS проведено компьютерное моделирование динамики начальной стадии пожаров с разной скоростью роста в помещении с естественной вентиляцией. При быстром пожаре тепловыделение 1055 кВт достигалось по квадратичному закону за 100 с, при среднем за 250 с и при медленном за 500 с. Источник пожара располагался на полу и на высоте 2 м. В качестве вентиляционных использовали дверной проем размером 0,8×2,0 м, а также отверстия 0,8×0,1 м - нижнее, расположенное над полом, и верхнее под потолком. Установлено, что в процессе развития пожары меняют свой характер - они контролируются сначала горючим материалом, а затем кислородом. На первом этапе тепловыделение пожаров меняется по тому же закону, что и массовый расход горючего материала, и пламенное горение наблюдается только в области источника пожара. На втором этапе динамика тепловыделения имеет вид нерегулярных по амплитуде и длительности пульсаций и становится зависимой от условий вентиляции. В этом случае вклад в тепловыделение пожара дает пламенное горение в области источника и/или в области самовоспламенения в слое дыма.‌‌ Получено, что при пожаре в помещении с вентиляцией в пространственном распределении температуры и задымления воздуха образуются два слоя - практически однородный верхний и нижний, который характеризуется нерегулярными пульсациями этих параметров, обусловленных возникновением самовоспламенения дыма. Показана связь этих распределений с пространственным распределением изменения давления воздуха в помещении при пожаре. При всех скоростях роста пожара наблюдается сильная зависимость динамики тепловыделения от высоты расположения источника пожара. Увеличение высоты расположения источника пожара над уровнем пола оказывает наибольшее влияние на динамику тепловыделения в случаях вентиляции через дверной проем и верхнее отверстие. Длительность этапа пожара, когда пламенное горение происходит только в области источника, сокращается, а длительность этапа, когда в слое дыма возникает самовоспламенение, возрастает. При этом амплитуды пульсаций тепловыделения, величин затемнения и температуры воздуха в нижней области дыма, где происходит самовоспламенение, увеличиваются, а скорости опускания вниз слоев дыма и нагретого воздуха замедляются.
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ МЕХАТРОННЫЕ СИСТЕМЫ С ДИСТАНЦИОННЫМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ КОМПОНЕНТОВ: СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ
ГУЛАЙ А.В., ЗАЙЦЕВ В.М.
Стр. 12 — 18
Проанализированы базовые требования, предъявляемые к сенсорным и управляющим трактам мехатронных систем с дистанционной организацией процессов контроля и управления объектами. Рациональным подходом является проектирование указанных систем как многоканальных технических комплексов, рассчитанных на параллельное или квазипараллельное силомоментное управление выходными механическими звеньями (модулями движения) по множеству координат требуемого фазового пространства. Показано, что применение в мехатронных системах принципов цифровизации и распределенной обработки данных позволяет перейти к унифицированной структуре и типовому набору функций аппаратных и программных средств указанных трактов. Рассмотрена структурно-функциональная схема мехатронной системы, содержащей интеллектуальное сенсорное устройство, центр управления и интеллектуальный исполнительный механизм. Специфицированы задачи, связанные с организацией предварительной обработки информации и построением системного интерфейса передачи телеметрических транзакций между контролируемыми объектами и центром управления. На аппаратные и программные средства трактов мехатронной системы, построенной на основе указанных принципов, возлагается решение функционально полного набора завершенных в логическом отношении задач. Представлено предварительное распределение функций по ресурсам системы - между интеллектуальным сенсорным устройством, центром управления и интеллектуальным исполнительным механизмом. Один из важнейших показателей - информационная совместимость составных частей системы - достигается за счет применения унифицированных транзакций. Помехоустойчивое кодирование данных расширяет полезный информационный объем транзакции до некоторого фактического объема. Показано, что наиболее сложным техническим решением является построение в интеллектуальной мехатронной системе трактов передачи и приема транзакций на основе радиоканалов.
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЭКСПЕРТНОГО АНАЛИЗА ДОРОЖНО-ТРАНСПОРТНЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ С ПОМОЩЬЮ КОМПЬЮТЕРНЫХ ПРОГРАММ МОДЕЛИРОВАНИЯ
АЗЕМША С.А., ГАЛУШКО В.Н., СКИРКОВСКИЙ С.В.
Стр. 18 — 24
Существующие методики проведения автотехнической экспертизы предполагают выбор некоторых параметров на основе интуиции и опыта эксперта. Также при определении замедления не учитываются марка транспортного средства и степень его загрузки, дорожные условия. В процессе анализа установлено, что применение специального программного обеспечения позволяет значительно повысить эффективность выполняемых работ по решению поставленных задач, ускоряет процесс расчетов, в качественном плане уменьшает вероятность ошибок арифметического характера и дает возможность визуализации результатов произведенного исследования. Установлены возможности использования различных моделей для динамического моделирования движения и столкновений автомобилей (в виде трехмерной модели). При этом учитываются особенности технического состояния автомобилей и загрузки, состояние поверхности дорожного покрытия, а также динамического отображения реконструированного механизма ДТП в аксонометрической проекции, создание видеороликов с расположением камеры в произвольной точке пространства: на дороге, обочине, возвышении, движущемся транспортном средстве, водительском месте в транспортном средстве. Выполнены анализ возможностей программ моделирования дорожно-транспортных происшествий, статистический анализ значимости отличий между результатами моделирования при помощи различных программ. Приведены исходные данные и результаты расчета скорости движения транспортного средства по длине следа торможения, полученные с помощью программ экспресс-анализа ДТП (классический подход) и PC-Crash (учитываются дополнительные влияющие факторы). В ходе исследования результатов моделирования применяемого программного обеспечения выявлен ряд недостатков, подлежащих доработке в анализируемых программных продуктах. На основании проведенного анализа использования программ моделирования ДТП предложено к практической работе привлекать ответственные и контролирующие органы (ГАИ, экспертные учреждения, страховые компании) для повышения объективности результатов заключений.
ПРЕЦИЗИОННАЯ СИСТЕМА ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ДЛЯ ОПТИКО-МЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ
ДАЙНЯК И.В., КАРПОВИЧ С.Е., КЕКИШ Н.И., ГОЛДЫН Л.
Стр. 24 — 32
Предложена структура прецизионной системы перемещений на базе кольцевого многокоординатного сегментного синхронного двигателя и реконфигурируемого механизма параллельной кинематики. Многокоординатный синхронный двигатель в зависимости от конструктивного исполнения может иметь от двух до шести подвижных сегментов, число которых в целом определяет внутреннюю подвижность двигателя. Особенность механизма параллельной кинематики состоит в возможности его реконфигурирования за счет последовательного соединения двух соседних шатунов свободными элементами их сферических шарниров в треугольные контуры с одним сферическим шарниром в общей вершине. В результате управляемое движение подвижных сегментов двигателя трансформируется в сложное пространственное движение кольцевой платформы механизма с числом степеней свободы до шести включительно. Предложена математическая модель решения задачи кинематики для рассматриваемого параллельного механизма, позволяющая вычислять положения подвижных сегментов синхронного многокоординатного двигателя в зависимости от заданного положения и ориентации исполнительной кольцевой платформы. Параметрические представления положения базовых точек сегментов двигателя во времени позволяют, в конечном итоге, формировать алгоритмы программируемых движений. Обоснована возможность встраивания разработанной системы перемещений в проекционные системы оптико-механического оборудования с сохранением традиционной схемы компоновки. При этом обеспечивается возможность адаптивной юстировки оптических элементов в процессе эксплуатации, позволяющая подстраивать оптические элементы при изменении геометрии проекционной системы вследствие старения. В результате поддерживаются на требуемом уровне показатели назначения проекционной системы: разрешающая способность, глубина резкости и контрастности изображения, дисторсия. Разработанная система перемещений может быть использована как координатная система позиционирования, совмещения и сканирования в сборочном и другом прецизионном оборудовании.
КОМПОЗИЦИИ АТЕРМАЛИЗОВАННЫХ ТРЕХКОМПОНЕНТНЫХ ИНФРАКРАСНЫХ ОБЪЕКТИВОВ
МУРАВЬЁВ А.В., КУЧЕРЕНКО О.К.
Стр. 32 — 37
Приборы инфракрасной техники часто эксплуатируются в сложных условиях окружающей среды. В первую очередь это относится к температурному диапазону, который согласно требованиям может достигать ±60 °С. Исходя из этого одной из важных задач при проектировании объективов инфракрасных приборов является сохранение их основных характеристик при температурных колебаниях. Изменение температуры внутри объектива приводит к изменению конструктивных параметров оптической системы и как следствие к терморасфокусировке и появлению термоаберраций в изображении, что повлечет за собой резкое снижение частотных и энергетических характеристик системы. В статье рассмотрен вопрос компенсации влияния температурных полей на качество изображения фокусирующих узлов, работающих в инфракрасном спектральном диапазоне, для случая однородного распределения температуры в системе. Устранение зависимости характеристик ИК-объективов от температуры целесообразно проводить на этапе проектирования фокусирующего узла путем использования методов атермализации. Рассмотрены результаты применения разработанной авторами методики пассивной оптической атермализации для проектирования инфракрасных объективов-триплетов и отмечены их преимущества по сравнению с неатермализованными аналогами. Предложены схемы термонезависимых трехкомпонентных объективов, работающих в дальнем инфракрасном диапазоне спектра 8-14 мкм, с матричными фотоприемниками. Приведены результаты анализа влияния изменения температурного поля на качество изображения как неатермализованных, так и атермализованных ИК-объективов. Рекомендуются комбинации оптических материалов и характеристики оптических систем для создания атермализованных объективов дальней инфракрасной области спектра. Приведена оптическая система триплета, рассчитанного на основе методики атермализации.
СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕМЕННОЙ СТРУКТУРЫ С ЦИФРОВЫМИ РЕГУЛЯТОРАМИ
СТРИЖНЕВ А.Г., РУСАКОВИЧ А.Н.
Стр. 37 — 44
В статье рассматривается проблема синтеза систем автоматического управления, работающих в различных режимах, например отработки скачкообразных воздействий и слежения за медленно изменяющимися входными сигналами. В большинстве случаев один регулятор не позволяет достичь требуемых показателей качества работы во всех режимах. Одним из способов решения данной задачи может служить создание системы переменной структуры. Предложена система автоматического управления переменной структуры, содержащая два цифровых регулятора, один из которых включен в прямую цепь последовательно, а второй - параллельно объекту управления, имеющему дополнительный усилитель и единичную обратную связь. Такая схема построения отличается простотой и обладает хорошим качеством при отработке ступенчатых и синусоидальных входных сигналов различной амплитуды. Представлена разработанная структурная схема системы переменной структуры и описан принцип ее действия. Для проверки работы системы выбраны три различных объекта управления. С учетом требований, предъявляемых к качеству функционирования системы, выбраны цифровые регуляторы и определены их параметры. Для проверки работы предложенной системы с различными объектами управления и цифровыми регуляторами проведено математическое моделирование. Подтверждены хорошее быстродействие системы автоматического управления при отработке ступенчатых сигналов, обеспечение минимальной для данных регуляторов динамической ошибки и времени запаздывания при отработке гармонических воздействий различной амплитуды. Полученные результаты доведены до инженерного уровня и могут быть использованы при создании систем автоматического управления, содержащих другие объекты управления и цифровые регуляторы, к качеству работы которых предъявляются различные, порой противоречивые требования.
О КОМПЛЕКСНОМ ПОДХОДЕ К МОДЕЛИРОВАНИЮ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН
ГОНЧАРОВ А.А.
Стр. 45 — 50
В процессе проектирования, производства и исследования сложной технологической машины возникают задачи, которые относятся не только к свойствам отдельных видов оборудования, но и к закономерностям функционирования объекта управления в целом. Под технологической машиной понимается такой технологический комплекс, в котором можно выделить систему управления (или управляющее устройство) и управляемый объект. Проанализирован ряд существующих подходов к построению моделей управляющих устройств и их функционированию. Предложена комплексная модель функционирования технологической машины, т. е. функционирования управляющего устройства и управляемого объекта технологической машины. При этом модели управляющего устройства и управляемого объекта технологической машины можно представлять как совокупность агрегатов (элементов) этих моделей. Описывается концепция реализации комплексной модели технологической машины как модели взаимодействия агрегатов (элементов) управляющего устройства и управляемого объекта. При подаче на управляющее устройство технологической машины управляющего воздействия выполняется его моделирование на алгоритмическом или логическом уровне, а полученные выходные сигналы интерпретируются как события, сообщения о которых передаются соответствующим исполнительным механизмам. В предложенной схеме сопряжения агрегатов рассматриваются модели элементов как классы объектов, а схема сопряжения представляется как совокупность значений свойств объектов (совокупность множеств входных и выходных контактов) и их взаимодействий (в виде оператора сопряжения). Порождение потомков родительских объектов модели технологической машины и создание их экземпляров в различных частях проекта - одно из наиболее важных средств распределенного моделирования технологической машины, позволяющее создавать модели сложных технических устройств еще на уровне проектов.
УРОВЕНЬ ИНФОРМАЦИОННОГО СИГНАЛА ОТ ДАТЧИКА ЛИНЕЙНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПОРШНЯ ГИДРОПОДЖИМНОЙ МУФТЫ КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ КАК ПОКАЗАТЕЛЬ СТЕПЕНИ ЕЕ ИЗНОСА И ВЕЛИЧИНЫ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА
КАРПИЕВИЧ Ю.Д., БОНДАРЕНКО И.И.
Стр. 51 — 56
В условиях рыночных отношений одной из основных задач, стоящих перед промышленностью Республики Беларусь, является повышение технического уровня, надежности и конкурентоспособности колесных и гусеничных машин. Бортовое диагностирование улучшает качество колесных и гусеничных машин, повышает надежность их агрегатов и узлов. Планово-предупредительная система технического обслуживания и ремонта, а также эпизодический характер контрольно-диагностических работ не могут обеспечить требуемого уровня технического состояния колесных и гусеничных машин, так как не учитывают индивидуальные особенности каждой машины, условия ее эксплуатации и проведенные ранее ремонтные воздействия. Один из путей решения проблемы - разработка методов бортового диагностирования технического состояния силовых агрегатов колесных и гусеничных машин, позволяющих перейти к техническому обслуживанию по фактической потребности и за счет этого исключить, с одной стороны, возможность эксплуатации неисправной машины, а с другой - необоснованные материальные и трудовые затраты при преждевременном обслуживании. Бортовое диагностирование силовых агрегатов и, в частности, гидроподжимных муфт коробок передач должно обеспечить высокую безопасность движения. Использование уровня информационного сигнала от датчика линейного перемещения поршня гидроподжимной муфты коробки передач позволит оперативно в любой период эксплуатации тракторов «Беларус» определять остаточный ресурс фрикционных дисков, а также прогнозировать время их замены.
БЕЛАРУСЬ НА ПОРОГЕ СОЗДАНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ
ГРАБАУРОВ В.А.
Стр. 56 — 65
В статье расшифровано понятие интеллектуальных транспортных систем, показана их выгода в решении различных задач: безопасности движения, увеличения скорости, улучшения экологии, разгрузки городских территорий, повышения комфорта и др. Интеллектуальные транспортные системы охватывают все виды транспорта и элементы системы транспортировки: транспортные средства, инфраструктуру, динамически взаимодействующих водителей или пользователей. Информация составляет основу интеллектуальных транспортных систем, будь то статические или оперативные транспортные данные или цифровые карты. Такие системы могут предоставить информацию в реальном времени о текущих положениях в сети или онлайн-информацию для планирования поездки. Кроме перечисленных возможностей интеллектуальных транспортных систем в решении современных транспортных проблем, рассмотрены факторы комфорта, а также их технологии, логическая и физическая архитектура, производительность и эксплуатационная эффективность. Проведен анализ развития интеллектуальных транспортных систем в мире: в США, Европейском союзе и России. Охарактеризован начальный этап создания интеллектуальных транспортных систем по опыту различных государств, описаны мифы и реалии формирования таких систем в странах с переходной экономикой. Проанализированы особенности развития интеллектуальных транспортных систем в Беларуси, даны рекомендации о практических шагах по созданию белорусской интеллектуальной транспортной системы. Для Беларуси при создании интеллектуальных транспортных систем основной является не техническая, а институциональная проблема. Необходимо объединить усилия государственных, научных, производственных, коммерческих и академических структур в единую команду для ее решения.
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОБЪЕМОВ ПРОИЗВОДСТВА ПРЕДПРИЯТИЙ ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИХ ПОТРЕБНОСТИ В ЭНЕРГОРЕСУРСАХ Часть 1
РОМАНЮК В.Н., МУСЛИНА Д.Б.
Стр. 66 — 76
Статья представляет интерес для специалистов, занятых решением проблем эффективности легкой промышленности Беларуси как одной из значимых отраслей, в большой степени формирующих состояние экономики республики, ее экспортный потенциал и социальный климат. Для сохранения и упрочения позиций на рынках для предприятий легкой промышленности чрезвычайно актуально снижение себестоимости продукции. Действующие производства натуральных, синтетических текстильных и трикотажных материалов и их последующая обработка во многом неоправданно энергоемки. Сегодня единственно приемлемым решением задачи снижения себестоимости продукции отрасли является уменьшение ее энергетической составляющей, для чего необходим переход к созданию современных теплоэнергетических систем на теплотехнологических предприятиях. Важнейшей подсистемой последних является собственное комбинированное производство энергопотоков вторичных электрической и тепловой энергии, холода. Среди вопросов, возникающих при проектировании тригенерационных комплексов, один из основных - определение базовой нагрузки и мощностей каждого генерируемого энергопотока энергоисточника. Решение непосредственно связано с выпуском продукции, который определяется спросом на рынках сбыта, в силу разных причин имеющим свою специфику для рассматриваемых предприятий. Поиск спроса предлагается вести с использованием статистических методов. Требуется учитывать как темпы развития отрасли (предопределенные государственными программами, планами, правительственными решениями, в том числе директивными), объемы производства конкурентоспособной продукции, так и фактическое положение продукции на рынках сбыта. Данная публикация - первая часть комплексных исследований авторов, направленных на разработку научно обоснованных предложений повышения энергоэффективности отрасли в целом на базе полученных результатов при изучении ее энерго- и теплотехнических проблем. Результаты расчетно-аналитического анализа статистических и полученных прогнозных материалов положены в основу разработки научно обоснованных предложений по модернизации энергообеспечения и экономии энергоресурсов отрасли, т. е. цели исследований. Результат проделанной работы - существенное снижение энергетической составляющей себестоимости продукции - будет представлен в последующих публикациях.
КОНКУРЕНЦИЯ КАК МЕХАНИЗМ РЫНКА
КАЖУРО Н.Я.
Стр. 77 — 84
Показана сущность конкуренции как объективной закономерности развития товарного производства, основанного на частной собственности на средства производства, и товарного обмена. Показывается экономическая основа рыночной экономики (частная собственность), которая порождает соответствующую цель производства. Такой целью являются максимилизация прибыли и минимизация затрат субъектов рынка. Поэтому борьба за наиболее выгодные условия производства и сбыта товаров в таких условиях неизбежна, она выступает на поверхности общества с развитой рыночной экономикой как конкуренция. Конкуренция рассматривается не в качестве экзогенного фактора, воздействующего на рыночную экономическую систему извне, а как объективное явление, присущее рыночной системе хозяйствования как таковой, что обусловлено экономической обособленностью отдельных товаропроизводителей. Будучи важным двигателем рыночной экономики, конкуренция не устанавливает ее законы, а выступает лишь в роли «исполнителя» данных, внутренне присущих товарному производству законов и, прежде всего, закона максимилизации прибыли, который определяет цель и движущий мотив хозяйствующих субъектов в экономике. В условиях рыночной экономики конкуренция играет противоречивую роль. С одной стороны, она заставляет производителей постоянно стремиться к снижению затрат ради увеличения прибыли. В результате этого повышается производительность труда, снижаются издержки производства, и компания получает возможность уменьшить розничные цены на свою продукцию. Следовательно, повышая эффективность производства, конкуренция выступает потенциальным фактором понижения цен. С другой стороны, в условиях несовершенной конкуренции продавцы имеют больше свободы в назначении цен, так как продают свою продукцию в условиях монополистической конкуренции или олигополии. В этом главная слабость рыночной системы хозяйства.