2015 год, №4

Содержание выпуска
Оптимизация многокритериальных решений
Гарина Светлана Владимировна, Люпаев Борис Михайлович, Никишин Михаил Борисович
Стр. 12 — 17
В статье рассматриваются многокритериальные решения для задач оптимизации в строительстве; предлагается метод поиска оптимальных решений. Данные задачи имеют большую сложность, поскольку к их оптимальным решениям предъявляются требования по нескольким критериям. В эти решения постоянно вносятся изменения и дополнения, что приводит к необходимости оперативной проверки их оптимальности. Методы поиска оптимальных решений согласуются с деталями на каждом этапе реализации. Требованиями по критериям могут быть затраты средств, времени, материалов, а также социальные и экологические последствия от реализации решений. Каждому критерию соответствуют целевые функции, имеющие свои оптимальные значения. Реализация подобных многокритериальных решений - сложная задача. В статье рассматриваются возрастающие и убывающие части целевой функции; дается оценка оптимального решения с помощью коэффициента эффективности. Учитывается степень влияния переменных на целевую функцию, а также определяются отклонения функций от замены оптимальных значений. Предлагается рассмотреть приоритеты по каждому критерию. Полученное решение позволяет свести задачу к однокритериальной. На примере стоимости строительных объектов даются расчеты компромиссных решений с учетом рассматриваемых критериев. Приводится пример двух целевых функций, одна из которых выражает количество квартир, а другая - стоимость. В результате расчетов обобщенная целевая функция достигает оптимального значения. Предполагается в общем случае использовать приоритетные оптимальные решения по отдельным критериям. Варианты решений сравниваются с допустимым значением целевой функции. Когда наборы частных решений являются стохастическими, для отдельных блоков задачи эффективны компромиссные решения.
Вычисление индекса сезонности
Певцова Татьяна Александровна, Рябухина Елена Александровна, Гущина Оксана Александровна
Стр. 18 — 36
С развитием информационных технологий задачи логистики приобретают все большее значение. Одной из актуальных задач планирования является определение сезонности товара, позволяющее рационализировать запасы продукции, оптимизировать применение трудовых, финансовых и материальных ресурсов и т. д. Специфичность анализа в сельском хозяйстве обусловлена следующими причинами: 1) результаты деятельности предприятия во многом зависят от природно-климатических условий, поэтому анализ необходимо производить на основании данных за несколько предыдущих лет; 2) для сельского хозяйства характерна сезонность производства; 3) процесс производства не совпадает с рабочим периодом, часть показателей можно определить только в конце года. Таким образом, актуальность приобретает такой инструмент анализа как индекс сезонности. При планировании и прогнозировании индекс сезонности позволяет минимизировать ряд сельскохозяйственных организационно-технологических и экономических проблем, в частности минимизировать отток денежных средств предприятия вследствие избыточного создания запасов. Вместе с тем, последнее имеет смысл, если предприятие может добиться от своих поставщиков снижения цен (поскольку больший размер заказа обычно предусматривает некоторую льготу, предоставляемую поставщиком в виде скидки). По тем же причинам предприятие предпочитает иметь достаточный запас готовой продукции, который позволяет более экономично управлять производством, сохраняя персонал и имея возможность в случае неожиданного повышения спроса не терять заказчиков. В результате этого уже предприятие, как правило, предоставляет скидку своим клиентам. Кроме того, достаточно большой запас сырья и материалов спасает его в случае неожиданной нехватки соответствующих запасов от прекращения процесса производства или покупки более дорогостоящих материалов-заменителей. Задачей анализа, таким образом, является определение разумного баланса между прибылью и затратами на хранение запасов. Вычисления индекса сезонности с помощью Microsoft Excel позволяет автоматизировать расчеты для различных видов ресурсов, что приводит к оптимизации управленческих решений.
Обработка пластин монокристаллического карбида кремния
Ивенин Станислав Васильевич
Стр. 37 — 50
В представленной работе рассматриваются варианты технологического процесса обработки пластин монокристаллического карбида кремния, начиная с резки и заканчивая полировкой. На основе работ отечественных и зарубежных авторов показано, что наиболее важным и ответственным является заключительный этап, который должен обеспечить высокое качество поверхности (шероховатость < 0,5 нм) и приемлемые скорости удаления материала. При этом все технологические операции взаимосвязаны, и выбор режимов обработки на данной операции влияет на условия проведения последующих обработок, поэтому каждая технологическая операция может иметь варианты реализации. Так, выбор размеров алмазного зерна, которое используется почти на всех этапах обработки, всегда проводится на основе компромисса между скоростью обработки и глубиной нарушенного слоя. Для получения наилучшего соотношения между скоростью обработки и качеством поверхности шлифовку, например, проводят в 2 или 3 этапа, последовательно уменьшая размеры алмазного зерна. Качественное выполнение финишных операций обработки пластин карбида кремния, создает возможность на последующих операциях (эпитаксия, окисление, фотолитография и т. д.) обеспечить получение карбидокремниевых приборов с заданными параметрами. Учитывая особенности карбида кремния, высокая твердость которого близка к алмазу при одновременной высокой хрупкости, решение этой проблемы требует постоянного поиска и исследования новых технологических приемов обработки. В работах различных исследователей показано, что традиционные методы обработки пластин карбида кремния, хорошо отработанные еще на кремнии, позволяют получить достаточно высокое качество поверхности, но при этом требуется больше затрат времени. Использование полирующих абразивов на основе силиказолей с добавлением наноструктурированного алмаза позволяют достигать скорости удаления карбида кремния ~ 0,2 мкм и шероховатости ~ 0,4 нм.
Динамический анализ загруженности двигателя фрезерного мотокультиватора «Нева» МК-200
Анохин Анатолий Васильевич, Купряшкин Владимир Федорович, Чаткин Михаил Николаевич, Наумкин Николай Иванович, Капустин Андрей Геннадьевич, Уланов Александр Сергеевич
Стр. 51 — 62
Работа посвящена динамическому анализу загруженности двигателя мотокультиватора с учетом особенностей конструкции фрезерных рабочих органов и их взаимодействия с почвой. Рассмотрены области применения фрезерных мотокультиваторов как отечественных, так и зарубежных производителей. Указаны особенности конструкций рабочих органов фрезерных мотокультиваторов и отмечены их недостатки, приводящие к увеличению затрат мощности, снижению производительности и качества обработки почвы. Для установления причин снижения эффективности и наиболее оптимальных режимов функционирования фрезерных мотокультивторов с учетом конструктивных особенностей рабочих органов и конкретных почвенных условий приведен подробный анализ конструкции фрезерных рабочих органов мотокультватора «Нева» МК-200, заключающийся в установлении порядка и расчета рабочего угла взаимодействия их ножей с почвой. В результате динамического исследования, которое проводилось с использованием известных графоаналитических методов с учетом одного рабочегой цикла, равного одному полному обороту фрезбарабанов, при условии установившегося протекания технологического процесса фрезерования почвы; установлены расчетные зависимости максимального крутящего момента и требуемой мощности, необходимой для привода одного ножа. Также в ходе динамического анализа были определены значения суммарного среднего крутящего момента на приводном валу фрезбарабанов. С учетом почвенных условий и конструктивно-технологических особенностей функционирования фрезерного мотокультиватора получены аналитическая и графическая зависимости требуемой мощности двигателя, необходимой для привода его рабочих органов. Обработка значений графических зависимостей требуемой мощности двигателя позволил а установить ее апроксимирующие функции, на основании которых были определены оптимальные и критические режимы функционирования мотокультиватора в зависимости от варианта комплектования фрезерных рабочих органов и конкретных почвенных условий, опреляемых ее твердостью, при условии максимальной загрузки его двигателя.
Вычислительная эффективность для решения задачи оптимизации оболочек вращения при ограничениях на флаттер
Чугунов Михаил Владимирович, Кузьмичёв Николай Дмитриевич, Полунина Ирина Николаевна
Стр. 63 — 71
Теория и практика оптимизации занимает важное место в естествознании и технике. При этом алгоритмы решения оптимизационных задач требуют многократного обращения к процедуре вычисления функций оптимизации (прямой расчет). Эти функции, как правило, заданы алгоритмически в пространстве высокой размерности и трудновычислимы. В связи с этим актуальной является задача построения упрощенных метамоделей (аппроксимаций) для объекта оптимизации, адекватных исходной «точной» модели в некоторой подобласти пространства и не требующих для своего анализа больших вычислительных затрат. Целью данной работы является количественная оценка вычислительной эффективности решения оптимизационных задач, основанных на аппроксимациях разного типа. В качестве объекта оптимизации рассматривается оболочка вращения, подверженная флаттеру. Исходной моделью является конечноэлементная модель оболочки, для которой образующая и распределение толщины вдоль меридиана заданы Безье-функ-циями. Определение критического параметра флаттера в алгебраической части сводится к решению несимметричной обобщенной задачи на собственные значения, которая реализована программно в виде AddIn-приложения SolidWorks. Для построения упрощенных метамоделей используются аппроксимации двух видов: локальные и промежуточные. В первом случае решение задачи сводится к применению метода Хана и Пауэлла, во втором - к поэтапной замене исходной модели метамоделями в подобластях пространства оптимизации конечных размеров, анализу адекватности аппроксимаций и определению на этой основе стратегии поиска. Нами была решена задача весовой оптимизации оболочки, подверженной сверхзвуковому флаттеру с использованием локальных и промежуточных многоточечных аппроксимаций. В качестве управляемых параметров в статье рассматриваются координаты ключевых точек Безье; проводится сравнительный анализ вычислительной эффективности решения в каждом из этих двух случаев. В качестве критерия вычислительной эффективности рассматривается количество обращений к процедуре прямого расчета.
Особенности обработки сложнопрофильных деталей уплотненными мелкодисперсными абразивными средами
Скрябин Владимир Александрович
Стр. 72 — 89
В статье приведены особенности обработки поверхностей деталей со сложным профилем незакрепленным шлифовальным материалом. Представлены схемы методов обработки и результаты пратической реализации финишной обработки с целью достижения заданной величины шероховатости обрабатываемых поверхностей. Для данного способа обработки силы инерции близки к нулю, поскольку давление абразивного слоя на обрабатываемую поверхность детали определяется действием сжатого воздуха на обрабатывающую среду через эластичную оболочку. В отличие от методов финишной обработки деталей инерционно уплотненным абразивом, в которых формирование уплотненного абразивного слоя происходит за счет сил инерции, в предлагаемом способе обработки уплотненная абразивная масса формируется статически под действием давления сжатого воздуха на эластичную оболочку камерного устройства и прижимается непосредственно к обрабатываемой поверхности. Таким образом, предлагаемый способ обработки деталей со статическим уплотнением обрабатывающей среды обеспечивает расширение технологических возможностей способа и повышение производительности и качества обработки. В рассматриваемом способе обработки режущий инструмент формируется автоматически из незакрепленных абразивных частиц, которые находятся в составе суспензии, путем уплотнения их в слой или эластичный брусок. При этом абразивные частицы находятся в состоянии плотной упаковки и копируют форму обрабатываемой поверхности. Исследования производительности и качества обработки деталей типа дисков и кулачков осуществлялись на экспериментальной установке, схема которой показана на рисунках. Установка зафиксирована на столе вертикально-сверлильного или радиально-сверлильного станка и соединена с его шпинделем. В кольцевую полость ее камеры подается сжатый под давлением воздух, в результате чего рабочая среда уплотняется и копирует форму обрабатываемой поверхности детали.
Влияние основных параметров процесса обработки на шероховатость поверхностей деталей сложного профиля
Скрябин Владимир Александрович
Стр. 90 — 102
В статье приведены особенности обработки поверхностей деталей со сложным профилем незакрепленным шлифовальным материалом. В предыдущих исследованиях были определены интервалы изменения давления абразивной среды на обрабатываемую поверхность, а также скорости резания, при которых обеспечивается возможность высокой производительности и качества процесса обработки и исключается появление брака вследствие перегрева детали. Исследования обработки деталей типа дисков и кулачков осуществлялись на экспериментальной установке, которая зафиксирована на столе вертикально-сверлильного станка или радиально-сверлильного станка и соединена с его шпинделем. работа такого устройства осуществляется следующим образом. Обрабатываемую деталь закрепляют на специальной оправке, которая устанавливается на вал ротора. Перемещение оси оправки относительно оси ротора обеспечивается шарнирным поводком с шариками. ротор помещают в камеру с эластичными стенками, заполненную абразивной средой, и сообщают ему вращение с определенной угловой скоростью со. В кольцевую полость камеры подают воздух под давлением, в результате чего среда уплотняется, а камере сообщается вращательное движение посредством зубчатой передачи. Кроме этого, она совершает возвратно-поступательное движение вдоль оси вращения, перемещаясь относительно неподвижных кулачков. Для уменьшения нагрузки на кулачки служит демпфирующая пружина. Проведенные экспериментальные исследования показывают, что на качество формируемой поверхности детали при камерной обработке оказывают влияние в основном следующие параметры: давление воздуха, прикладываемое к эластичной оболочке, зернистость абразивного материала, твердость детали, соотношение диаметральных размеров детали и эластичной оболочки при обработке. В статье представлены результаты практической реализации финишной обработки, которые позволяют получить заданную величину шероховатости обрабатываемых поверхностей.
Транспорт Республики Мордовия: факторы, проблемы и перспективы развития
Семина Ирина Анатольевна
Стр. 103 — 112
В статье рассматриваются факторы формирования транспорта Республики Мордовия. Развитию транспорта в регионе способствуют благоприятные природные факторы, выгодное экономико-географическое положение. В РМ наиболее распространенными являются сухопутные виды транспорта. Внутренний водный транспорт потерял свое транспортное значение к концу XIX в. Большую роль в повышении качества автомобильных дорог сыграло строительство в 1960 гг. асфальтовых и асфальтобетонных заводов в РМ, открытие карьеров по добыче щебня. На территории современной РМ вдоль транспортных магистралей размещаются промышленные предприятия. Транспортная инфраструктура имеет второстепенное значение по отношению к территориальным элементам производства. В транспортных узлах возникают оптимальные условия для формирования промышленных узлов и центров. Важную роль в развитии транспортной системы РМ играет сеть городов и административных центров, от размещения которых зависят направления и мощность основных внутри- и межрегиональных грузовых и пассажирских потоков. Современная транспортная сеть региона рассматривается по видам транспорта. Автомобильный транспорт является ведущим, выполняет основные пассажироперевозки и перевозки сельскохозяйственных грузов в пределах региона; ряд районов имеют только автодорожную сеть. Представлены результаты анализа показателей надежности и морфологии дорожной сети по административным районам РМ, выявлены транспортные проблемы и обозначены приоритеты развития регионального транспорта. Во всех районах РМ надежность начертания дорожных сетей не соответствует нормативным значениям, их конфигурационные особенности не отличаются полицентричностью и цикличностью; доминирует республиканский центр, связки, циклические звенья дорожной сети имеют низкое техническое состояние. Существующая древовидная дорожная сеть РМ сдерживает социально-экономическое развитие региона. Основные направления концепции развития транспорта республики соответствуют приоритетам государственной транспортной политики и способствуют формированию современной эффективной транспортной инфраструктуры, обеспечивающей ускорение движения потоков пассажиров и товаров, снижение транспортных издержек в экономике.
ВЛИЯНИЕ МУЛЬЧИРОВАНИЯ И ОРОШЕНИЯ НА УРОЖАЙНОСТЬ ТОМАТОВ И ПОДАВЛЕНИЕ РОСТА СОРНЯКОВ
Шахадат М. К., Рахман М. А., Миах М. Г., Хокуе А. К. М. А., Кунду С.
Стр. 113 — 124
Эксперимент проводился на исследовательской ферме Аграрного Университета Бангабандху Шейх Муджибур Рахман, округ Газипур, Бангладеш с ноября 2008 по март 2009 г. Целью эксперимента было выявить влияние орошения и мульчирования на урожайность томатов. Эксперимент проводился на дробных делянках и включал в себя 3 серии; основные участки или мульчировались (листьями сенны и рисовой соломой) или оставались без мульчирования, в то же время на дробных делянках использовались 5 уровней орошения (IW / СЕР1,0, IW/CEP 0.75, IW/CEP 0.50, IW/CEP 0.25, и IW/CEP 0.0 ). Мульчирование листьями сенны дало прирост урожая томатов на 4,64 и 25,02 % выше, чем при мульчировании рисовой соломой и при отсутствии мульчирования соответственно. При урове орошения IW/CPE 1.0 урожай был выше на 5,64, 13,40, 33,04 и 87,65 % по сравнению с уровнями IW/CPE 0,75, 0,50, 0,25 и при отсутствии полива соответственно. Мульчирование листьями сенны в сочетании с уровнем орошения IW/CPE 1.0 дало самый высокий урожай (58,54 т/га - 1), который существенно не отличался при мульчировании рисовой соломой и применении уровня орошения IW/CPE 1.0 (урожайность 56.89 т/ га - 1 ), мульчирование листьями сенны в сочетании с уровнем орошения IW/CPE 0,75 дало урожай 56,73 т га - 1. Повышение содержания редуцирующего сахара, общего сахара и аскорбиновой кислоты наблюдалось в томатах при снижении уровня орошения, тогда как содержание в-каротина увеличивалось при повышении уровня орошения. Мульчирование значительно подавляло рост сорняков. Следовательно, листья сенны можно использовать в качестве мульчи для сохранения влаги в почве, повышения урожайности томатов и подавления роста сорняков. Использование для мульчирования листьев сенны позволяет сэкономить около 26 % оросительной воды без существенной потери урожайности.
Влияние агрометеорологических условий периода вегетации и перезимовки растений на урожайность озимой пшеницы в центральной части Республики Мордови
Ивойлов Александр Васильевич, Чернышёва Татьяна Николаевна
Стр. 125 — 132
В статье приводятся результаты сорокалетних сопряженных наблюдений в центральной части Республики Мордовия по влиянию агрометеорологических показателей (количество атмосферных осадков, ГТК периода вегетации, глубина промерзания почвы, высота снежного покрова) на урожайность зерна озимой пшеницы (Triticum aestivum L.) Мироновская 808. В результате исследований было установлено, что значительные колебания продуктивности пшеницы при ежегодном использовании практически одинаковой агротехники в основном связаны с режимом увлажнения периода вегетации и условиями перезимовки растений. Урожайность озимой пшеницы:, как правило, определяется осадками, выпавшими в мае. При этом наибольшая продуктивность отмечается при сумме осадков 50-60 мм. При увеличении количества осадков (> 60 мм) или их уменьшении (< 50 мм) урожайность озимой пшеницы снижается. Зависимость зерновой продуктивности озимой пшеницы от ГТК периода вегетации также значительна. При ГТК = 1,4-1,6 формируется наибольшая ее урожайность, что соответствует годам с достаточным увлажнением (климатическая норма - 1,1). Основными метеорологическими факторами перезимовки озимой пшеницы являются промерзание почвы и высота снежного покрова. При промерзании > 50 см почвы урожайность озимой пшеницы снижается, поскольку оно, как и высота снежного покрова, оказывает непосредственное влияние на температуру почвы на глубине узла кущения. Высота снежного покрова 40-50 см позволяет получить высокий урожай озимой пшеницы, однако при дальнейшем ее увеличении происходит снижение урожайности, поскольку длительное залегание мощного снежного покрова ведет к выпреванию растений. Кроме этого, показывается, что в благоприятные по погодным условиям годы урожайность зерна озимой пшеницы при возделывании ее по чистому пару бывает высокой и в сочетании с передовой агротехникой достигает 4,0-4,5 т/га и более даже без внесения удобрений; приводится фенология растений озимой пшеницы.