НАУЧНЫЙ ЦЕНТР «ДИСПУТ»

ЦИФРОВАЯ ЭКОНОМИКА ОБОРУДОВАНИЕ, УПРАВЛЕНИЕ,

ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ КАПИТАЛ

Материалы всероссийской научно-практической конференции

25 декабря 2018 г.

Вологда 2018

2

УДК 658 ББК 65 Ц75 Цифровая экономика: оборудование, управление, человече-

ский капитал [Текст]: материалы всероссийской научно-практи-ческой конференции, г. Вологда, 25 декабря 2018 г. – Вологда: ООО «Маркер», 2018. – 112 с.

ISBN 978-5-907083-55-4

Сборник научных трудов содержит материалы, представленные

на всероссийскую научно-практическую конференцию «Цифровая экономика: оборудование, управление, человеческий капитал», проведенную Научным центром «Диспут» 25 декабря 2018 г. в Во-логде.

Сборник предназначен для научных и педагогических работни-ков, аспирантов, магистрантов и студентов с целью использования в научной работе и учебной деятельности.

Все материалы публикуются в авторской редакции. За содержа-ние статей ответственность несут авторы.

Научные труды конференции размещены на платформе научной

электронной библиотеки (eLIBRARY.ru). Договор с ООО «Научная электронная библиотека» 1716-06/2015K.

Электронная версия сборника размещена на сайте volconf.ru.

УДК 658 ББК 65

© Авторы статей, 2018 © Научный центр «Диспут», 2018

ISBN 978-5-907083-55-4

3

СОДЕРЖАНИЕ

Бильчук М.В., Иванова Т.В., Бабенко Е.В., Байкин И.А. Применение информационно-программных средств при проверке освоения компетенций, актуализированных ФГОС ВО ....................................................................................... 5

Бондарчук Н.Д., Феофанов А.Н., Гришина Т.Г. Выбор инструментов управления и моделирования бизнес-процессов ........................ 8

Волков А.Э., Медведев В.И., Бирюков С.С. Особенности реализации расчетов зубьев на прочность в специализированной САПР конических прямозубых передач ........................ 13

Гайнутдинова Л. Переработка пластиковых оконных профилей с помощью электростатического сепаратора с одним противостоящим плоским электродом ......... 15

Глубоков А.В., Ястребова Т.С. Автоматизация выбора средств измерений .............................................................................. 16

Гош Д.Р. Анализ проблемы обращения с отходами производства минеральных удобрений ............................................................................... 18

Гречишников В.А., Кокарев В.И., Косарев В.А., Романов В.Б. Сборный резец с возможностью регулировки угла в плане ....................................................................................... 20

Гришина Т.Г., Митрофанов В.Г., Черняев М.А. Метрологическое обеспечение на этапах жизненного цикла продукции ............. 24

Долгов В.А., Луцюк С.В., Васильцов М.А. Разработка маршрутных технологических процессов изготовления деталей в многономенклатурном производстве с учетом закрепления операций за технологическим оборудованием ...................... 27

Егоров С.Б., Капитанов А.В., Козлова А.В. Изменчивость технологических процессов как часть реализации системы статистического управления .................................. 30

Еленева Ю.Я., Червенкова С.Г., Андреев В.Н. Модернизация предприятий на основе управления технологическим капиталом ............................................................................... 32

Ерёменко О.В. Исследование образование шума и вибрации в технологическом оборудовании от параметров резания ....................................................... 33

Ибраев Р.Р., Стоякова К.Л., Кузовкин К.Н., Крюков В.В., Комиссаров Р.Н., Тарасов А.Г., Семячкова Е.Г., Тюрбеева Т.Б. Анализ моделей управления информацией о запасах производственного сырья на предприятии ................................................................. 36

Исаев А.В. Классификация способов расположения пластин в корпусах сборных фрез для высокоэффективной обработки ............................................................................... 38

Карлова Т.В., Аввакумов Я.А., Бекмешов А.Ю. Современная практика построения интегрированных систем менеджмента на российских предприятиях ........................................ 41

Кириллов А.К., Мосийчук М.М. Повышение эффективности обработки заготовок из специальных материалов с применением технологического комплекса сухой обработки с компенсацией эффектов жидких СОТС ........................................................................ 44

Коган Ю.Г., Щербина А.А. Параметрическая раскрашенная сеть Петри для моделирования бизнес-процессов «цифрового» предприятия ....................................... 48

Kovshov E. Digital production in the structure of modern power-engineering complex ...................................................................................... 51

Коршунова Е.Д., Окоракова А.А., Москвичева Н.В. Выявление потребителей продукции производственных стартапов на основе использования модифицированной модели развития потребителей....................................................................... 54

Кузнецов П.М. Оперативное управление единичным производством ..................................... 56

Любовинкин Н.А., Иванова Н.А., Рябов С.А., Шварцбург Л.Э. Взаимосвязь образования химических загрязнений с энергетическими показателями техпроцессов ........................................................................ 58

Молодцов В.В., Сабиров Ф.С., Яхутлов М.М. Система информационного сопровождения жизненного цикла технологического оборудования цифрового машиностроительного производства ............. 61

Петухов Ю.Е., Мишко Р.Н. Разработка метода глубокого азотирования режущего инструмента из стали Р6М5 .................................... 64

Позднеев Б.М., Левченко А.Н., Шароватов В.И. Архитектура стандартов цифрового предприятия в условиях развития индустрии 4.0 ...................................................................... 66

4

Поклонская М.С., Коробова Н.В. Исследование технологии изготовления детали типа «Корпус» посредством конечно-элементного моделирования в программном комплексе DEFORM 2D .................................................67

Полковников Н.С. Механизм оценки влияния отступлений от КД/ТД, допущенных при производстве продукции ВПК: проблемы и варианты решения ..............71

Пономарев К.С., Феофанов А.Н., Гришина Т.Г. Цифровой двойник предприятия как инструмент цифровой трансформации производств ..........................................................................73

Просвирина М.Е., Червенкова С.Г., Чаруйская М.А., Андреев В.Н. Организационно-методическое обеспечение системы управления стоимостью предприятия .........................................................................76

Семенов А.А., Коробова Н.В. Определение влияния технологических параметров процесса изготовления диска из жаропрочного никелевого сплава Инконель 718 на микроструктуру методами моделирования ..................................................................80

Симанженков К.А., Мое Чжо Тху, Косов М.Г. Формирование состава инструментального обеспечения на основе анализа производственных данных .................85

Скопцов Э.С., Мастеренко Д.А. Применение методов морфологической фильтрации в задаче диагностики состояния поверхности режущего инструмента .............. 87

Сосенушкин Е.Н., Гусев Д.С., Архипов А.А. Математическая модель свободного затекания металла в ребра жесткости при выдавливании плоских поковок ......................... 89

Телешевский В.И., Скрынник А.А., Гаврилова Н.Д. Лазерная импульсная интерференционная система для измерения геометрических параметров диффузно отражающих объектов в среднем ИК-диапазоне ................................................................................ 91

Толок А.В., Локтев М.А. Функционально-воксельная модель рельефа методом билинейной интерполяции триангулированной сетки ........................................ 94

Тясто С.А., Репин С.В., Рыбаков А.В. Оптимизация процесса управления проектами ............................................................................... 98

Феофанов А.Н., Баранов Н.Е. Интернет вещей: проблемы и направления развития ................................................................................ 100

Фролов Е.Б., Климов А.С., Зин Мин Хтун MES – основа для создания «цифрового двойника» производственной системы ..... 102

Ягольницер О.В., Худошина М.Ю., Бутримова Е.В., Букейханов Н.Р., Мартынюк А.В. Методика выбора СОТС и систем их применения с помощью комплексного критерия ............................................................................... 105

5

УДК 378 Бильчук М.В., Иванова Т.В., Бабенко Е.В., Байкин И.А. МГТУ «СТАНКИН», Москва

ПРИМЕНЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННО-ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ ПРИ ПРОВЕРКЕ

ОСВОЕНИЯ КОМПЕТЕНЦИЙ, АКТУАЛИЗИРОВАННЫХ ФГОС ВО

В связи с переходом системы образования на актуализированные федеральные государ-ственные образовательные стандарты высшего образования, называемые ФГОС ВО 3++, в статье предтавлены новые подходы к проектированию образовательных программ на основе гармони-зации требований актуализированных ФГОС ВО и профессиональных стандартов, а также даны рекомендации для разработки средств элек-тронного тестирования для эффективного управления освоением компетенций обучаемых.

Образовательная программа, компетенции, профессиональный стандарт, обучающийся, электронное тестирование.

настоящее время в России осу-ществляется переход системы

высшего образования на актуализирован-ные федеральные государственные обра-зовательные стандарты высшего образо-вания, называемые ФГОС ВО 3++. Согласно письму Министерства науки и высшего образования, переход на актуализирован-ные ФГОС ВО возможен, если они утвер-ждены не менее чем за полгода до начала приема, что позволяет образовательным организациям успеть разработать необхо-димые методические документы для

начала приема и реализации образова-тельных программ. С сентября 2019 года в МГТУ "СТАНКИН" начинается подготовка бакалавров и магистров по двум укруп-ненным группам направлений и специ-альностей (далее - УГСН) в рамках реали-зации актуализированных ФГОС ВО, в частности по 09.00.00 Информатика и вычислительная техника.

Отличительными особенностями ак-туализированных ФГОС ВО от реализуе-мых является механизм формирования учебной траектории и компетентностной модели выпускника. В рамках одной УГСН появляются одинаковые для всех направ-лений универсальные компетенции (да-лее - УК). Обще профессиональные компе-тенции (далее - ОПК) формируются в рам-ках одного направления. Профессиональ-ные компетенции (далее - ПК) формирует не ФГОС ВО, а образовательная организа-ция, исходя из выбранных профессио-нальных стандартов, типов деятельности выпускника. Механизм формирования профессиональных компетенций пред-ставлен на рис. 1.

Рисунок 1. Структура компетенций выпускника. Механизм формирования ПК

Актуализированные ФГОС ВО вводят новое понятие "индикаторы достижения компетенций". Процесс освоения обучаю-щимися каждой компетенции условно разделен на индикаторы, при чем индика-торы для УК и ОПК предлагает стандарт, более подробно они расписаны в пример-

ной образовательной программе. Индика-торы достижения ПК необходимо разра-ботать образовательной организации, как и механизмы их проверки.

Так, например, при определении про-фессиональных компетенций, обобщен-ная трудовая функция (ОТФ) переходит в

В

6

индикатор «Владеть». Обобщенный спи-сок трудовых функций (ТФ) к выбранной ОТФ становится основным источником для формирования индикатора «Уметь». Обобщенный список «Необходимые зна-ния» из ТФ к ОТФ становится источником для индикатора «Знать». Например, дис-циплина «Стандартизация и сертифика-ция информационно-программных средств» является частью блока 1 «Дисци-плины (модули)» обязательных дисци-плин вариативной части учебного плана по направлению подготовки 09.03.02.

Основной целью освоения дисципли-ны является формирование у обучающих-ся комплекса компетенций в области стандартизации и сертификации про-граммных средств. На рисунке 3 пред-ставлены компетенции, которые будут

сформированы по окончании изучения дисциплины согласно ФГОС ВО и актуали-зированному ФГОС ВО.

Профессиональные компетенции со-гласно актуализированному ФГОС ВО фор-мируются на основе профессиональных стандартов, соответствующей профессио-нальной деятельности выпускников.

Профессиональные компетенции, сформированные у обучающихся при освоении дисциплины «Стандартизация и сертификация информационно-программ-ных средств», определены профессио-нальным стандартом 06.015 «Специалист по информационным системам», который соответствует профессиональной дея-тельности выпускников, освоивших про-грамму бакалавриата по направлению подготовки 09.03.02.

Рисунок 2. Механизм формирования индикаторов достижения ПК

Рисунок 3. Планируемые результаты освоения дисциплины

7

При использовании данного компе-тентностного подхода процесс разработки образовательной программы должен начинаться с определения образователь-ных целей и предполагаемых результатов обучения. Количество результатов обуче-ния не должно быть большим, поскольку в ходе учебного процесса нужно регулярно оценивать достижение студентами каж-дого из предполагаемых результатов обучения.

Наиболее сложным и значимым эта-пом является оценка фактических резуль-татов обучения, т.е. тех знаний и компе-тенций, которыми овладели студенты в ходе обучения. В связи с изменением ме-ханизма формирования компетенций, меняется структура фондов оценочных средств, направленных на проверку их освоения.

Для проверки освоения компетенций обучающимися хорошо зарекомендовал себя метод электронного тестирования как наиболее объективный способ про-верки наиболее широкого спектра знаний за короткий промежуток времени. Элек-тронное тестирование широко применя-ется в системе высшего образования для промежуточного и итогового контроля уровня усвоения учебного материала и для самоконтроля знаний.

Метод электронного тестирования один из наиболее гибких к изменениям. Так, например, в связи с появлением ин-дикаторов достижения компетенций мы предлагаем составлять тест из различного типа вопросов и заданий, направленных на проверку тех или иных знаний, умений или владений. Схематично процесс фор-мирования теста показан на рисунке 4.

Рисунок 4. Механизм формирования тестов для проверки освоения ПК

В качестве программного средства ре-ализации предложенной схемы была вы-брана систему "1С: Электронное обучение. Конструктор курсов". Из предложенных в ней типов вопросов и заданий был сфор-мирован банк вопросов, при этом учиты-вались следующие рекомендации:

– для проверки индикатора "Знать" большая часть вопросов относилась к теоретическим;

– для проверки индикатора "Уметь" большая часть вопросов составили прак-тические задания;

– для проверки индикатора "Владеть" основой вопросов были вопросы типа

"продолжить фразу", "вставить пропу-щенное слово", "дать краткий ответ".

Апробация предложенной схемы про-ектирования тестовых заданий будет проведена в рамках реализации дисци-плины «Стандартизация и сертификация информационно-программных средств».

Список литературы

1. ФГОС ВО по направлению подготовки 09.03.02 Информационные системы и техноло-гии.

2. Федеральный закон "Об образовании в Российской Федерации" от 29.12.2012 273-ФЗ.

3. Профстандарт: 06.015. Специалист по ин-формационным системам.

Тест

ПК

8

УДК 658.5.011 Бондарчук Н.Д., Феофанов А.Н., Гришина Т.Г. МГТУ «СТАНКИН», Москва

ВЫБОР ИНСТРУМЕНТОВ УПРАВЛЕНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЯ БИЗНЕС-ПРОЦЕССОВ

Перед организациями всегда существовали проблемы автоматизации и управления. Многие компании до сих пор не используют современ-ные инструменты. В зависимости от целей компания должна определить для себя методо-логии и программные обеспечения для описания и оптимизации бизнес-процессов.

Нотация, автоматизация, бизнес-процесс.

ри правильном выборе инстру-ментов можно не только быстро

достигнуть намеченной цели, но и избе-жать множества переделок и финансовых убытков [1]. Создание бизнес-процессов – это не только построение блок-схем [2,3].

Ниже представлены самые популярные инструменты, которые используют на отечественном рынке.

BizAgi Suite необходим для получения модели, описания бизнес-процессов и создания исполняемого приложения. BizAgi Suite состоит из BizAgi Modeler и BizAgi Studio. BizAgi Modeler используется для моделирования и описания бизнес-процессов. BizAgi Studio позволяет превра-тить модели в исполняемые приложения. Основным преимуществам BizAgi Suite является то, что не требуется навыков программирования при работе.

Рисунок 1. Программа BizAgi Studio

С помощью исполняемого приложе-ния можно из модели сделать программу.

С помощью BizAgi Suite можно контро-лировать процессы и полностью или ча-стично их автоматизировать. BizAgi Suite работает строго в заданных рамках, тем самым гарантирует выполнение процессов в соответствии с заданными параметрами.

Основные преимущества: – Моделирование бизнес-процессов,

их проверка и анализ. – Создание исполняемых приложений

на базе моделей.

– Создание описания бизнес-процессов. – Выполнение и отслеживание про-

цессов в реальном времени. – Назначение процессов сотрудникам. – Назначение других ресурсов бизнес-

процессам. – Программа на русском языке. Выделяется среди прочих программа

ELMA BPM за счет интеграции с платфор-мой 1С. ELMA позволяет исполнять и от-слеживать выполнение процессов в ре-альном времени. Для построения моделей используется нотация BPMN 2.0.

П

9

Рисунок 2. Программа ELMA BPM

При работе с ELMA система докумен-тооборота грамотно выстроена. Все доку-менты имеют классификацию по типам, рассортированы по папкам, имеют прави-ла создания и работы и т.д.

Основные преимущества: – Построение моделей бизнес-процес-

сов. – Назначение ролей бизнес-процессов

сотрудникам.

– Выполнение и отслеживание про-цессов в реальном времени.

– Системная работа с документообо-ротом.

– Удобная «справка». – Отличная поддержка. – Российская разработка. – Интеграция с 1С. Business Studio наиболее известная рос-

сийская разработка для управления бизнес-процессами на отечественном рынке.

Рисунок 3. Программа Business Studio

Построение бизнес-процессов, как ча-сто происходит, производится сверху вниз [4]. Программа поддерживает несколько нотаций моделирования: IDEF, eEPC, BPMN

и еще несколько других. Присутствует возможность имитационного моделирова-ния, проведения функционально стои-мостного анализа и автоматической гене-

10

рации документов, таких как положения о подразделениях. Документы соответству-ют требованиям законодательства, что существенно облегчают работу. Выполне-ние и мониторинг процессов, происходит через интеграцию с другими системами.

Основные преимущества: – Моделирование процессов в разных

нотациях. – Автоматическая генерация докумен-

тов. – Постановка целей компании по Си-

стеме сбалансированных показателей. – Интеграция со сторонними систе-

мами. – Контроль выполнения процессов. – Российская разработка. – База знаний. Для моделирования бизнес-процессов

чаще всего используют такие программы как: Visual Paradigm, BizAgi Modeler и ARIS Express. Рассмотрим каждую из них ниже.

Visual Paradigm – удобный, функцио-нальный и гибкий инструмент для моде-лирования. Visual Paradigm поддерживает большое количество нотаций, блок-схем и моделей. Начиная от стандартных нота-ций IDEF, eEPC и BPMN, и заканчивая схе-мами баз данных, диаграмм взаимодей-ствия и матриц.

В программе полностью отсутствуют недостатки, свойственные другим, напри-мер: наплывы элементов диаграммы друг на друга, пересечение стрелок, сбои при перетаскивании объектов, пулов и т.д. [5]. Интерфейс удобен, понятен и может настраиваться пользователем.

Все модели могут быть связаны друг с другом, так что провести моделирование всей системы бизнеса не проблема [6]. Кроме того, возможно провести имитаци-онное моделирование и проверку диа-грамм.

Рисунок 4. Программа Visual Paradigm

Программа позволяет детально управлять атрибутами элементов, что позволяет автоматически генерировать отличные описания. Так как программа изначально ориентирована на разработ-чиков информационных систем, каждому элементу можно задать условия поведе-ния в системе, бизнес правила и т.д.

Visual Paradigm позволяет выгружать полученные модели в виде программного кода в разных языках. Данная функция имеет высокую ценность при разработке

информационных систем и автоматиза-ции бизнес-процессов.

Основные преимущества: – Моделирование бизнес-процессов в

разных нотациях. – Построение других моделей. – Проверка моделей. – Автоматическая генерация докумен-

тов. – Управление атрибутами элементов

моделей. – Создание и назначение правил пове-

дения моделей.

11

– Возможность добавлять свои эле-менты в модели.

– Взаимосвязь моделей. – Выгрузка моделей в виде программ-

ного кода. – Выгрузка модели в графическом ви-

де. – Версия для Mac OS X. BizAgi Modeler – это часть вышеупо-

мянутой программы BizAgi Suite. Про-грамма независима от полного комплекта и может быть поставлена отдельно. Ос-

новными особенностями является то, что очень простой, лаконичный и удобный интерфейс.

BizAgi Modeler совместима с Suite. Су-ществуют определенные ограничения при моделировании, которых нет в нотации BPMN и свойственных только этой про-грамме.

Недостаточно проработана оптимиза-ция расположения стрелок и элементов, а также взаимосвязь диаграмм. Атрибуты элементам можно назначать любые.

Рисунок 5. Программа BizAgi Modeler

Возможна проверка моделей и гене-рация описания по шаблону.

Основные преимущества: – Нотация BPMN. – Проверка моделей. – Автоматическая генерация докумен-

тов. – Управление атрибутами элементов

моделей. – Возможность добавлять свои эле-

менты в модели. – Выгрузка модели в графическом виде. – Удобный интерфейс. – На русском языке. – Полностью бесплатный. – Возможна совместная работа над

моделями. ARIS Express – это бесплатная и про-

стая программа от Software AG.

В своем распоряжении имеет не-сколько вариантов моделей, в частности: модели бизнес-процессов в нотации eEPC и BPMN, организационные модели, карты процессов и т.д. Примечательна наличием функции Smart Design, которая позволяет быстро забить необходимые данные в таблицу и программа самостоятельно создаст диаграмму.

К сожалению, Express это только гра-фическое средство. Модели нельзя связать друг с другом, атрибуты не назначишь и тому подобное. Состав элементов диа-грамм весьма ограничен, так что не полу-чится создать модель в Express и экспор-тировать в ARIS BA. Не рекомендуется использовать эту программу для работы с нотацией BPMN из-за ограниченности, так как задает кардинально неверное впечат-ление о функционале BPMN.

12

Рисунок 6. Программа ARIS Express

Основные преимущества: – Нотации eEPC и BPMN. – Карта процессов. – Организационная структура. – Функция Smart Design. – Выгрузка модели в графическом ви-

де. – Простой интерфейс. Поверхностный анализ интернета по-

казывает, что данная тема «Выбор ин-струментов управления и моделирования бизнес-процессов» недостаточно освеще-на [7]. Использование инструментов управления и моделирования бизнес-процессов обеспечивает прозрачность всех бизнес-процессов [8, 9]. Таким обра-зом, каждой компании следует на основе представленной информации выбрать комплекс инструментов, каждый из кото-рых решает поставленную задачу в рамках своих возможностей.

Список литературы

1. Латышевич Н. Д. Методы расчета рисков в производственной среде / Н.Д. Латышевич, Т.Г Гришина // Материалы студенческой научно-практической конференции «Автоматизация и информационные технологии МГТУ «Станкин», 2015. – С 73.

2. Феофанов А.Н., Бондарчук Е.Ю., Тясто С.А. Организация виртуального предприятия - буду-

щее производства // Вестник МГТУ «СТАНКИН». – 2018. – 3 (46). – С.101-105.

3. Бондарчук Н.Д., Феофанов А.Н., Бондарчук Е.Ю., Гришина Т.Г. Повышение конкурентоспо-собности предприятия с помощью современных методов управления // Вестник современных технологий. 2017. 2 (6). С. 9-15.

4. Латышевич Н.Д. Анализ и оценка риска // Инновационное развитие России: проблемы и перспективы. 2015. – С. 44-46.

5. Бондарчук Е.Ю., Бондарчук Н.Д., Феофанов А.Н., Гришина Т.Г. Обзор состояния перехода высокотехнологичных и наукоемких предприя-тии машиностроения к структуре виртуального предприятия // Вестник современных техноло-гий. – 2017. – 1 (5). – С. 4 – 10.

6. Бондарчук Н.Д. Повышение эффективно-сти управления процессами организации на основе применения методов риск-ориентированного мышления: дис. на соискание академической степени магистра техники и технологии: 26.06.16 / Бондарчук Наталия Дани-ловна., 2016. – 109 с.

7. Соломенцев Ю.М., Фролов Е.Б., Феофанов А.Н. Эффективное управление производством – основа потенциала технологической системы // Вестник машиностроения. 2017. 5. С. 84-86.

8. Марцынковский Д.А. Руководство по риск-менеджменту / Ассоциация по сертификации «Русский Регистр», Береста, 2007. – .186.

9. Соломенцев Ю.М., Феофанов А.Н., Бондар-чук Н.Д. Проблемы мирового рынка станкостро-ения в 1980 – 2017 // Технология машинострое-ния. – 2017. – 9 (183). – С. 15 – 19.

13

УДК 621.833 Волков А.Э., Медведев В.И., Бирюков С.С. МГТУ «СТАНКИН», Москва

ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ РАСЧЕТОВ ЗУБЬЕВ НА ПРОЧНОСТЬ В СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОЙ САПР КОНИЧЕСКИХ ПРЯМОЗУБЫХ ПЕРЕДАЧ

В статье описываются особенности реали-зации специализированной САПР конических прямозубых передач. Описываются выбранные средства реализации и примеры структур хра-нения. В данной работе показывается рассчи-танное пятно контакта при заданных парамет-рах синтеза. Для трех передач приведены ре-зультаты расчетов контактного напряжения при различных типах масел и материалов.

Прямозубая коническая передача, контакт-ные напряжения, расчет на контактную проч-ность, система автоматизированного проекти-рования.

роектирование прямозубых ко-нических передач в современных

условиях невозможно без информацион-ной поддержки процесса проектирования. Для ее реализации была разработана спе-циализированная САПР. Для расчета на прочность в системе реализована методи-ка прочностного расчета ИСО 10300 [2, 3, 4]. Расчет на прочность проводится с уче-том различных видов масла, применяемо-го в редукторе, и с учетом материала для изготовления зубчатых колес.

САПР реализована с помощью объ-ектно-ориентированного языка програм-мирования Java, средств управления базой данных MySQL и среды разработки IntelliJ IDEA. Исходные данные для расчетов в САПР хранятся в базе данных.

Для взаимодействия с базой данных MySQL использована библиотека Hiber-nate. Эта библиотека решает задачи объ-ектно-реляционного отображения и поз-воляет сократить объем кода. Она предо-ставляет средства для автоматической генерации и обновления таблиц, построе-ния запросов и преобразования объектов. Hibernate обеспечивает возможность ис-пользования различных БД с помощью изменения соответствующих конфигура-ционных параметров для подключения к базе данных, что обеспечивает переноси-

мость программы. Взаимодействие с ба-зой данных происходит посредством вы-зова функций.

В процессе разработки программного обеспечения САПР были спроектированы экранные формы, отвечающие за ввод и вывод необходимых параметров и графи-ческих изображений. Для организации работы с пользовательским интерфейсом использован язык разметки FXML. Он позволяет определить интерфейс прило-жения и указать класс, который будет отвечать за взаимодействие с элементами интерфейса.

Подробное описание прочностного расчета по методике ИСО 10300 и пример расчета для трех зубчатых пар приведен в статье [1]. В данной работе эти расчеты дополнены аналогичными расчетами с учетом материалов зубьев и различных марок масел, используемых в редукторе. Эти расчеты приведены для трех зубча-тых пар, параметры которых даны в таб-лице 1.

В качестве примера список характери-стик доступных марок материалов и до-ступных марок масел в САПР приведен в таблицах 2 и 3, а результаты расчетов по методике ИСО 10300 – в таблицах 4 и 5. В САПР доступно добавление новых мате-риалов и масел.

Результаты расчетов контактных напряжений и коэффициентов безопасно-сти по методике ИСО 10300 приведены в таблицах 4, 5.

Приведенные в таблицах 4 и 5 резуль-таты показывают, что наилучшие значе-ния коэффициента безопасности для кон-тактного напряжения могут быть получе-ны при использовании масла марки G-Truck GL-5 85W-140 и для зубчатых колес, выполненных из материала 18ХГР.

П

14

Таблица 1. Параметры конических передач

Величина Обозн. Передача

1 2 3

Число зубьев шестерни z1 15 11 11

Число зубьев колеса z2 30 22 20 Передаточное число u 2 2 1,82

Угол профиля, град. α 20 22 30 22 30 Модуль окружной внешний, мм me 5 6,35 5

Модуль окружной средний, мм m 4,25 5,25 4,39

Ширина зубчатого венца, мм b 25 27 14 Средняя высота головки зуба шестерни, мм ham1 5,81 5 4,62

Средняя высота головки зуба колеса, мм ham2 2,40 3,94 3,20 Средний делит. диаметр шестерни, мм d1 63,819 57,78 48,29

Момент на валу шестерни, Нм T1 70 35 15 Окружная скорость на среднем делительном диаметре шестерни, м/с

V 0,20 0,18 0,15

Таблица 2. Характеристики материалов

Марка мате-риала

Предел контакт-ной выносливости,

Н/мм2

Предел выносли-вости при изгибе,

Н/мм2

Модуль упру-гости, модуль Юнга, Н/мм2

Коэффициент Пуассона

18ХГР 1449 820 211000 0,28 Сталь 40Х 1135 680 214000 0,28

Таблица 3. Характеристики масел Марка масла Кинематическая вязкость при 40 градусах, мм2/с

ТСп-15К 90 ТНК Trans 80W-90 (ТМ-4-18) 143

G-Truck GL-5 85W-140 372

Таблица 4. Коэффициент безопасности для контактного напряжения для материала зубьев 18ХГР

Передача Марка масла

Контактные напряжения, МПа ТСп-15К

ТНК Trans 80W-90 (ТМ-4-18)

G-Truck GL-5 85W-140

1 1,12 1,15 1,23 546,37 2 1,20 1,23 1,32 510,22

3 1,16 1,20 1,28 522,05

Таблица 5 Коэффициент безопасности для контактного напряжения для материала зубьев Сталь 40Х

Передача Марка масла

Контактные напряжения, МПа ТСп-15К

ТНК Trans 80W-90 (ТМ-4-18)

G-Truck GL-5 85W-140

1 0,83 0,86 0,93 550,24

2 0,89 0,92 0,99 513,83 3 0,86 0,89 0,96 525,75

Список литературы

1. Волков А.Э., Медведев В.И., Бирюков С.С. Аналитические методики расчета контактных напряжений в прямозубых конических переда-чах. // Автоматизация и управление в машино-строении. 2018. 3 (32). С. 3-9.

2. ИСО 10300-1:2001 «Расчет допустимой нагрузки для конических зубчатых передач. Часть 1. Введение и основные воздействующие факторы». – Введ. 2001-08-01.

3. ИСО 10300-2:2001 «Расчет допустимой нагрузки для конических зубчатых передач. Часть 2. Расчет критической выносливости поверхностей (образование раковин)». – Введ. 2001-08-01.

4. ИСО 10300-3:2001 «Расчет допустимой нагрузки для конических зубчатых передач. Часть 3. Расчет прочности ножки зуба». – Введ. 2001-08-01.

15

УДК 66-977 Гайнутдинова Л. МГТУ «СТАНКИН», Москва

ПЕРЕРАБОТКА ПЛАСТИКОВЫХ ОКОННЫХ ПРОФИЛЕЙ С ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО СЕПАРАТОРА С ОДНИМ ПРОТИВОСТОЯЩИМ ПЛОСКИМ

ЭЛЕКТРОДОМ

В электростатическом сепараторе оконные пластиковые профили поступают на вращаю-щий барабан, являющийся одним из электродов электрической системы. Электрическое поле создается за счет противостоящего электрода, соединенного с источником высокого напряже-ния, в то время как барабан и загрузочное устройство заземлены. Зарядившись, частицы металлов падают и подвергаются действию электрического поля, тем самым отделяясь от полимерного сплава.

Электростатический сепаратор, электрод, пластиковые оконные профили.

олимерные отходы могут содер-жать много токсичных добавок,

стабилизаторов и пластификаторов, таких как фталаты, свинец и кадмий, которые используются для придания гибкости и улучшения характеристик. Эти добавки химически не связаны, поэтому они легко вымываются из пластика, попадая в окружающую среду.

При производстве оконных профилей, в порошкообразный ПВХ добавляют ста-билизаторы, модификаторы, красящие пигменты и различные вспомогательные добавки. Наиболее распространенными в России являются соли стеариновой кисло-ты (стеараты бария, кальция, кадмия, цинка и свинца) и соли свинца (трехос-новной сульфат свинца). Эти компоненты отвечают за прочность конечного продук-та, его светостойкость, устойчивость к ультрафиолетовым лучам, атмосферным осадкам и перепадам температур, цвето-вой оттенок, качество поверхности и проч.

После замены окон или после сноса здания все пластиковые двери и окна доставляются на завод по переработке. Пластиковые конструкции окон разбира-ют, отделяют стекло, элементы фурниту-ры. Далее изделия отправляются на из-мельчитель, который не только измельча-ет, но и отсортирует остатки стекла и металла. Первично измельчённый и от-

сортированный пластик поступает на более мелкое измельчение.

После второго этапа измельчения ПВХ превращается практически в пыль. Далее материал подлежит нагреванию с добав-лением стабилизаторов и пластификато-ров. Полученное ПВХ-тесто отправляют в специальную установку, из которой оно выходит в виде гранул. Полученный ма-териал проходит финальный этап – про-верка качества.

Содержащиеся термостабилизаторы предлагается удалить с помощью электро-статического отделения частиц резины. В специальном электростатическом сепара-торе частицы резины приобретают поло-жительный заряд, а частицы ПВХ – отрица-тельный. Под воздействием высокого напряжения несущие отрицательный за-ряд частицы притягиваются положитель-ным электродом. Эффективность очистки ПВХ с применением такого способа, как правило, составляет от 99,5 до 99,9%; до-полнительная сортировка по цвету с по-мощью оптоэлектронной сортировочной установки. Это позволяет надежно удалить из массы перерабатываемого материала отличающиеся от ПВХ по цвету частицы резины и другие цветные включения.

Метод позволяет отделить проводни-ки от изолирующих материалов, напри-мер, металлы от полимерных материалов и стекла. Электростатическая сепарация основана на различии электропроводно-сти и способности к электризации трени-ем частиц разделяемой смеси. Схема элек-тростатического барабанного сепаратора с противостоящим плоским электродом: 1 – бункер; 2 – барабан-электрод; 3 – плос-кий электрод; 4 – приёмник металлов; 5 – приёмник полимерных материалов.

В электростатическом сепараторе ис-ходный материал поступает на вращаю-щий барабан, являющийся одним из элек-тродов электрической системы.

П

16

Рисунок. Схема электростатического

барабанного сепаратора с противостоящим плоским электродом

Электрическое поле создается за счет противостоящего электрода, соединенно-го с источником высокого напряжения, в то время как барабан и загрузочное устройство заземлены. Зарядившись, частицы падают и подвергаются дей-

ствию электрического поля. На рис. пока-зана схема многоступенчатого электро-статического сепаратора с одним проти-востоящим плоским электродом. При соприкосновении с барабаном 2 заряжен-ные частицы заряжаются отрицательно, при падении отклоняются к противосто-ящему электроду 3 и собираются в прием-ник 4. Полимерные частицы собираются в приемнике 2.

Список литературы

1. Иванова О. А., Реховская Е. О. Утилизация и переработка пластиковых отходов[Текст] // Молодой ученый. 2015. 21. С. 54-56

2. ГУП «Академия коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова». Разработка, дифференци-рованных норм накопления ТБО для объектов санитарной очистки г. Жуковского. [Техниче-ский отчет]. - М.: 2005.

3. Павленков М.Н., Воронин П.М. Организа-ционно-экономические вопросы управления сферой отходов муниципального образования. Российский экономический интернет-журнал [Электронный ресурс]. 2013. 3. С. 32.

4. Стекло и пластик. Возможности для роста // Посуда ИнФо – 2015. – 1.

УДК 681.518.3

Глубоков А.В., Ястребова Т.С. МГТУ «СТАНКИН», Москва

АВТОМАТИЗАЦИЯ ВЫБОРА СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ

В докладе обосновывается, что задача авто-матизации выбора средств измерений должна решаться созданием автоматизированной систе-мы, взаимосвязанной с системами автоматизиро-ванного проектирования отечественных разра-ботчиков программного обеспечения. Определе-ны научные задачи, требующие решения при построении автоматизированной системы выбора средств измерений, и пути их реализации.

Метрологическое обеспечение, автоматиза-ция, выбор средств измерений.

условиях перехода машинострои-тельных предприятий на цифро-

вую экономику возникает необходимость автоматизации работ по метрологическо-му обеспечению [1]. На предприятиях внедрены автоматизированные системы проектирования, которые решают задачи

разработки конструкторской и техноло-гической документации. Вопросы метро-логического обеспечения в этих системах, как правило, не рассматриваются. На мно-гих предприятиях используются автома-тизированные системы метрологического обеспечения, но в большинстве случаев они разрабатываются под конкретное предприятие, имеют ограниченные функ-циональные возможности.

Одной из основных задач метрологи-ческого обеспечения подготовки произ-водства является выбор средств измере-ний. Задача выбора универсальных средств измерений линейных размеров достаточно хорошо изучена, но большин-ство работ относится к 80-м годам про-шлого столетия. Были утверждены мето-

В

17

дические материалы по выбору средств измерений линейных размеров на госу-дарственном уровне. Эти документы тре-буют обновления, так как номенклатура средств измерений значительно измени-лась. Внедрение цифровых средств изме-рений, широкое использование средств измерений зарубежных фирм, прекраще-ние выпуска отдельных отечественных средств измерений приводит к необходи-мости модернизации таблиц методиче-ских материалов.

На практике задачи выбора средств измерений обычно решаются вручную [2]. В автоматизированных системах метроло-гического обеспечения задачи выбора, как правило, не рассматриваются. В тоже вре-мя, необходимость автоматизации выбора средств измерений не вызывает сомне-ния. Следует отметить, что выбор специ-альных средств измерений линейных размеров и средств измерений других физических величин нормативными до-кументами не регламентирован.

Можно выделить несколько направ-лений исследований, необходимых для решения задачи автоматизации выбора средств измерений.

Модернизация действующих методик выбора универсальных средств измере-ний линейных размеров.

Разработка алгоритмов выбора средств измерений с учетом специфики конструк-ции детали и средства измерения.

Взаимосвязь автоматизированных си-стем метрологического обеспечения с системами автоматизированного проек-тирования.

Разработка алгоритмов выбора спе-циальных средств измерений линейных размеров и средств измерений других физических величин.

Остановимся подробнее на двух по-следних направлениях исследований. С точки зрения взаимосвязи с системами автоматизированного проектирования более перспективным выглядит ориента-ция на отечественных разработчиков программного обеспечения. Широкое распространение у нас в стране имеет система T-FLEX PLM+, разработанная фирмой "Топ системы".

Рассмотрим функциональные воз-можности данной системы с точки зрения

нормирования точности и возможности их дополнения.

Систем T-FLEX включает базу данных, содержащую информацию по допускам и посадкам линейных размеров, отклоне-ний формы и расположения. При этом в отличие от иностранных САПР T-FLEX учитывает отечественные нормативные документы, которые в некоторых вопро-сах отличаются от международных. При-мером являются стандарты в области нормирование требований отклонений формы и расположения поверхностей. В нашей стране были разработаны хорошие рекомендации по назначению требований точности, которые нашли свое отражение в стандартах. На международном уровне подобные документы отсутствуют. Суще-ственным недостатком является то, что база данных содержит только справочную информацию. Вопросы назначения требо-ваний точности в системе не решаются, все задачи выбора остаются пользовате-лю. Задача увязки допусков размеров, допусков формы и расположения поверх-ностей, шероховатости обычно решается при метрологической экспертизе кон-структорской документации. Система T-FLEX обладает продвинутыми средствами параметрического проектирования и имеет возможность обмена информацией со сторонними приложениями. Это позво-ляет обеспечить взаимодействие с авто-матизированной системой метрологиче-ского обеспечения и автоматизировать процесс увязки допусков. Решение этой задачи значительно облегчает автомати-зацию выбора средств измерений, так как получена информация о размерах детали и требованиях точности.

Отдельно надо рассматривать вопро-сы выбора специальных средств измере-ний линейных размеров и средств изме-рений других физических величин. На практике часто делается попытка перене-сти принципы, заложенные в выборе средств измерений линейных размеров, на измерение других физических величин без учета специфики. Это в корне не верно. При измерении линейных размеров до-пускаемая погрешность измерений при-нимает значения в интервале от 20 % до 35 % от допуска на размер. Даже такой разброс достаточно велик, но при этом

18

учитывается множество факторов, влия-ющих на погрешность измерения. При измерении других физических величин характер составляющих погрешности абсолютно другой. Использование приве-денных выше цифр "по аналогии" может приводить к неправильным результатам.

Решение поставленных задач позво-лит не только автоматизировать выбор средств измерений, но и интегрировать системы метрологического обеспечения подготовки производства в автоматизи-рованные комплексы управления жиз-ненным циклом изделий и организации

деятельности предприятий, что крайне важно на этапе перехода к цифровым машиностроительным производствам.

Список литературы

1. Григорьев, С.Н. Проблемы метрологиче-ского обеспечения подготовки производства в машиностроении / С.Н. Григорьев, В.И. Телешев-ский, А.В. Глубоков, С.Е. Педь, С.В. Глубокова // Измерительная техника. – 2012. – 5. – С. 27-29.

2. Телешевский, В.И. Автоматизированный выбор методов и средств измерения отклонений расположения / В.И. Телешевский, А.В. Глубоков, С.В. Глубокова // Измерительная техника. – 2012. – 6. – С.30-33.

УДК 661.16 Гош Д.Р. МГТУ «СТАНКИН», Москва

АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ ОБРАЩЕНИЯ

С ОТХОДАМИ ПРОИЗВОДСТВА МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ

В статье рассмотрена проблема обращения с отходами производства минеральных удобре-ний. Определены перспективы и основные направления использования фосфогипса в каче-стве вторичного сырьевого ресурса.

Фосфогипс, минеральные удобрения, отходы.

роблема накопления фосфогипса на территории России связана с

производством минеральных удобрений. Преимущественная переработка апатито-вых и фосфоритовых концентратов экс-тракционным сернокислотным способом (85% сырья) обусловила накопление мно-готоннажного отхода производства фос-фатных удобрений в виде фосфогипса – дигидрата и полугидрата сульфата каль-ция с примесью соединений фосфора (CaSO4· 2H2O). При получении 1 т P2O5 в экстракционной фосфорной кислоте об-разуется 4,2–6,5 т фосфогипса (в пересчете на сухой дигидрат сульфата кальция) [4, c. 83]. Лишь на одном из предприятий с производством фосфорной кислоты с производительной мощностью 160 тыс. т P2O5 в год образуется в среднем 800 тыс. т фосфогипса как побочного продукта.

Отвалы фосфогипса занимают значи-тельные площади земли (почти 2 кв. км), а их радиус негативного воздействия на

среду обитания оценивается в 10-15 км [10, c.69]. При этом сохраняется устойчи-вая динамика постоянного увеличения размера отвалов, что приводит к угрозе устойчивого функционирования приле-гающих биоценозов.

Проблема постоянно увеличивающих-ся фосфогипсовых отходов на предприя-тии по производству минеральных удоб-рений является существенной для эколо-гической обстановки отдельных регионов страны. В связи с этим возрастает необхо-димость в поиске оптимального способа утилизации фосфогипсовых отходов.

Главная особенность химического со-става фосфогипса является высокое со-держание CaSO4 - до 94%. Эта особенность позволяет его использовать в качестве вторичного минерального ресурса, заме-няя природный гипс.

Утилизированные и очищенные фор-мы фосфогипса находят применение в различных отраслях народного хозяйства. Множество разработок получили про-мышленное внедрение и зарекомендова-ли себя с положительной стороны. Миро-вой и российский опыт доказывает техни-ческую возможность и целесообразность применения фосфогипса по таким

П

19

направлениям как: строительная про-мышленность (гипсовое вяжущее и до-бавка к цементу) [2, c.18], аграрная про-мышленность (удобрение, мелиорант) [1, c.13-22], строительство дорог, химическая промышленность (производство серной кислоты).

Утилизация фосфогипса посредством использования его в качестве вторичного сырьевого ресурса является одним из путей к рациональному использованию природных ресурсов и способствует ре-шению целого ряда задач. Прежде всего, это минимизация нагрузки на компонен-ты окружающей среды за счет снижения загрязнения атмосферы (пыление тонко-дисперсных фракций фтористых и фос-форных соединений) и гидросферы (по-верхностные водотоки и грунтовые воды; уменьшение объема подотвальной воды). При этом утилизация фосфогипса позво-ляет освободить значительное количе-ство площадей, которые отведены на данный момент под отвалы. Вовлечение во вторичное использование фосфогипса способствует сокращению потребности в гипсовом сырье и редкоземельных эле-ментах, первичная добыча которых связа-на с нарушением целостности ландшаф-тов [11, c.83]. Также использование фосфо-гипса в качестве вторичного материаль-ного ресурса сопровождается экономиче-скими выгодами для предприятия в виде снижения платы за размещения отхода. Вторичное использование фосфогипса позволит повысить имидж и репутацию предприятия вследствие опубликования результатов деятельности направленной, на рациональное природопользование и экологизацию производства минераль-ных удобрений, а также подержание стра-тегии устойчивого развития [7, c. 273;].

Однако, как показывает статистика, утилизация фосфогипса по средству даль-нейшей переработки и применению в промышленных целях в среднем по Рос-сии составляет 1%. Следует отметить, что столь низкий процент обусловлен слож-ностью переработки фосфогипса из-за достаточно высоко показателя влажности (40%) и наличия примесей. Несмотря на высокое содержание CaSO, наличие при-месей и высокая влажность отхода за-трудняют его повсеместное использова-

ние. Остаточная фосфорная кислота и фосфаты замедляют гидратацию, схваты-вание, твердение гипсовых вяжущих и понижают прочность искусственного камня. Замедлителями являются также вещества, содержащие редкоземельные элементы — такие как стронций и церий. Редкоземельные металлы ограничивают применение фосфогипса как вторичного ресурса. Приведенные технологические трудности требуют усовершенствования комплексной переработки сырья [5, c. 223-228].

Таким образом, из вышеприведенного следует, что в настоящий момент суще-ствует достаточно обширная область применения фосфогипсовых отходов в промышленности и реализация проектов по комплексному использованию фосфо-гипса в России находится на начальной стадии. В связи с этим необходимо про-должать проведение комплекса научно- исследовательских работ по поиску эколо-гически безопасному и экономически эффективному способу переработки по-бочного продукта производства мине-ральных удобрений.

Для реализации наиболее рациональ-ного способа переработки фосфогипса с учетом положительного экономического эффекта, минимизации выбросов, исполь-зуемых реагентов и топлива требуется поддержка со стороны государства по разработке инновационных проектов с дальнейшим внесением положительных результатов в справочники наилучших доступных технологий.

Список литературы

1. Белюченко И.С., Добрыднев Е.П., Муравьев Е.И. Экологические особенности фосфогипса и целесообразность его использования в сельском хозяйстве//Проблемы рекультивации отходов быта, промышленного и сельскохозяйственного производства, 2010.- С. 13-22.

2. Винниченко В.И. Строительные материа-лы на основе фосфогипса// Сухие строительные смеси, 2014. - 3. – С. 18-19.

3. Голова М.В. Экологическая проблема и способы решения по отходам фосфогипса, хра-нящегося на полигонах// Башкирский экологи-ческий вестник, 2013.- 3-4,- С. 17-19

4. Иваницкий В. В., Классен П. В., Новиков А. А. и др. Фосфогипс и его использование— М.: Химия, 1990 (IV кв.) —224 с.; ил.

20

5. Иващенко Т.Г., Индже И.Д. Экологические аспекты технологий утилизации фосфогипса// Вісник чернігівського державного технологічно-го університету, 2014.- 2 (73). – С. 223-228.

6. Ивочкина М. А. Изучение формирования свойств техногенных отложений в отвалах фос-фогипса при переработке исходного сырья раз-личных месторождений // ИВД, 2013.- 1 (24). - С. 48.

7. Мещеряков Ю.Г., Федоров С.В. Проблемы промышленной переработки фосфогипса в рф, состояние и перспективы // Фундаментальные исследования, 2015. – 6-2. – С. 273-276.

8. Мольков А.А., Дергунов Ю.И., Сучков В.П. Способ переработки фосфогипса // Известия Челябинского научного центра. - 2006. - вып. 4 (34). – С. 59-63.

9. Орлова Т. В. Тарчигина Н.Ф. Практические аспекты обращения с твердыми отходами на предприятиях по производству Фосфорсодер-

жащих продуктов Евразийский Союз Ученых (ЕСУ химические науки), 2016. - 4 (25).

10. Cамонов А. Е. Экологическое воздействие хранилищ фосфогипса и пиритных огарков на среду обитания и перспективы их комплексной переработки с получением высоколиквидной товарной продукции// Экология промышленно-го производства, 2008. – С. 65-76.

11. Шуйский А.И., Новожилов А.А., Торлина Е.А. Методы и способы переработки фосфогипса в кондиционное сырье с учетом экологических факторов, Экономика и экология территориаль-ных образований, 2016.- 1.- С. 82-84.

12. Информационно-технический справоч-ник по наилучшим доступным технологиям: Производство аммиака, минеральных удобрений и неорганических кислот, Бюро НДТ, 2015.

13. Potential uses of phosphogypsum аnd аsso-ciated risks background information document, U.S. Environmental Protection Agency, 1992. - Pages 124.

УДК 621.9

Гречишников В.А., Кокарев В.И., Косарев В.А., Романов В.Б. МГТУ «СТАНКИН», Москва

СБОРНЫЙ РЕЗЕЦ С ВОЗМОЖНОСТЬЮ РЕГУЛИРОВКИ УГЛА В ПЛАНЕ

Предложена конструкция расточного сбор-ного резца с возможностью регулировки угла в плане, что позволит одним инструментом про-водить обработку как сквозных, так и глухих отверстий.

Расточной резец, отверстие, угол в плане.

асточной токарный инструмент широко применяют в машино-

строении для обработки сквозных и глу-хих отверстий в деталях или корпусах приборов, оборудования, различных ме-ханизмов, автомобилей, другой техники. Его использование позволяет достигать точности и чистоты поверхности отвер-стий, лучшей чем сверление и зенкерова-ние. На сегодняшний день широко распро-странены расточные резцы с механиче-ским креплением СМП, имеющие различ-ные формы и профили. Такими резцами удобно работать из-за быстрой смены износившейся пластинки, жесткости, надежности, износостойкости. Вместе с тем имеет место и недостаток – невоз-можность изменения угла в плане у резца, который должен быть различен, при об-

работке, к примеру, глухих и сквозных отверстий.

Для устранения указанного недостат-ка существует несколько технических решений. Так, к примеру, известен сбор-ный резец, содержащий корпус 1 (рис. 1), ромбическую в плане режущую пластину 8, установленную на опорной поверхности корпуса и закрепленную посредством двух прихватов 3 и 4, взаимодействующих с боковыми поверхностями режущей пла-стины, и винта 5, причем на боковых сто-ронах корпуса выполнены продольные пазы 2, а на концах прихватов, взаимодей-ствующих с боковыми поверхностями пластины, выполнены скосы 6 и 7, углы которых равны половине угла при смеж-ных вершинах пластины [2].

К достоинствам конструкции следует отнести возможность обеспечить два угла, а, следовательно, два режима резания, например, продольное и торцевое точе-ние, подобрав соответствующим образом углы при вершинах сменной режущей пластины. К недостаткам следует отнести его высокую сложность и, как следствие первого, невысокую надежность.

Р

21

а)

б)

в)

г)

Рисунок 1. Сборный резец: а) вид сбоку; б) вид в плане; в) вариант установки СМП с углом ε = 100° при вершине; г) прихват

Условные обозначения: 1 – корпус, 2 – продоль-ные пазы, 3, 4 –прихваты, 5 – винт, 6, 7 – скосы, 8 – СМП, 9 – штифт.

Ещё одна конструкция сборного резца

с изменяемой геометрией показана на рис. 2. Резец содержит корпус 1 (рис. 2) с поса-дочным пазом 2 для размещения в нем режущей пластины 4, выполненной с возможностью поворота для образования режущей кромкой требуемого угла при размещении сборного резца в исполни-тельном органе станка, так, что одна тор-цевая грань пластины прилегает к дну паза 7, а боковые грани пластины, не включающие рабочую режущую кромку 11 с ребром при рабочей вершине, опира-ются на боковые стенки паза, сменную многогранную режущую пластину ромбо-видной формы с центральным посадоч-ным отверстием и крепежный винт 5, предназначенный для ввинчивания в ответное резьбовое отверстие корпуса в дне посадочного паза и снабженный ци-линдрическим пояском для сопряжения с посадочным отверстием сменной много-гранной пластины [1]. Посадочный паз корпуса сформирован фиксатором 6, име-ющим в нижней части продольную про-резь 8 для создания жестко-упругих сте-нок 9 и коническую головку, на перифе-рии которой выполнены продольные установочные пазы 7 с различными базо-выми углами, соответствующими углам при смежных режущих кромках устанав-ливаемых пластин.

Рисунок 2. Сборный резец

Условные обозначения: 1 – корпус, 2 – посадочное отверстие, 3 – углубление, 4 – СМП, 5 – винт, 6 – фиксатор, 7 – установочный паз, 8 – прорезь, 9 – упругая стенка, 10 – боковая стенка, 11 – режущая кромка.

22

К недостаткам указанной конструк-ции, следует отнести его высокую слож-ность, обусловленную наличием поворот-ных опорных (базовых) поверхностей, требующих чрезвычайной точности изго-товления, и, как следствие первого, невы-сокую надежность.

Задачей данной работы является – ис-ключение из конструкции поворотных опорных (базовых) поверхностей на корпу-се сборного резца при сохранении возмож-ности регулировки угла в плане. Техниче-ский результат – упрощение конструкции сборного резца с изменяемой геометрией. Как следствие первого, также достигается повышение надежности резца.

Рисунок 3. Сборный резец с СМП, установленной под углом φ1 =75°

Поставленная задача решается тем, что в сборном резце, содержащем корпус с посадочным пазом для размещения в нем режущей пластины, выполненной с воз-можностью поворота для образования режущей кромкой требуемого угла в плане 1 или 2 при размещении сборного резца в исполнительном органе станка, так, что одна торцевая грань пластины прилегает к дну паза, а боковые грани пластины, не включающие рабочую ре-жущую кромку с ребром при рабочей вер-шине, опираются на боковые стенки паза, сменную многогранную режущую пласти-ну ромбовидной формы с центральным посадочным отверстием и крепежный

винт, предназначенный для ввинчивания в ответное резьбовое отверстие корпуса в дне посадочного паза, пластина установ-лена с возможностью поворота на угол θ = 1 – 2 вокруг оси ее центрального поса-дочного отверстия, а боковые стенки по-садочного паза выполнены в виде ломан-ной линии, образованной пересечением трех пар граней и их продолжений режу-щей пластины, не включающих рабочую режущую кромку, повернутой в крайние положения с образованием каждой гра-нью с самой собою в повернутом положе-нии угла θ, и траекторией ребра, оппозит-ного ребру при рабочей вершине, при этом сборный резец снабжен треугольной вставкой, предназначенной для заполне-ния зазора между одной из его стенок и близлежащей боковой гранью режущей пластины, при этом вставка снабжена отверстием и дополнительным крепеж-ным винтом, а в дне паза выполнены два дополнительных ответных резьбовых отверстия под означенный дополнитель-ный крепежный винт.

Как видно из представленных изоб-ражений, сборный резец включает корпус 1, сменную режущую пластину 2 ромбо-видной в плане формы, крепежный винт 3, вставку 4 треугольной в плане формы и дополнительный крепежный винт 5. В

23

корпусе 1 выполнен паз 6 с боковыми стенками 7, 8, 9, 10, 11, 12 и 13. Дно 14 паза 6 содержит резьбовое отверстие 15 и два дополнительных резьбовых отверстия 16. Резьбовое отверстие 15 предназначено для фиксации сменной режущей пласти-ны 2 винтом 3, пропущенным через цен-тральное посадочное отверстие 17 пла-стины 2. Дополнительные резьбовые отверстия 16 предназначены для фикса-ции вставки 4 дополнительным винтом 5 в одном из двух крайних положений ре-

жущей пластины 2 при ее повороте отно-сительно оси отверстия 17 на угол θ. Аб-рис боковых стенок 7, 8, 9, 10, 11, 12 и 13 (как следует из совместного рассмотрения рис. 3 и рис. 4) образован пересечением трех пар граней 18 и их продолжений, не включающих рабочую режущую кромку 19, режущей пластины 2, повернутой в крайние положения с образованием каж-дой гранью с самой собою в повернутом положении угла θ.

Рисунок 4. Сборный резец с СМП, установленной под углом φ2=90°

Углы φ1 и φ2 (угол между режущей кромкой и направлением подачи DS) назначаются традиционно, исходя из применимой последовательности типов резания, например, черновая и чистовая расточка, для первой из которых реко-мендованный угол φ1 = 900, а для второй рекомендованный угол φ2 = 750.

Сборный резец работает следующим образом. В корпус 1 вставляют режущую пластину 2 и фиксируют ее винтом 3, про-пущенным через центральное посадочное отверстие 17. Вставку 4, закрепленную дополнительным крепежным винтом 5, устанавливают возле боковых стенок 8 и 9 так, чтобы закрепить пластинку на месте. Это позволяет пластине растачивать де-таль под углом φ2. Если вставку 4 располо-жить возле боковых стенок 9 и 10, то ре-жущая пластина 2 растачивает деталь под углом φ1. Данные действия упрощают кон-струкции сборного резца, также достигает-ся повышение надежности инструмента.

Изложенное позволяет сделать вывод о том, что поставленная задача полезной модели – исключение из конструкции

поворотных опорных (базовых) поверхно-стей на корпусе сборного резца – решена, а заявленный технический результат – упрощение конструкции сборного резца при сохранении возможности изменения угла в плане – достигнут.

Список литературы

1. Пат. 166552 Российская Федерация, МПК B23B 27/16. Сборный резец с механическим креплением сменных многогранных пластин [Текст] / Скуратов Д.Л., Бурочкин Ю.П., Евдоки-мов Д.В., Федоров Д.Г.; заявитель и патентообла-датель федеральное государственное автоном-ное образовательное учреждение высшего обра-зования "Самарский государственный аэрокос-мический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) - 2015147622/02; заявл. 05.11.2015; опубл. 27.11.2016, Бюл. 33.

2. Пат. 2119849 Российская Федерация, МПК В23В 27/16. Сборный резец [Текст] / Бу-рочкин Ю.П., Кузьминова Т.В., Иванов В.В., Лукь-янов В.К.; заявитель и патентообладатель от-крытое акционерное общество "Завод им. А.М. Тарасова"- 97113079/02; заявл. 31.07.1997; опубл. 10.10.1998.

24

УДК 681.5(075.32) Гришина Т.Г., Митрофанов В.Г., Черняев М.А. МГТУ «СТАНКИН», Москва

МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ НА ЭТАПАХ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ПРОДУКЦИИ

В статье рассмотрены вопросы формирова-ния цифровой экономики как неотъемлемой части роста технологий, создания новых каналов к рынку. Существуют различные ГОСТ’ы постав-ки продукции на производство, которые уста-навливают требования к системе менеджменту качества организаций. Данные стандарты явля-ются определением формы для однозначного представления машинно-ориентированных данных об изделии и обмена этими данными в течение всего жизненного цикла продукции. Самым важным является метрологическое обес-печение, которое практически затронуто на всём жизненном цикле продукции с целью обеспече-ния выпуска предприятием продукции, соответ-ствующей требованиям конструкторской, тех-нологической и нормативной продукции, а также предупреждение производственного брака и получение о качестве готовой продук-ции и состоянии технологического процесса.

Метрологическое обеспечение, этапы жиз-ненного цикла, продукция.

ифровой век захватывает всё: рынки и товары, производство,

доставку и оплату. С помощью цифровой экономики повышается производитель-ность, открывая для компаний новые идеи, технологии, новые модели управле-ния и бизнес-модели, а также создает новые каналы доступа к рынку. И всё это при относительно низких затратах. Если в дальнейшем цифровая экономика будет прогрессировать в развитии, то большин-ство фирмы будут все больше полагаться на искусственный интеллект для решения более сложных задач. В жизненном цикле продукции внедрение автоматизирован-ных систем поспособствует повышению скорости разработки продукции, состав-ление чертежей, проведения нужных ис-пытаний, последующей отправке продук-та на производство, где будет происхо-дить дальнейшее создание продукции с помощью сверхточных ЧПУ станков. Это всё облегчит работу сотрудникам, сэко-номит время на подготовку производства и повысит качество выпускаемой продук-ции. Существуют целые пакеты ГОСТов

системы разработки и поставки продук-ции на производство (СРПП). Они уста-навливают требования к системе ме-неджмента качества организаций, осу-ществляющих исследования, разработку, производство, поставку, обеспечение экс-плуатации, ремонт и утилизацию военной продукции, направленные на обеспечение соответствия военной продукции требо-ваниям тактико-технического задания (технического) задания заказчика и усло-виям контракта (договора) на всех стади-ях жизненного цикла военной продукции [5, c. 15-16].

Стандарты серии ГОСТ Р ИСО 10303 устанавливают форму представления информации об изделии вместе с необхо-димыми механизмами и определениями, которые обеспечивают обмен данными об изделии. Обмен производится между раз-личными вычислительными системами и средствами, связанными с полным жиз-ненным циклом изделия, включая его проектирование, производство, эксплуа-тацию, обслуживание и окончательную утилизацию.

Стандарты серии ГОСТ Р ИСО 10303 определяют:

– представление информации об из-делии, включая комплектующие (изде-лия) и узлы;

– обмен данными об изделии, включая их хранение, передачу, доступ и архивиро-вание.

Целью стандартов серии ГОСТ ИСО 10303 является определение формы для однозначного представления машинно-ориентированных данных об изделии и обмена этими данными в течение всей жизни изделия. Данная форма должна быть независимой от любой конкретной вычислительной системы. Данная форма позволяет обеспечить согласованность реализаций между множеством приложе-ний и систем. Стандарты серии ГОСТ Р ИСО 10303 разрешают использование

Ц

25

различных методов реализации, применя-емых для хранения, доступа, передачи и архивирования данных об изделии. Дан-ные реализации могут быть протестиро-ваны на соответствие.

Серия стандартов ГОСТ Р ИСО 10303 делится на шесть групп частей. Каждая группа имеет своё функциональное назначение. В каждую группу может вхо-дить одна или несколько частей.

Описание данных о изделии в инте-грированных ресурсах и прикладных про-токолах требует использования формаль-ных языков определения данных, чтобы обеспечить согласованность и избежать неопределённости. Языки должны быть как удобными для восприятия человеком, так и машинно-воспринимаемыми, чтобы облегчить создание прикладных про-граммных средств и инструментальных средств поддержки. Язык EXPRESS являет-ся формальным языком определения данных, который обеспечивает механизм стандартного описания данных об изде-лии, как в интегрированных ресурсах, так и в прикладных протоколах. Графическое представление моделей, иллюстрирую-щие определения данных, во всех случаях носят справочный характер. В стандартах серии Р ИСО 10303 существуют четыре типа моделей, использующие графиче-ские представления:

– структуры ресурсов в рамках инте-грированных ресурсов;

– прикладные функциональные моде-ли;

– прикладные эталонные модели; – прикладные интерпретированные

модели. Графические представления служат

для облегчения понимания определений, содержащихся в каждой части стандарта.

Интегрированные ресурсы представ-ляют структуры ресурсов, которые ис-пользуются в качестве основы представ-ления данных об изделии. Для удовлетво-рения информационных требований при-ложений проводят интерпретацию инте-грированных ресурсов.

Прикладные протоколы включают в себя определения области применения, контекста и информационных требований приложения. Определения могут опреде-лять функции, процессы или информа-

цию, которые вынесены за рамки прило-жения для построения более чёткого опи-сания области применения, контекста и информационных требований. Описание области применения поддерживается прикладной функциональной моделью, которая описывает процессы, информа-ционные потоки и функциональные тре-бования приложения.

Стандарт ГОСТ Р ИСО 10303-439 уста-навливает прикладной модуль, предна-значенный для представления поддержки жизненного цикла изделий. Данный при-кладной модуль обеспечивает универ-сальные возможности для описания мно-жества изделий, которым требуется под-держка, и работ, необходимых для под-держания этих изделий в работоспособ-ном состоянии.

Стандарт позволяет создавать и управлять во времени гарантированным комплектом информации об изделии и его поддержке, который может использовать-ся для точного определения необходимых действий по поддержке изделия в течение всего жизненного цикла и управления их выполнением. Предполагается, что данная информация может использоваться для управления изменениями конфигурации, чтобы поддерживать достоверность ин-формации при изменении конфигурации изделия в течение жизненного цикла.

Так же данный стандарт обеспечивает возможность описывать ресурсы, необхо-димые, предоставляемые и используемые для обеспечения поддержки, а также реги-стрировать проделанную работу и исто-рию эксплуатации изделия, изменения его состояния [3, 8-10 с.].

Жизненный цикл продукции - весь процесс определения, проектирования, производства, эксплуатации и техниче-ской поддержки изделия, включая его утилизацию. Условно ЖЦ можно разде-лить на 5 процессов:

– Исследование и обоснование разра-ботки;

– Разработка; – Производство; – Испытания; – Эксплуатация; – Капитальный ремонт (для капи-

тально ремонтируемых деталей) [4, с. 4].

26

Метрологическое обеспечение произ-водится на всём этапе жизненного цикла продукции, но в большей степени измере-ния осуществляются на этапе производ-ства и эксплуатации продукции.

В ходе обеспечения производства продукции, требуемые показатели каче-ства достигаются с помощью измеритель-ного контроля каждой операции техноло-гического процесса. На этом этапе выпол-няются работы по автоматизации процес-сов измерений и измерительного кон-троля, проводится анализ и определяются методы и средства измерений в техноло-гических процессах, разрабатываются методики выполнения измерений и при-

водится их аттестация, если это преду-смотрено следующими нормативными документами, технологические процессы и техническая документация подвергают-ся метрологической экспертизе [2, c. 127].

Основными целями метрологического обеспечения продукции в процессе произ-водства является выпуск предприятием продукции, соответствующей требовани-ям конструкторской, технологической и нормативной продукции, а также преду-преждение производственного брака и получение о качестве готовой продукции и состоянии технологического процесса [1, c. 125].

Рисунок. Взаимосвязь стадий ЖЦ

В процессе эксплуатации средства из-мерений и контроля используются для контроля и прогнозирования их техниче-ского состояния, отыскания отказов и неисправностей, измерения характери-стик настройки, калибровки, юстировки и регулировки.

Метрологическое обеспечение экс-плуатации продукции - это комплекс научных и организационно технических мероприятий, направленных на выполне-ние точных и своевременных изделий, соблюдение единства требуемой точности измерений и повышение достоверности

измерительного контроля параметров в процессе эксплуатации изделия.

Недостаток в СРПП это то, что в них от-сутствует гибкость. Так как они все обяза-ны к применению, но при этом редко акту-ализируются и из-за этого возникают не-которые сложности. Существуют требова-ния, которые бессмысленны на современ-ном рынке, так как стандарты «перегруже-ны» дополнительными формами требова-ний.

27

Список литературы 1. Гришина Т. Г., Феофанов А. Н. Организация

и проведение монтажа и ремонта промышлен-ного оборудования. Часть 2. М.: ИЦ Академия, 2016. с. 245.

2. Гришина Т. Г., Феофанов А. Н. Организация и проведение монтажа и наладочных работ по промышленному оборудованию. Часть 1. М.: ИЦ Академия, 2017. с. 240.

3. ГОСТ Р ИСО 10303-1-99. Системы автома-тизации производства и их интеграция. Пред-ставление данных об изделии и обмен этими данными. с. 8-10.

4. ГОСТ Р 15.000-2016. Система разработки и поставки продукции на производство (СРПП). Основные положения. 1-19 с.

5. ГОСТ РВ 0015-002-2012. Система разра-ботки и поставки на производство военной техники. 1, 15-16 с.

УДК 658.5:004.9

Долгов В.А.1, Луцюк С.В.1, Васильцов М.А.2 1МГТУ «СТАНКИН», Москва 2АО «ВНИИРТ», Москва

РАЗРАБОТКА МАРШРУТНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ В МНОГОНОМЕНКЛАТУРНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ С УЧЕТОМ ЗАКРЕПЛЕНИЯ

ОПЕРАЦИЙ ЗА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ОБОРУДОВАНИЕМ

В докладе обосновывается, что при опреде-лении структуры технологического процесса и выборе технологического оборудования для его выполнения необходимо учитывать суммарную загрузку технологического оборудования дру-гими технологическими операциями.

Технологическая подготовка производства, оперативно-календарное планирование, струк-тура технологического процесса, цифровое производство.

современных условиях управле-ние машиностроительными пред-

приятиями осуществляется в соответствии с контрактными условиями заказов, кото-рые требуют оперативного обеспечения технологической готовности предприятия и своевременного обеспечения производ-ственного процесса необходимыми ресур-сами. При этом каждый заказ рассматрива-ется как отдельный проект, характеризуе-мый установленным бюджетом, объёмом работ, необходимыми ресурсами и сроком окончания. К производству одних и тех же изделий, принадлежащих различным заказам, могут предъявляться разные требования по производительности и уровню затрат. Отечественные машино-строительные предприятия не всегда готовы к этим требованиям.

Эффективное решение указанных за-дач возможно в рамках цифрового произ-водства. Одним из перспективных направлений создания цифровых произ-

водств является глубокая интеграция систем технологической подготовки про-изводства и оперативно-календарного планирования [1, 2].

Одной из основных задач технологи-ческой подготовки производства является согласованное формирование процессной и ресурсной моделей изготовления задан-ной номенклатуры изделий [3, 4].

Эта задача решается путём согласова-ния технологической и производственной документации и выражается в определе-нии структуры технологических процес-сов и установлении технологически необ-ходимых требований к техническим воз-можностям ресурсов.

Производственный и технологиче-ский подходы к формированию структуры ТП преследуют различные цели. Техноло-гический подход направлен на обеспече-ние качества изделий, производственный подход направлен на формирование про-изводственного расписания изготовления установленной программы изделий.

Разработка ТП является многокрите-риальной задачей, в результате решения которой формируются взаимосвязанные решения, обеспечивающие требуемое качество изделия и определяющие значе-ния технологического цикла и технологи-ческой себестоимости изготовления изде-лий в заданной технологической системе.

В

28

Обеспечение требуемого качества из-делий в многономенклатурном производ-стве приводит к концентрации переходов на технологических операциях.

Такое решение позволяет сократить количество организованных смен баз и значительно повысить точность обработ-ки заготовок. При обеспечении ресурсами операций, содержащих значительное количество технологических переходов, возникают проблемы, вызванные отсут-ствием необходимого количества мно-гофункционального технологического оборудования, которое оказывается пере-загружено, в то время как другое оборудо-вание – недозагружено. Не сбалансиро-ванное закрепление ресурсов за техноло-гическими операциями создает значи-тельные трудности при формировании сменно-суточных заданий.

Рассмотрим влияние формирования при ТПП вариантов структур технологи-ческих операций выполнения операцион-ных модулей (ОМ) изготовления детали «Ось» на балансировку загрузки техноло-гического оборудования. Годовая про-грамма выпуска детали «Ось» составляет 1600 шт. Партия запуска – 160 шт. График

работы участка – 1 смена. Фонд рабочего времени – 1800 часов/год.

Операционный модуль состоит из технологических переходов и является неделимым организационным объектом технологического процесса [4].

Эскиз операционных модулей изго-товления детали «Ось» приведен на рис. 1, а их состав и технологические циклы при-ведены в табл. 1.

Операционные модули сформированы на основании анализа заданных размер-ных связей. При выполнении этих опера-ционных модулей на различных операци-ях точность обработки снизится, но за-данная точность будет обеспечена.

Рассмотрим два варианта структуры технологических операций выполнения операционных модулей, сформированных по принципу концентрации («К») и диф-ференциации («Д»).

При ТПП с учётом наличия верти-кально-фрезерного с ЧПУ 5-ти координат-ного станка наиболее предпочтительным является выполнение операционных мо-дулей на одной операции за один установ и две позиции.

Рисунок 1. Эскиз операционных модулей (ОМ) изготовления детали «Ось»

29

Таблица 1. Технологический цикл выполнения операционных модулей (ОМ) изготовления детали «Ось»

Опера-ционные модули

Обозначе-ние раз-мерных связей

Технологический цикл, мин

Технологиче-ский цикл партии

запуска, мин

Технологический цикл годовой

программы выпус-ка, мин

tо tв tоб+tп Тпз tшт tшт к (партии) tшт к (годовой программы)

ОМ1 3 0,45 1,44 0,21 0,51 2,1 2,10 3 365,10 ОМ2 1, 5, 7 4,47 4,94 2,11 5,61 11,52 11,56 18 488,10

ОМ3 4, 15 2,22 1,92 0,63 1,53 4,77 4,78 7 647,30 ОМ4 2, 6 2,43 2,42 0,84 2,55 5,69 5,71 9 129,50

Таблица 2. Доступность технологического оборудования

Модель станка

Доступ-ный фонд рабочего времени,

час

Варианты струк-туры ТП

Требуемый фонд рабочего време-

ни, час

Разность доступ-ного и требуемого фонда рабочего времени, час

«К» «Д» «К» «Д» «К» «Д»

Станок вертикально-фрезерный с ЧПУ 5-ти координатный

299,85

ОМ1, ОМ2, ОМ3, ОМ4

- 643,83 - -343,98 -

Станок вертикально-фрезерный с ЧПУ 3-х координатный

242,05 - ОМ1, ОМ3

- 183,54 - 58,51

Станок вертикально-фрезерный с ЧПУ 3-х координатный

511,12 - ОМ2, ОМ4

- 460,29 - 50,83

Структура технологической выполне-

ния операционных модулей построена по принципу концентрации операционных модулей - «К». При этом использование выбранного оборудования для выполне-ния других технологических операций не учитывается. В таблице 2 приведены ре-зультаты расчёта доступного и требуемо-го фонда рабочего времени выбранного оборудования.

Доступный фонд рабочего времени станка вертикально-фрезерного с ЧПУ 5-ти координатного меньше требуемого. Поэто-му технологическое решение формирова-ния структуры операции по принципу концентрации ОМ в данной ситуации не обеспечено необходимым ресурсом.

В сложившейся ситуации наиболее предпочтительным является вариант структуры технологических операций выполнения ОМ, сформированный по принципу дифференциации. Этот вариант реализуется за две операции.

Таким образом, при разработке марш-рутных технологических процессов изго-товления деталей в многономенклатур-ном производстве необходимо учитывать

доступный фонд рабочего времени вы-бранных ресурсов.

В результате, технологические реше-ния, формируемые при ТПП, во многом определяют длительность производ-ственного цикла изготовления изделия.

Список литературы

1. Долгов В.А. Разработка и внедрение Под-системы Планирования технологической подго-товки машиностроительного производства интегрированной АСТПП //Автоматизация и современные технологии. 2011. 12. С. 32-36.

2. Kutin A., Dolgov V., Sedykh M. Information Links between Product Life Cycles and Production System Management in Designing of Digital Manufac-turing // Procedia CIRP. 2016. Volume 41. P. 423-426.

3. Долгов В.А., Луцюк С.В., Васильцов М.А. Особенности формирования маршрутных тех-нологических процессов на основе согласования технологических и производственных решений многономенклатурного производства // Вест-ник МГТУ «СТАНКИН». 2018. 1 (44). С. 13-18.

4. Долгов В.А. Повышение эффективности многономенклатурного машиностроительного производства путём адаптации работ техноло-гического процесса к текущему состоянию тех-нологической системы //Вестник МГТУ «СТАН-КИН». 2011. 3. С. 83-87.

30

УДК 51-74

Егоров С.Б., Капитанов А.В., Козлова А.В. МГТУ «СТАНКИН», Москва

ИЗМЕНЧИВОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ КАК ЧАСТЬ РЕАЛИЗАЦИИ

СИСТЕМЫ СТАТИСТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

В статье анализируются подходы к реали-зации системы статистического управления в машиностроении. В частности, исследуется такой ее параметр как изменчивость технологи-ческих процессов.

Система статистического управления, из-менчивость технологических процессов.

юбому процессу в природе свой-ственна изменчивость. В ходе

процесса на него воздействует огромное количество различных факторов, меняю-щих сам процесс и его результат. Рассмат-ривая обработку резанием, можно найти десятки причин, воздействующих на про-цесс. Например, твердость заготовки не является величиной постоянной и даже у самых хороших поставщиков колеблется в диапазоне 10…30 единиц НВ. Даже самый

хороший станок обладает повторяемо-стью позиционирования не лучше 1…5 мкм. И так далее. Это означает, что изме-нение этих факторов неминуемо приведет к изменениям в параметрах обрабатывае-мых деталей. Однако все эти факторы влияют на процесс в очень малой степени и, в большинстве случаев, очень сложно выделить влияние одного из таких фак-торов. Такие причины изменения процес-са называются обычными. Благодаря тому, что обычных причин очень много и каждая из них оказывает небольшое вли-яние, часто компенсируемое другими обычными причинами, процесс остается стабильным. Со статистической точки зрения стабильный процесс имеет ста-бильное распределение (рис. слева).

Рисунок. Изменчивость процессов

(ВКГ – верхняя контрольная граница, НКГ – нижняя контрольная граница)

Если процесс становится нестабиль-ным, это всегда связано с появлением особых причин или с изменением сово-купности обычных причин. Особыми называются такие причины изменения процесса, которые можно обнаружить и идентифицировать. Любая особая причи-на может привести к выходу процесса из стабильного состояния. Тогда процесс с точки зрения статистики имеет непосто-янное распределение (рис. справа).

Тогда задачей статистического управ-ления процессом является обнаружение и устранение особых причин изменения свойств продукта, приводящих к появле-

нию продукта, несоответствующего за-данным параметрам.

Реализация системы статистического управления процессами происходит в несколько этапов.

В основе всего статистического управления процессами лежит анализ и интерпретация исходных данных, полу-ченных от различных источников. Если оцениваются геометрические параметры изделия, то исходные данные получаются от различных средств измерения. Также могут использоваться дискретные при-знаки, имеющие два состояния (например, наличие или отсутствие дефекта).

Л

31

Поэтому сначала определяют набор признаков, по которым контролируется годность детали. Этими признаками яв-ляются размеры и параметры детали с определенными допусками. В зависимо-сти от роли, которую выполняют контро-лируемые признаки в обеспечении функ-ций готового изделия, они могут разде-ляться на критические, очень значимые, значимые и малозначимые. В зависимости от вида признака могут быть сформули-рованы разные требования к стабильно-сти его реализации.

При изготовлении изделия различные признаки (параметры качества) форми-руются на различных стадиях технологи-ческого процесса. Поэтому на втором эта-пе реализации системы статистического управления процессами надо определить, где, как и когда будут производиться из-мерения выбранных признаков. Под сло-вом «где» надо понимать и операцию технологического процесса, и организа-цию места измерения. «Как» подразумева-ет назначение необходимых средств из-мерения (об этом чуть далее) и реализа-цию самого процесса измерения. «Когда» в данном случае касается, в первую очередь, определения объема выборки деталей для измерения и периодичности измерения данной выборки.

При выборе места измерения и средств измерения обязательно надо учитывать необходимость обеспечения достоверности данных, передаваемых в систему статистического анализа. Досто-верность данных связана с двумя основ-ными факторами – однозначностью полу-чаемых данных и независимостью пере-дачи данных от субъективных факторов.

Первый фактор связан с применением определенных средств измерения. На сегодняшний день применение цифровых средств измерения является практиче-ским требованием при создании системы статистического управления процессами. Действительно, трудно говорить о досто-верности данных при считывании инфор-мации с нониуса обычного средства изме-рения, поскольку каждый оператор видит немного другие значения и это ставит под

сомнение однозначность получаемых данных.

Второй фактор также связан с приме-нением цифровых средств измерения и требует прямой связи средства измерения с системой фиксации передаваемых зна-чений. При вмешательстве человеческого фактора в этот процесс (оператор считы-вает показания со средства измерения и затем вручную заносит их в систему фик-сации значений) возникает опасность преднамеренного или случайного иска-жения данных.

Для дальнейшего анализа управляе-мости процесса и для отражения текущей статистики передаваемые данные долж-ны сопровождаться всем набором инфор-мации об измеряемом изделии и показа-телях процесса, при которых это изделие было изготовлено. Только в этом случае можно эффективно провести соответ-ствующий анализ возникающих особых причин.

Список литературы

1. Balestracci D. Data Sanity: A Quantum Leap to Unprecedented Results. – Medical Group Manage-ment Association. – 2009, 304 р.

2. Адлер Ю. П., Жулинский С. Ф., Шпер В. Л. (2009). Проблемы применения методов стати-стического управления процессами на отече-ственных предприятиях. - Методы менеджмента качества, 8, с.36-40; 9, 2009 г., с.24-29.

3. Уилер Д., Чамберс Д. Статистическое управление процессами. Оптимизация биз-неса с использованием контрольных карт Шухарта. Пер. с англ. – М: Альпина Бизнес Букс. – 2009 г., 409 с. (Wheeler D. J., Chambers D. S. Understanding Statistical Process Control. 2nd Ed. – SPC Press, 1992.)

4. Капитанов А.В., Козлова А.В., Использова-ние результатов измерения в системах стати-стического управление процессами, Реальность - сумма информационных технологий, сборник научных статей международной молодежной научно-практической конференции. 2016. с. 119-122.

5. Егоров С.Б., Капитанов А.В., Сильянова А.В., Управление качеством технологических процес-сов на основе статистического анализа. - Страна живет, пока работают заводы, Сборник научных трудов Международной научно-технической конференции. 2015. с. 124-128.

32

УДК 658.5

Еленева Ю.Я., Червенкова С.Г., Андреев В.Н. МГТУ «СТАНКИН», Москва

МОДЕРНИЗАЦИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ

НА ОСНОВЕ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ КАПИТАЛОМ

В статье рассматривается подход к модер-низации предприятий на основе управления технологическим капиталом. Применение дан-ного подхода позволит предприятиям сформи-ровать устойчивые конкурентные преимуще-ства за счет проведения модернизации с задан-ными параметрами.

Модернизация предприятий, технологиче-ский капитал, качество производственного менеджмента.

роблеме модернизации предпри-ятий и в научном, и в практиче-

ском аспектах традиционно уделяется пристальное внимание [1,2]. При этом единого подхода к данной проблематике к настоящему моменту так и не сформиро-валось. Очевидно, что это, с одной сторо-ны, вносит терминологическую путаницу, а, с другой стороны, затрудняет практиче-ские мероприятия в данной области в связи с отсутствием стандартного набора целей, методов проведения и критериев эффективности.

Так, например, Ю.А. Ковальчук пред-лагает понимать модернизацию в широ-ком смысле, как комплексный проект по совершенствованию деятельности не только в производственном и технико-технологическом аспекте, но также и включающий совершенствование инфра-структуры и учитывающий изменения во внешней среде предприятия [1].

При этом модернизацию непосред-ственно промышленного предприятия автор предлагает рассматривать как про-цесс приведения ресурсного потенциала предприятия в соответствие с текущими или будущими ожиданиями [1].

В работе [3] была предложена значи-мая для целей настоящего исследования экономическая категория «технологиче-ский капитал». Технологический капитал (ТК) предприятия предлагается понимать как совокупность двух составляющих: «материальной составляющей, включаю-щей активную часть основных производ-

ственных фондов (ОПФ) предприятия, и нематериальной составляющей, объеди-няющей нематериальные активы (НА), связанные с производством продукции и управлением производством» [3].

Учитывая сложность проблемы мо-дернизации, предполагающей воздей-ствие как на материальную, так и на нема-териальную составляющие производ-ственной системы, комплексное видение происходящих процессов, может быть обеспечено только за счет разработки концептуальной модели модернизации.

Реализация концептуальной модели начинается с анализа эффективности существующей стратегии и формирова-ния (либо актуализации) стратегии раз-вития предприятия. В качестве базовых предлагается рассматривать стратегию инновационного лидера, стратегию ими-татора и стратегию консерватора [4].

На следующем этапе реализации кон-цептуальной модели необходимо опреде-лить принципиальную глубину измене-ния производственной системы предпри-ятия в процессе модернизации. С этих позиций предложено рассматривать глу-бокую модернизацию, затрагивающую все уровни производственной системы, средне-уровневую модернизацию, являю-щуюся промежуточным состоянием и незначительную модернизацию, предпола-гающую локальное совершенствование отдельных элементов производственной системы предприятия.

Также параметром, опосредованным предшествующим блоком концептуаль-ной модели, выступает затратность про-ведения модернизации (высокозатрат-ная, среднезатратная и малозатратная модернизация).

Формирование совокупности целей и задач модернизации предприятий может быть осуществлено только в разрезе кон-кретных объектов управления. С этой целью предлагается осуществить деком-

П

33

позицию объекта управления – техноло-гического капитала предприятия – следу-ющим образом:

– активная часть основных производ-ственных фондов и

– НА, связанные с производством. Следующий уровень декомпозиции, в

свою очередь, предполагает выделение конкретных объектов модернизации, например, парк рабочих машин и оборудо-вания, модели бизнес-процессов и техноло-гии конструкторско-технологической под-готовки производства и т.д. [5,6,7].

Проведенные исследования показали, что предложенная модель позволяет предприятиям сформировать требуемые состав и структуру технологического ка-питала в процессе модернизации.

Список литературы

1. Ковальчук Ю.А. Методология и инстру-ментарий стратегического управления модер-низацией промышленных предприятий в усло-виях инновационной экономики: автореферат дис. ... доктора экономических наук: 08.00.05 / Ковальчук Юлия Александровна; [Место защи-

ты: С.-Петерб. гос. инженер.-эконом. ун-т]. – Санкт-Петербург, 2011. – 39 с.

2. Исаченко И.И., Макаров И.А. Модерниза-ция как индикатор построения бизнес-модели организации // Известия высших учебных заве-дений. Проблемы полиграфии и издательского дела. 2012. 6. С. 229-239.

3. Еленева Ю.Я., Андреев В.Н. Технологиче-ский капитал: методологические основы кон-цепции // Вестник МГТУ Станкин. 2016. 1 (36). С. 81-85.

4. Российская промышленность на этапе ро-ста: факторы конкурентоспособности фирм / Под ред. К.Р. Гончар и Б.В. Кузнецова. – М.: Вер-шина, 2008. – 480 с.

5. Пополитова С.В., Ушмодина Л.И., Карплюк Ю.А. Кластерный подход при обеспечении по-требности в кадрах российских предприятий оборонно-промышленного комплекса с учетом ситуации на региональных рынках труда // Вест-ник МГТУ Станкин. 2017. 1 (40). С. 122-126.

6. Харина О.С., Харин А.А., Харин А.А. Направ-ления взаимодействия вузов и предприятий, способствующие развитию человеческого капита-ла. // Вестник университета. 2015. 6. С. 293-297.

7. Karpov A., Kharin A., Kharina O. Educational environment forming on the basis of the human capital development // SHS Web of Conferences 9, 02019 (2016) International Conference “Education Environment for the Information Age” (EEIA-2016).

УДК 628.517 Ерёменко О.В. МГТУ «СТАНКИН», Москва

ИССЛЕДОВАНИЕ ОБРАЗОВАНИЕ ШУМА И ВИБРАЦИИ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ

ОБОРУДОВАНИИ ОТ ПАРАМЕТРОВ РЕЗАНИЯ

В докладе обосновывается, что значения звукового давления существенно зависит от параметров технологического процесса. При этом наибольшая зависимость проявляется от частоты вращения шпинделя.

Шум, вибрация, параметры резания, техно-логические процессы, эквивалентное значение звукового давления.

ум и вибрации являются важ-нейшими комплексными пока-

зателями качества технологического обо-рудования в целом и металлообрабаты-вающих станков в частности. Важнейшим потому, что от их зависит условия труда в целом на рабочем месте станочника. Ком-плексным потому, что в их отражается практически все мельчайшие неточности

изготовления в основном всех деталей технологического оборудования (зубча-тых колес, валов, подшипников, корпус-ных деталей, износ резца и т.д.) Если для обнаружения этих отклонений на отдель-ных деталях применяются различные сложнейшие приборы, то на шум и вибра-цию, возникающий при взаимодействии деталей с отклонениями в процессе пере-дачи движения, наши органы слуха и виброрецепторы реагируют сразу. Чув-ствительность их так велика, что при систематическом воздействии шума и вибрации на организм человека развива-ется рад заболеваний, снижается воспри-имчивость человека к изменениям и ко-мандам на приборах управления оборудо-

Ш

34

ванием, снижается значительно произво-дительность труда и качество продукции.

Основная доля шума технологическо-го оборудования приходится на корпус-ной шум, который образуется в результа-те резонансной вибрации деталей и кор-пусных конструкций, которые участвуют в передаче движения и совершают интен-сивные изгибные колебания на собствен-ных частотах. Металлорежущие станки – сложные виброакустические системы, состоящие из источников колебательной мощности – механизмов станков, корпус-ных конструкций – излучателей шума и источников воздушного (аэродинамиче-ского) шума.

В изученных исследованиях ряда ра-бот, 1-4 в которых были рассмотрены шумообразование в таких станках как токарной, сверлильной и фрезерной групп.

Рассмотрим процесс резания и основ-ные источники шума технологического оборудования при обработке материала резанием. При резании возникающий скрежет и свист оказывает особенно сильное утомляющее воздействие на че-ловека.

При резании шум возрастает из-за увеличения нагрузки на приводы главно-го и вспомогательных движений, и увели-чения уровней вибраций упругой системы технологического оборудования вслед-ствие ее взаимодействия с процессом резания. В процессе резания часть энергии неизбежно расходуется на возбуждение упругих волн в упругой среде и это всегда сопровождается шумом.

Особенно неприятен токарный шум, часто возникающий при обработке тонко-стенных деталей, при обработке чугуна, бронзы, при отрезке, точении со снятием широких тонких стружек, выстое (оста-новке подачи инструмента), при этом превышения составляют 15-20 дБА в диа-пазоне 2-4 кГц. Тональный шум при реза-нии обычно является следствием автоко-лебаний. Автоколебания возникают в результате того, что при относительном движении резца по направлению силы резания последняя оказывается больше своих значений при обратном движении резца. В результате часть энергии, расхо-

дуемой на резание затрачивается на под-держание относительных колебаний ин-струмента из-за разности работ. Разность работ возникает за счет того, что сила трения периодически меняется из-за пе-риодического изменения скорости реза-ния за один цикл колебаний, нормальных давлений на контактных поверхностях. В процессе выстоя траектория движения имеет такую форму, что на отдельных фазах движения может возникать разрыв контакта инструмента и детали, который уменьшает силы трения до нуля и в ре-зультате увеличивается разность работ, идущая на поддержание колебаний. При резании на колебания инструмента демп-фирующее действие оказывает трение снимаемой стружки, при этом размах колебаний уменьшается как в плоскости передней грани, так и в других направле-ниях за счет наличия координатных свя-зей, обобщенных координат упругой си-стемы станка. При обработке деталей с сыпучей стружкой (чугуна, бронзы) демп-фирование со стороны стружки недоста-точно, и поэтому их обработка сопровож-дается неприятным свистом. Такое явле-ние бывает и при обработке тонкостен-ных деталей.

Кроме неприятного шума высокоча-стотные автоколебания существенно снижается стойкость режущего инстру-мента, и ухудшают качество обрабатыва-емой детали.

Были проведены экспериментальные исследования зависимости характеристик шума и вибрации от традиционных управляемых параметров при обработке резанием и при холостых ходах исследуе-мого технологического оборудования.

В качестве примера на рис. 1 пред-ставлена зависимость эквивалентного значения звукового давления (L) от ча-стоты вращения вала шпинделя (n), где просматривается равномерная линейная зависимость звукового давления от ча-стоты вращения вала шпинделя, в трех точках съема информации (точка 1 в зоне шпиндельного узла; точка 2 в зоне реза-ния; точка 3 в зоне установки задней баб-ки), исследуемого технологического обо-рудования.

35

Рисунок 1. Зависимость эквивалентного значения звукового давления от частоты

вращения шпинделя холостого хода станка

Рисунок 2. Зависимости звукового давления от: а) – от частоты вращения шпинделя;

б) – от скорости подачи; в) – от глубины срезаемого слоя

36

При максимальной частоте вращения вала равном 1200 об/мин звуковое давле-ние в точках измерений равно от 70 до 75 дБ, а при минимальной частоте вращения вала – 50-60 дБ. В качестве примера на рис. 2 показаны результаты исследований зависимости эквивалентного уровня зву-кового давления (L) от традиционных управляемых параметров технологиче-ского процесса - частоты вращения шпин-деля (n), скорости подачи (s) и глубины резания (t); полученные для выбранных точек съема информации.

Эти результаты получены при обра-ботке заготовки из материала сталь 45 при следующих параметрах технологиче-ского процесса:

– рис. 2а – глубина резания 1мм, ско-рости подачи 0,15 мм/об;

– рис. 2б – глубина резания 1мм, ча-стота вращения шпинделя 630 об/мин;

– рис. 2в – частота вращения шпинде-ля 630 об/мин, скорости подачи 0,15 мм/об.

Результаты экспериментальных ис-следований показали, что значения звуко-вого давления существенно зависит от параметров технологического процесса. При этом наибольшая зависимость прояв-ляется от частоты вращения шпинделя. Этот характер кривых повторяется для всех трех точек съема информации. Одна-

ко, наибольшая зависимость имеет место для точек 1 и 2, т.е. для шпиндельного узла и зона резания.

В итоге можно сказать, что шум виб-рации образующиеся при эксплуатации технологического оборудования, большая их часть приходится на шум и вибрацию образующийся в корпусных и базовых деталях в результате погрешностей в изготовлении деталей и узлов подвижных элементов в станках для обработки мате-риалов резанием, причем шум и вибрации проявляются как на холостых ходах, так и при реализации технологического процес-са.

Список литературы

1. Трышкина О.В. Исследование шума и виб-рации, образующихся в металлообрабатываю-щих станках. Труды восьмой международной конференции «Производство. Технология. Эко-логия, М.: «Станкин». 2005.

2. Цукерников И.Е. Совершенствование нормирования и методов определения шумовых характеристик стационарных машин и оборудо-вания, методологические аспекты и параметри-ческие решения. автореферат 1999.

3. Саликов В.Ф. Закономерности шумообра-зования при плоском шлифовании и разработка мероприятий по снижению шума. диссертация 1999.

4. Саберняев Б.Г. Методы исследования шу-ма металлорежущих станков. Ростов-на Дону 1980.

УДК 004.91

Ибраев Р.Р.1, Стоякова К.Л.2, Кузовкин К.Н.2, Крюков В.В.2, Комиссаров Р.Н.2, Тарасов А.Г.2, Семячкова Е.Г.2, Тюрбеева Т.Б.2 1Московский государственный университет технологий и управления им. К.Г. Разумовского, Москва 2МГТУ «СТАНКИН», Москва

АНАЛИЗ МОДЕЛЕЙ УПРАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИЕЙ О ЗАПАСАХ

ПРОИЗВОДСТВЕННОГО СЫРЬЯ НА ПРЕДПРИЯТИИ

Рассматриваемая тема является актуальной, так как позволяет решать задачи управления только товарными запасами, не влияя на работу предприятия в целом.

Информация, системы управления, матери-альные запасы, эффективность, структура про-изводственных запасов.

з-за бурного развития логистики, многие специалисты говорят о

наиболее эффективном управлении запа-сами, которое рассматривается с точки зрения минимизации совокупных издер-жек. То есть оптимизация товарных запа-сов – это, в первую очередь, снижение затрат на их создание и обслуживание.

И

37

Стратегия управления запасами не может строиться только на снижении этих из-держек, и оптимальное управление запа-сами подразумевает такую политику управления запасами, которая гармони-зирует все аспекты, связанные с этой за-дачей, а не только оптимизацию запасов на складе [2, 3].

Производственные запасы в широком смысле слова понимаются как сырье и материалы, необходимые для производ-ственного процесса, включая малоценные и быстроизнашивающиеся предметы, а также незавершенное производство, гото-вая продукция на складе и сопутствующие товары для производства [2].

Для деятельности любой организации необходим определенный уровень запа-сов. При их отсутствии и при малейшем нарушении сбыта вся деятельность пред-приятия может нарушиться [3]. Хранить же слишком много производственных запасов экономически невыгодно, поэто-му задача управления производственны-ми запасами посвящена нахождению ком-промисса между этими двумя крайностя-ми.

С этой целью предлагается рассмот-реть математические модели, позволяю-щие определить оптимальную структуру и объем запасов при минимизации инте-грированных затрат на процесс производ-ства конкретной продукции.

Модель Уилсона (базовая). В этом случае цель предприятия – разработка такой программы, при которой общая сумма затрат на производство и содержа-ние запасов минимизируется при условии полного и своевременного удовлетворе-ния спроса на продукцию.

Решение подобных оптимизационных задач предполагает идентификацию це-левого критерия оптимизации [1]. Опи-санная модель, известная как модель Уил-сона, позволяет определить потребности в финансировании поставок товарно-материальных ценностей, т.е. запасов при планируемом увеличении объемов про-даж.

Модель, учитывающая скидки. Ба-зовая модель Уилсона предполагает неза-висимость цены приобретения (С) товара

от объема закупки, однако реальным хо-зяйствующим субъектам поставщики могут предоставлять скидки в зависимо-сти от размера приобретаемой партии. В этом случае перед финансовыми мене-джерами предприятия стоит вопрос о выяснении такого размера скидок, кото-рые за отчетный период компенсируют повышенные расходы на хранение приоб-ретаемой продукции.

Модель планирования экономиче-ского размера партии. Основную модель, используемую для моделирования про-цессов приобретения запасов у внешнего поставщика можно распространить и на другие производственные ситуации, большинство из которых предполагает частичное восполнение запасов за счет их производства на данном предприятии. В этом случае исходное допущение модели Уилсона о мгновенном изменении уровня запасов от 0 до Q не может быть принято. В этом случае принято говорить о модели с продолженной поставкой, и в качестве параметра оптимизации здесь выступает оптимальный размер партии запасов, произведенной своими силами.

Таким образом, системный подход позволяет оптимизировать показатели функционирования отдельных элементов, обеспечивая повышение эффективности функционирования всей системы, за счет анализа и выбора соответствующей мате-матической модели адекватной процессу [1, с. 306].

Список литературы 1. Воробьева А.В., Коваленко И.Л., Стоякова

К.Л., Ибраев Р.Р., Воробьев Д.И. Статистические модели принятия решений в управлении эффек-тивными инновационными технологиями авто-матизации процессов и производств / статья / Естественные и технические науки / – М.: СПУТ-НИК+, 2013, 5 – с.306-309.

2. Корпоративная логистика: 300 ответов на вопросы профессионалов / Государственный университет - Высшая школа экономики (ГУ ВШЭ); Общ. и науч. ред. В.И. Сергеева. - М.: ИН-ФРА-М, 2008. - 976 с.

3. Степанов В.И. Логистика производства / Учебное пособие / - М.: ИНФРА-М, 2012. - 200 с. - (Высшее образование: Бакалавриат).

38

УДК 621.9.022.2 Исаев А.В. МГТУ «СТАНКИН», Москва

КЛАССИФИКАЦИЯ СПОСОБОВ РАСПОЛОЖЕНИЯ ПЛАСТИН В КОРПУСАХ СБОРНЫХ ФРЕЗ ДЛЯ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЙ ОБРАБОТКИ

Представлена общая классификация спосо-бов расположения режущих пластин в корпусе сборных фрез для высокоэффективной обработки. Классификация позволит реализовать поисковую задачу по выбору оптимальной конструкции инструмента для данных условий обработки.

Сборные фрезы, классификация, инстру-менты для высокоэффективной обработки.

овышение эффективности обра-ботки материалов резанием в

современных условиях представляет со-бой комплексную задачу, которая должна решаться с учетом многих аспектов тех-нического, технологического и экономи-ческого плана. Критериями высокой эф-фективности обработки выступают: в случае черновой обработки — скорость съема материала (Material Removal Rate, MRR, см3/мин); при чистовой обработке — стабильность процесса, зависящая в том числе от стойкости режущего инструмен-та, и влияющая на чистоту обработанной поверхности. Разработка новых конструк-ций режущего инструмента для высоко-эффективной обработки является акту-альной научно-технической задачей в современных условиях перехода к новому технологическому укладу [1].

Методы высокоэффективной обра-ботки резанием (ВЭО) применяются для широкого спектра технологических задач, в том числе при обработке следующих типов изделий:

– длинных тонкостенных алюминие-вых деталей (например, деталей крыла и фюзеляжа самолетов);

– деталей из высокопрочных алюми-ниевых сплавов в аэрокосмической про-мышленности: топливных баков, обтека-телей и масляных баков, лопастей про-пеллеров, блоков цилиндров, картеров, топливных насосов и колес шасси;

– штампы и пресс-формы, характери-зующиеся жесткими допусками, высокой точностью и низкой шероховатостью поверхности;

– деталей из высокопрочных алюми-ниевых сплавов и чугунов в автомобиль-ной промышленности: картеров, блоков цилиндров, головок блоков цилиндров, шкивов, корпусов автомобилей;

– детали малых размеров, миниатюр-ных деталей в медицине и других отрас-лях, включая нанотехнологии. Например, изготовление слепка зубов для создания протезов, с целью восстановления зубного ряда;

– изделия ювелирной промышленно-сти.

Применение для ВЭО обработки сбор-ных конструкций фрез со сменными много-гранными пластинами (СМП), механически закрепленными в корпусе инструмента, позволяет, по сравнению с цельными или составными конструкциями, существенно повысить стойкость фрезы, увеличить экономию твердого сплава, обеспечить необходимую форму передней поверхности за счет конфигурации режущего элемента, что может быть весьма выгодно с экономи-ческой точки зрения [2].

Анализ доступных источников дал ос-нование сделать следующие выводы о типичных конструктивных особенностях современных сборных фрез:

– Наиболее распространенным спосо-бом крепления СМП в корпусе сборных фрез диаметром менее 200 мм является крепление винтом через центральное отверстие. В ГОСТах даны указания о креплении СМП с помощью винта через центральное отверстие или прихвата. Основными причинами распространенно-сти этого метода крепления являются его относительная простота, надежность и безопасность в работе, малое число ис-пользуемых крепежных деталей, легкость монтажа и демонтажа;

– В конструкциях сборных фрез широ-ко распространено тангенциальное рас-положение СМП в корпусе;

П

39

– Как правило, в конструкциях сбор-ных фрез применяются СМП одного (не более двух) типов;

– В большинстве случаев в конструк-циях фрез применяются СМП с прямоли-нейной проекцией режущей кромки на радиальную секущую плоскость.

Расположение режущих пластин под углом к оси фрезы обеспечивает ряд пре-имуществ по сравнению с ориентацией их параллельно оси. К ним относятся: улучше-ние равномерности фрезерования, умень-шение вибраций, возникающих в процессе резания, увеличение прочности режущей кромки, снижение усилий, действующих в процессе фрезерования, повышение стой-кости фрез, создание дополнительных условий для стружкодробления.

Силы резания, возникающие в про-цессе фрезерования, зависят, в частности, от диаметра, на котором расположена режущая кромка инструмента, а также от угла наклона режущей кромки λ. Угол наклона стружечной канавки ω влияет на эффективность обработки, плавность работы, виброустойчивость фрезы, что особенно важно при ВЭО. Углы λ и ω в общем случае не равны.

На основании анализа каталогов про-изводителей сборных фрез [3], патентной документации и другой научно-технической литературы были выявлены варианты расположения СМП в корпусе сборных фрез, характеризующиеся раз-личным соотношением углов λ и ω (рис.).

Рисунок. Варианты соотношения угла наклона режущей кромки пластины λ и угла

наклона стружечной канавки ω

40

Описание вариантов соотношений углов наклона режущей кромки пластины λ и углов наклона стружечной канавки ω приведено в таблице.

Таблица. Возможные варианты расположения пластин в сборных фрезах для ВЭО на рис. λ ω Описание

а λ=0 ω=0 Прямые стружечные канавки. Высокая технологичность, но наименьшая стойкость СМП и худшая равномерность процесса фрезерования.

б λ<ω ω≠0

Существенное повышение стойкости и плавности обработки. Увели-чение числа зубьев, обеспечивая необходимую геометрию режущей части и реализуя дробление стружки. Фрезерование труднообраба-тываемых материалов

в λ≠0 ω=0

Фрезерование с дроблением стружки, причем угол λ может быть как положительным, так и отрицательным. Стойкость режущих элемен-тов значительно выше, чем в случае а), технологичность изготовле-ния корпуса хорошая.

в λ=ω ω≠0

Наклонные или винтовые стружечные канавки. Существенное по-вышение стойкости и плавности обработки. Позволяет увеличить число зубьев, обеспечивая необходимую геометрию режущей части и реализуя дробление стружки.

г λ>ω ω≠0

Наклонные или винтовые стружечные канавки. Существенное по-вышение стойкости и плавности обработки. Увеличение числа зубьев, одновременно обеспечивая необходимую геометрию режу-щей части и реализуя дробление стружки. Подходит для фрезерова-ния цветных металлов и чугунов.

д λ=ω ω≠0 Хорошее стружколомание и оптимальная геометрию режущей части при меньших значениях угла ω, хорошая технологичность

е λ=0 ω≠0 Позволяет увеличить количество СМП по сравнению со случаем а), улучшая чистоту обработки, стойкость режущих кромок и равно-мерность фрезерования относительно невысоки.

ж λ≠0, γ≠0

ω≠0 Схож с вариантов е). Оптимален для обработки материалов с отно-сительно невысокой твердостью и прочностью на разрыв (напри-мер, цветных сплавов)

з λ=ω ω1>0 ω2<0

Наклонные или винтовые разнонаправленные стружечные канавки. Обеспечивает мягкое врезание в материал и равномерное нагруже-ние фрезы. Для композиционных материалов

и λ1>0 λ2<0

ω=0

Прямые стружечные канавки, разнонаправленные пластины на разных концах фрезы. Обеспечивает повышение стойкости и плав-ности обработки. Подходит для обработки композиционных мате-риалов

к λ1>0 λ2<0

ω=0

Шахматное расположение пластин. Существенное повышение стой-кости и плавности обработки. Распределение пластин и неравно-мерный угловой шаг способствуют снижению вибраций. Для тяже-лой прерывистой обработки и для обработки композиционных материалов

Классификация способов расположе-

ния СМП в корпусе сборных фрез позволит выявить наиболее существенные законо-мерности конструктивных исполнений фрез для разных видов обработки, решить поисковую задачу для выбора оптималь-ной (наиболее подходящей) конструкции инструмента для данных условий обра-ботки, выполнить первичное прогнозиро-вание условий работы и эксплуатацион-ной стойкости сборных фрез.

Список литературы 1. Гречишников В.А., Исаев А.В., Романов В.Б.

Метод формирования профиля образующей исходной инструментальной поверхности сбор-ных фасонных фрез с режущими пластинами, расположенными вдоль винтовой линии / Вест-ник МГТУ Станкин. 2015. 1 (32). С. 8-12.

2. Исаев А.В. Определение конструктивных параметров сборных фасонных фрез с круглыми режущими пластинами, расположенными на винтовой линии / Вестник МГТУ Станкин. 2011. 4 (16). С. 52-57.

3. Сайт WIDIA [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.widia.com/ru/home.html

41

УДК 658.5.018.2

Карлова Т.В.1, Аввакумов Я.А.1, Бекмешов А.Ю.2 1МГТУ «СТАНКИН», Москва 2Институт конструкторско-технологической информатики РАН, Москва

СОВРЕМЕННАЯ ПРАКТИКА ПОСТРОЕНИЯ ИНТЕГРИРОВАННЫХ СИСТЕМ

МЕНЕДЖМЕНТА НА РОССИЙСКИХ ПРЕДПРИЯТИЯХ

В докладе проводится сравнительный ана-лиз зарубежного и отечественного опыта при-менения интегрированных систем менеджмента в организациях, а также специфика их сертифи-кации и внедрения на российских предприятиях. Разработка, внедрение и сертификация инте-грированных систем менеджмента в нашей стране является основной предпосылкой для повышения конкурентоспособности не только производимой продукции, но и самого предпри-ятия через повышение его рыночной стоимости.

Система менеджмента качества, интегриро-ванная система менеджмента, предприятие, конкурентоспособность, стандарты.

а сегодняшний день одним из передовых путей развития в сфе-

ре управления предприятием является разработка и внедрение интегрированных систем менеджмента (ИСМ), представля-ющих собой часть системы общего ме-неджмента организации, соответствую-щую требованиям двух и более междуна-родных стандартов и составляющую в своей деятельности одно целое. Понятие ИСМ не равносильно содержанию систе-мы общего менеджмента, связывающей воедино все аспекты работы организации, ведь оно не касается задач финансового и инвестиционного менеджмента, управле-ния портфелем ценных бумаг и др.

Чаще всего в целях создания ИСМ применяются стандарты на системы ме-неджмента качества (ISO 9001), экологи-ческого менеджмента (ISO 14001), охраны здоровья и труда (OHSAS 18001), инфор-мационной безопасности (ISO 27001) и т.д., но в целом возможны любые сочета-ния упомянутых стандартов в структуре ИСМ. Зарубежный опыт разработки дан-ных систем демонстрирует, что в подав-ляющем большинстве случаев ключевым звеном ИСМ, вокруг которого формирует-ся слияние всех остальных, является СМК. На текущий момент наличие у организа-ций ИСМ свидетельствует о социальной ответственности бизнеса, а их мировое распространение и растущая популяр-ность подтверждаются статистическими данными [1].

За последние годы число компаний, аттестованных национальными органами по сертификации на соответствие стан-дарту ISO 9001, возросло в десятки раз, перевалив за 1 млрд (рис. 1). А отрица-тельная динамика за 17 лет с 2001 года прослеживалась трижды: сначала в 2012, потом – в 2015, а затем – 2017-м фирмы получали меньше сертификатов в сопо-ставлении с прошлым годом [4, 5, 7].

Рисунок 1. Число организаций в мире, прошедших сертификацию

на соответствие стандарту ISO 9001

Н

42

По количеству сертифицированных предприятий на соответствие стандарту ISO 9001 лидирует Китай, занимая ⅓ в мировом соотношении, в то время как российских компаний насчитывают чуть

более чем 62 тысячи (рис. 2). Положение нашей экономики затруднялось тем, что почти 80% СМК российских организаций имеются только на бумаге, а на деле – не работают, хоть и сертифицированы [2, 5].

Рисунок 2. Соотношение числа предприятий, сертифицированных

на соответствие стандарту ISO 9001 по странам

В европейском регионе РФ занимает 42-ю позицию по количеству выданных сертификатов. По опубликованным дан-ным ISO на начало 2017 года в РФ за от-четный период было предоставлено 5083 сертификата соответствия требованиям стандарта ISO 9001. В июле 2018-го в Ре-естре зарегистрированных систем добро-вольной сертификации было зафиксиро-вано около 1500 систем с областью рас-пространения на «СМК».

31 декабря 2018 года организация Международный форум по аккредитации (МФА) – International Accreditation Forum (IAF) обнародовала статистические сведе-ния о численности предприятий, с успехом перешедших к началу октября 2018 года на стандарты ISO 9001:2015 и ISO 14001:2015. Согласно подсчетам МФА, к завершению переходного этапа с прежних редакций ISO 9001:2008 и ISO 14001:2004 на современ-

ные, от 2015 года 93% компаний успешно приспособились в своих СМК к новым тре-бованиям. В отчёте об исследованиях МФА указано, что компаниям, попавшим в оставшиеся 7%, выделили дополнительно полгода с середины сентября 2018 года, чтобы благополучно закончить ресерти-фикационный аудит [3].

Для наших фирм самыми подходящи-ми на первоначальной стадии образова-ния ИСМ стали СМК и система экологиче-ского менеджмента (СЭМ). Анализ чис-ленности организаций в мире, которые сертифицировали свои СЭМ на соответ-ствие международному стандарту ISO 14001, показал их практически десяти-кратное возрастание за текущие 17 лет (рис. 3) [2, 4, 5, 7].

Среди всех стран первенство в данном направлении также занимает Китай (рис. 4) [7].

Рисунок 3. Число организаций в мире, прошедших сертификацию

на соответствие стандарту ISO 14001

43

Рисунок 4. Соотношение числа предприятий, сертифицированных

на соответствие стандарту ISO 14001 по странам

Рисунок 5. Цикличность проблем, препятствующих распространению СЭМ

на отечественных предприятиях

В отечественных организациях СЭМ, как и ИСМ, едва стали появляться, и пока что их численность не превышает 800. На схеме представлены ключевые препят-ствия, сдерживающие распространение СЭМ в российских компаниях, с образова-нием замкнутого цикла (рис. 5).

Количество сертификатов по между-народным стандартам OHSAS 18001 и ISO 27001 в РФ, к сожалению, и вовсе не пре-вышает нескольких десятков, в мировом масштабе – десятков тысяч. Хотя реализа-ция требований OHSAS 18001 позволит минимизировать количество несчастных случаев и форс-мажорных ситуаций в процессе производства, даст сэкономить на медобслуживании работников и со-

кращает число технологических и техни-ческих издержек, а ISO 27001 – поможет защитить информационные активы, пре-дупредить утечку конфиденциальных данных, а также обеспечить репутацию надёжного партнёра в глазах контраген-тов [8].

Ускорить процесс внедрения перечис-ленных стандартов на российских пред-приятиях помогут исследование и акку-мулирование практической деятельности в данной области за рубежом, её адапта-ция к отечественным реалиям, а также ужесточение требования внешних торго-вых площадок к наличию у организаций, сертифицированных ИСМ [2, 5].

44

Само создание ИСМ можно произвести 2 путями:

1) Сперва построить в компании СМК (по ISO 9001), а потом дополнить её СЭМ (по ISO 14000) и управлением охраной здоровья и труда на производстве (по OHSAS 18000).

2) Внедрять ИСМ на предприятии сра-зу, используя в качестве фундамента стан-дарты серии ISO 9000. Реализация принци-пов процессного и системного подходов, а также лидерства руководителя и вовлече-ния сотрудников позволит на должном уровне обеспечить интеграцию отдельных стандартов в одну целостную систему.

Так или иначе, создание ИСМ даёт возможность вести в организации единую политику, экономично расходовать ресур-сы, сократить количество документов и составить общую систему подготовки и развития кадров.

Таким образом, разработка и сертифи-кация ИСМ организаций в нашей стране является обязательной предпосылкой распространения продукции на внешних рынках, способствуя возрастанию конку-рентных преимуществ не только продук-ции, но и самого предприятия, а также ре-шению стратегической задачи повышения его рыночной стоимости [2, 5].

Список литературы

1. Меркушова Н. И., Науменко Ю. А., Мерку-шова Ю. А. Интегрированные системы менедж-мента: предпосылки создания на российских предприятиях // Молодой ученый. – 2013. –

12. – С. 327-331. – URL https://moluch.ru/ archive/59/8473/

2. Дадонов В.А. Вопросы развития интегри-рованных систем менеджмента на российских промышленных предприятиях в условиях про-движения продукции на международные рынки. Инженерный журнал: наука и инновации, 2013, вып. 3. URL: http://engjournal.ru/catalog/indust/ hidden/650.html

3. В IAF подсчитали, сколько организаций успешно перешли на ISO 9001:2015 и ISO 14001:2015 // Единый Стандарт. 17.01.2019. URL: https://1cert.ru/novosti/v-iaf-podschitali-skolko-organizatsiy-uspeshno-pereshli-na-iso-9001-2015-i-iso-14001-2015 (дата обращения: 08.05.2018).

4. Сколько компаний в мире сертифициро-вано по стандарту ISO 9001 // Единый Стандарт. 27.05.2016. URL: https://1cert.ru/vopros-otvet/ skolko-kompaniy-v-mire-sertifitsirovano-po-standartu-iso-9001 (дата обращения: 08.05.2018).

5. Дадонов В.А. Анализ динамики роста сер-тифицированных интегрированных систем менеджмента в России и за рубежом // Между-народный экономический форум 2014 URL: http://be5.biz/ekonomika1/r2014/1473.htm (дата обращения: 08.05.2018).

6. Андреев И. СМК для галочки: сколько сто-ит сертификат соответствия ИСО 9001 // ProКа-чество. 01.08.2018. URL: https://kachestvo.pro/ kachestvo-upravleniya/sistemy-menedzhmenta/ smk-dlya-galochki-skolko-stoit-sertifikat-sootvetstviya-iso-9001

7. Международная организация по стандар-тизации // ISO URL: https://isotc.iso.org/ live-link/livelink?func=ll&objId=18808772&objAction=browse&viewType=1

8. Что такое стандарты ISO 9001:2008, ISO 14001:2004, OHSAS 18001:2007? // Единый Стан-дарт. URL: https://1cert.ru/vopros-otvet/chto-takoe-standarty-iso-9001-2008-iso-14001-2004-ohsas-18001-2007 (дата обращения: 08.05.2018).

УДК 621.9:504.054 Кириллов А.К., Мосийчук М.М. МГТУ «СТАНКИН», Москва

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК ИЗ СПЕЦИАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА СУХОЙ

ОБРАБОТКИ С КОМПЕНСАЦИЕЙ ЭФФЕКТОВ ЖИДКИХ СОТС

Предлагается использование при металло-обработки технологического комплекса сухого резания специальных материалов с применени-ем таких компонентов как: инструмент с нане-сенным многофункциональным покрытием и активированная газовая среда, за счет использо-

вания которых компенсируются физические эффекты стандартных типов СОТС.

Технологический комплекс, сухое резание, многофункциональное покрытие, активирован-ная газовая среда.

45

настоящее время важным векто-ром развития процессов обработ-

ки металла на производстве является создание такой технологии обработки, в которой будет применятся отказ в ис-пользовании СОТС (сухая обработка), или применения СОТС, которые частично или полностью компенсируют физические эффекты жидких СОТС.

На данный момент все больше пред-приятий вынуждены обращать внимание на экологическую безопасность производ-ства. В основном это выражается в том, что расходы, которые идут на утилизацию отработанных жидких СОТС, сильно воз-растают. На практике установлено, что на предприятиях где выстроен цикл механи-ческой обработки и учитываются доволь-но высокие издержки на использование СОТС можно уменьшить расходы, которые связаны с утилизацией в отличие от ис-пользования стандартных технологий обработки.

Актуальным решением возникающих проблем при использовании стандартных типов СОТС является создание эффектив-ной комплексной системы сухой токарной обработки, которая в свою очередь оказы-вает минимальное негативное воздей-ствие на окружающую среду.

Данные задачи решаются на предло-жении метода, который содержит в себе полный отказ от применения жидких СОТС, при этом происходит компенсиро-вание физических свойств жидких СОТС путем использования технологического комплекса сухого резания, в который входят два основополагающих элемента – режущий инструмент с таким многофунк-циональным покрытием, которое имеет трибоактивные слои, и активированную воздушную среду, которая состоит из таких элементов как ионы, атомы, а также молекулы воздуха.

В данной работе рассмотрен метод су-хой обработки специальных материалов, проведены такие исследования, в которых устанавливается влияние активирован-ной газовой среды на работоспособности режущего инструмента. Также были про-ведены исследования износостойкости инструмента с нанесенным покрытием. При разработке технологического ком-плекса сухой обработки необходимо ре-

шение полного комплекса проблем, кото-рые связаны с частичной или полной ком-пенсацией эффектов жидких СОТС за счет:

– снижения теплового воздействия на инструмент из-за того, что происходит уменьшение источников тепла. Как пра-вило, такими источниками являются фрикционные источники тепла.

– увеличения сопротивляемости ин-струмента разрушению теплом (тепловое разрушение) за счет применения тепло-стойких ИМ;

– уменьшения воздействия тепла в зоне обработки за счет уменьшения работ резания, а также уменьшения потоков тепла.

В работе испытания проводились с использованием токарного станка РТ700ФЗ; проходных резцов марки Sand-vik Coromant с механическим креплением пластин (PSSNR); твердосплавных пла-стин квадратной формы, имеющие отвер-стие, а также и канавки для слома струж-ки; микроскопа отсчетного МПБ-2.

К расходам при использовании СОТС в машиностроении, а точнее в металлооб-работке можно отнести:

Прямые расходы: – по закупке, а также транспортировке

используемых жидких СОТС; подготовке и содержании в нужном рабочем состоянии; по хранению, а также контролю состояния жидких СОТС, её утилизацию и др.

Косвенные расходы: – на профилактические осмотры пер-

сонала, неявку на работу по причине бо-лезни, перевод на другую работу;

– штрафные санкции, которые как правило вызваны негативным влияние на окружающую среду, а точнее её загрязне-ние.

Расходы охранного типа: – такие расходы, как амортизацион-

ные отчисления, которые выражаются в соблюдение правил, предусмотренных государственными нормами;

– расходы по содержанию и обслужи-ванию очистных сооружений.

При сравнении затрат на СОТС для крупных и средних предприятий, можно отметить, что затраты будут отличаться. Для средних предприятий, которые ис-пользуют довольно дорогой инструмент из быстрорежущей стали и твердого спла-

В

46

ва, издержки на СОТС будут составлять приблизительно половину затрат на ре-жущий инструмент. Но все же затраты на СОТС даже на предприятиях среднего типа будут весьма высоки и будут составлять довольно значительную долю общих из-держек производства. Таким образом, на данный момент структуры издержек на использование жидких СОТС при метал-лообработке намного выше таких затрат, как затраты на инструмент, вследствие чего данная часть издержек металлообра-батывающего производства очень высока, и это наводит на то, чтобы пересмотреть технологию обработки на производстве. Следствием вышеуказанного на данный момент являются решения, которые будут направлены на то, чтобы в процессе обра-ботки резанием можно было полностью или частично отказаться от применения стандартных жидких СОТС.

В настоящей работе предлагается разработанный технологический ком-плекс сухой обработки специальных ма-териалов с полной компенсацией физиче-ских эффектов СОТС.

Предлагается технологический ком-плекс, использующий 3 основных элемен-та в системе резания, компенсирующей отсутствие СОТС:

– инструмент с многофункциональ-ным покрытием (МФП);

– активированную газовую среду (АГС); – ультразвуковые колебания (УЗК). Схема предлагаемой комплексной си-

стемы сухого резания приведена на рис 1. Сущностью предполагаемого комплек-

са при обработке жаропрочного сплава является облегчения термонапряженного состояния в зоне обработки, за счет сниже-ния коэффициента трения, уменьшения температуры в зоне основных пластиче-ских деформаций, и в зоне контакта, обра-батываемого и инструментального мате-риалов для снижения сопротивляемости резания и тем самым повышения износо-стойкости инструмента, предопределяю-щей как производительность обработки, так и качество обработанного поверхност-ного слоя.

Ключевым элементом предлагаемой системы сухого резания с компенсацией эффектов жидких СОТС является режущий инструмент со специальным многофунк-циональным покрытием, включающим износостойкий, трибоактивный и актив-ный слой, чередование которых в суперм-ногослойной конструкции покрытия вы-полняет несколько функций.

Рисунок. Модель системы резания с компенсацией эффектов жидких СОТС

Условные обозначения: 1 – режущий инструмент; 2 – многослойное композиционное покрытие; 3 – материал, подвергающийся обработке (ОМ); 4 – установка активации газовой среды (воздуха); 5 – источник питания системы активации газа (генерация коронного разряда); 6,7,8 – контакторы, позволяющие измерять полярность подаваемого разряда; 9,10,11 – система, предназначенная для подачи газовой смеси; 12 – система возбуждения ультразвуковых колебаний.

47

Применяемое многофункциональное покрытие, на основе системы Ti-Al-N, наносились на поверхности твердосплав-ных пластин ВК6 на установке ВИТ-2. Покрытие функционально предназначено для снижения трения и теплообразования в зоне сплошного контакта режущего инструмента и обрабатываемого матери-ала, где действуют основные фрикцион-ные источники тепла, компенсируя отсут-ствие «смазочных» эффектов СОТС.

Параметры, которые характеризуют состояние системы называют функцио-нальными. Данные параметры влияют на особенность и формирование стружки, характер и износ РИ, а также на качество поверхностного слоя, точность обработки. Параметры, которые характеризуют со-стояние системы резания могут служить критериями для оценки её пригодности. Ниже приведены исследования парамет-ров системы сухого резания с применени-ем активированной газовой среды, стан-дартных процессов сухой обработки, а также применением СОЖ.

Для того, чтобы установить влияние процесса сухой обработки, при которой компенсируются эффекты стандартных СОТС, на износостойкость инструмента проведены исследования, которые пока-зывают работоспособность РИ, оснащен-ного СМП.

Результаты полученных исследова-ний дают право отметить, что присутству-ет высокая эффективность использования системы сухого резания с применением активированный газовой среды и мно-гофункционального покрытия (МФП) по сравнению с резанием всухую и подачей СОТС при обработке жаропрочного сплава. Повышение показателей заметно при использовании МФП.

Основой аттестации процесса сухого резания является то, чтобы были уста-новлены связи между параметрами, кото-рые характеризуют состояние поверх-ностного слоя делали по окончании обра-ботки, с характеристиками обрабатывае-мой детали при определенном уровне нагружения.

Для того, чтобы выявить особенности формирования поверхностного слоя при

сухой обработке по сравнению со стан-дартными видами обработки, были про-ведены исследования, которые представ-лены ниже.

Предлагаемый технологический ком-плекс сухого резания с применением ак-тивированной газовой среды повышает стойкость инструмента в отличие от реза-ния всухую. В большей степени это каса-ется инструмента с нанесенным МФП.

Результаты полученных исследова-ний дают право отметить, что присутству-ет высокая эффективность использования системы сухого резания с применением активированный газовой среды и МФП по сравнению с резанием всухую и подачей СОТС при обработке жаропрочного сплава. Повышение показателей заметно при использовании МФП.

Результаты проведенных исследова-ний показывают, что использование ком-плексной системы, заключающейся в подаче в зону резания твердосплавного инструмента с многослойно-компози-ционным покрытием с наноразмерной структурой воздуха, ионизированного и озонированного коронным разрядом, является эффективным средством для высокоэффективной сухой токарной об-работки изделий из жаропрочного сплава.

Список литературы 1. Vereschaka A.A. Vereschaka A.S. Grigoriev

S.N. Kirillov A.K. Khaustova O.U. Technological devel-opment and research of environmentally friendly dry machining system with compensation of physical function of cutting fluids. mForty Sixth CIRP Confer-ence on Manufacturing Systems. 2013. V 5. Р. 86-91.

2. Vereshaka A.S. Vereshaka A.A. Kirillov A.K Ecologically friendly dry machining by cutting tool from layered composition ceramic with nano-scale multilayer coatings Key Engineering Materials. 2012. Vol 496. Р 67-74

3. Инженерный журнал «Справочник». 2013. 1. С. 11-16.

4. Кириллов А.К. Система экологически без-опасного сухого резания при металлообработке // Технология машиностроения.2012. 3.

5. Кириллов А.К. Сухое фрезерование труд-нообрабатываемой стали твердосплавной фре-зой с нано-структурированным композицион-ным покрытием в ионизированной газовой среде // Технология машиностроения 2016. 10. C 12-17.

48

УДК 519.876.5 Коган Ю.Г., Щербина А.А. МГТУ «СТАНКИН», Москва

ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ РАСКРАШЕННАЯ СЕТЬ ПЕТРИ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ БИЗНЕС-ПРОЦЕССОВ «ЦИФРОВОГО» ПРЕДПРИЯТИЯ

В докладе обосновывается полезность ис-пользования модификации Раскрашенной сети Петри – Параметрической раскрашенной сети Петри – для структурного и имитационного моделирования бизнес-процессов «цифрового» предприятия и создания «цифрового двойника» этого предприятия.

«Цифровое» предприятие, моделирование бизнес-процессов, Раскрашенная сеть Петри.

ема построения цифрового произ-водства, цифрового предприятия

и цифровой экономики в целом является одной из главных в современных дискус-сиях о путях развития российской эконо-мики. «Цифровизация» и выработка еди-ного общегосударственного подхода к ней стали перспективным направлением гос-ударственной политики [1].

Одной из важнейших задач построе-ния цифрового предприятия является задача построения и верификации элек-тронной системы бизнес-процессов пред-приятия, производственных и непроиз-водственных, известной в рамках концеп-ции «цифровизации» как «цифровой двойник» (“digital twin”) предприятия. Важное отличие «цифровых» бизнес-процессов от «обычных» состоит в том, что «цифровые» бизнес-процессы должны быть, в идеале, рассчитаны на автомати-ческое выполнение роботизированными системами под контролем автоматизиро-ванной системы управления (участком, цехом, подразделением и т.д.), или, по крайней мере, на выполнение человеко-машинной кооперацией под контролем автоматизированной системы управления в соответствии с чётким, пошагово опре-делённым, регламентом.

За образец следует взять промыш-ленные технологические процессы, кото-рые как раз и являются бизнес-процессами со стандартизованным (ГОС-Ты) пошагово определённым регламен-том, в котором прописано использование и перемещение всех задействованных в

процессе единиц различных ресурсов. Однако, чем выше степень самостоятель-ности человека, участвующего в процессе, особенно, если это процесс управления, тем сложнее разработать и верифициро-вать регламент выполнения процесса. Здесь необходимо отметить, что регла-мент выполнения бизнес-процесса, в иде-але, должен учитывать все возможные варианты принимаемых человеком реше-ний и их последствий.

Как известно, все возможные в неко-торой конкретной ситуации управленче-ские решения могут быть отнесены к одной из трёх категорий:

1. Решение предсказуемое правиль-ное.

2. Решение предсказуемое неправиль-ное.

3. Решение непредсказуемое. Именно с последними возникает

больше всего проблем при организации чётко регламентированного автоматизи-рованного выполнения бизнес-процесса: необходимо либо постараться исключить непредсказуемые решения, ограничивая самостоятельность исполнителя и/или повышая требования к его профессио-нальной квалификации, либо разработать процедуру перевода решения из третей категории в первую или вторую, для чего необходимо оперативно, а лучше – зара-нее, анализировать последствия принятия такого непредсказуемого решения. Выбор одного из двух указанных путей в кон-кретной ситуации зависит от специфики бизнес-процесса и производственной ситуации в целом.

Нынешняя «цифровизация» одно-значно заставляет нас вырабатывать ре-гламенты выполнения бизнес-процессов заранее и с таким расчётом, чтобы макси-мально снизить риск структурного изме-нения уже выполняемого процесса, а так-же изменения номенклатуры и количе-ства используемых в выполняемом про-

Т

49

цессе ресурсов. Это означает, что резко возрастает роль и значение такого имита-ционного моделирования выполнения бизнес-процесса, которое позволило бы в процессе имитации выполнения процесса чётко отслеживать движение и судьбу каждой единицы каждого ресурса при выполнении каждой работы в процессе.

То обстоятельство, что и в структуре отдельных бизнес-процессов, и в органи-зации их совместного выполнения часто присутствует параллелизм, а также необ-ходимость контролировать судьбу от-дельных единиц различных видов ресур-сов позволяют прийти к выводу о необхо-димости организации указанного имита-ционного моделирования на основе аппа-рата сети Петри. Дополнительным аргу-ментом в пользу такого выбора является то обстоятельство, что ряд современных нотаций структурного моделирования бизнес-процессов, таких, как eEPC или BPMN, основаны на том же подходе к опи-санию системы параллельных дискретных процессов, что позволяет выработать формализованные процедуры конверта-ции модели eEPC или BPMN в сеть Петри и наоборот.

К сожалению, классическая сеть Пет-ри не подходит для имитационного моде-лирования потоков разнородных ресур-сов, с которыми нам приходится иметь дело в большинстве реальных бизнес-процессов, поскольку все маркеры (или, иначе, - метки, токены) принадлежат к одному типу, и способны явно отразить только факт наступления того или иного события в ходе выполнения процесса, но не происходящие при этом изменения в судьбе отдельных единиц различных видов ресурсов.

При моделировании бизнес-процессов под каждым маркером должна подразу-меваться единица некоторого ресурса, используемого в ходе процесса, или ре-зультата процесса (типа маркера): заго-товка, изделие, исполнитель, документ, управленческое решение и т.д.

Более перспективным вариантом вы-глядит Раскрашенная (или, иначе, - цвет-ная) сеть Петри (Colored Petri net) [2], где маркер может принадлежать к одному из

нескольких типов, каждому из которых взаимно-однозначно сопоставлен некото-рый цвет. Однако, в случае рассматривае-мой здесь задачи и этого недостаточно: типу и раскраске маркера может быть поставлен в соответствие определённый ресурс, как множество своих представите-лей, но не единичный представитель это-го ресурса.

Для того, чтобы и сохранить прису-щую Раскрашенной сети Петри нагляд-ность моделирования выполнения про-цесса, и обеспечить должную адекват-ность представления процесса Раскра-шенной сетью Петри, необходимо моди-фицировать Раскрашенную сеть Петри так, чтобы уникальный идентификатор («раскраска») каждого маркера позволял:

– Идентифицировать каждую единицу каждого ресурса, задействованного в биз-нес-процессе.

– Идентифицировать типовую при-надлежность каждой единица ресурса именно этому ресурсу.

– Прослеживать судьбу каждой еди-ницы каждого ресурса в ходе выполнения бизнес-процесса.

Дополнительное ограничение состоит в том, чтобы не создавать в сети Петри «цветовую кашу», где чрезмерное, для наблюдателя, количество цветов будет препятствовать правильному пониманию наблюдаемого, хотя оно касается только визуальных, но не математических, аспек-тов моделирования.

Исходя из этих требований, авторы предлагают использовать для структур-ного и имитационного моделирования бизнес-процессов предприятия при созда-нии его «цифрового двойника» модифи-кацию Раскрашенной сети Петри – Пара-метрическую раскрашенную сеть Петри, в которой позиция, переход, дуга и маркер получают некоторые наборы параметров (свойств) с их значениями, позволяющие определить раскраску маркера для каж-дой единицы ресурса, участвующей в процессе, а также правила появления маркера в позиции и правила срабатыва-ния перехода. Общий вил и правила вы-полнения такой сети Петри представлены на Рисунках 1 и 2.

50

Маркерс раскраской

Позиция

Переход t (Период срабатыванияперехода)

Рисунок 1. Общий вид Параметрической раскрашенной сети Петри

Рисунок 2. Правила появления маркера в позиции и срабатывания перехода

Создание заявки

Открытие заявки

Решение проблемы

на первом уровне Закрытие заявки

Проблема не решена

Проблема решена

Передача заявки на

второй уровень

Отправка отчета о

решении проблемы

Открытая заявка

Заявка выполнена

Проблема

Созданная заявка

Заявка не выполнена

Заявка после попытки её решения

Шаблон отчета выполненной заявки

Сформированный отчет выполненной заявки

Закрытая заявка

Принятие управленческого решения

Рисунок 3. Пример моделирования бизнес-процесса, порядок выполнения которого

зависит от принятого решения

При этом, дугам ставится в соответ-ствие множество раскрасок маркеров, которые эта дуга может «пропустить» из позиции в переход или из перехода в по-

зицию. Также отдельная раскраска марке-ров и отдельные позиции особого типа вводятся для отражения принятия или непринятия управленческих решений,

51

определяющих дальнейшее выполнение бизнес-процесса. Пример того, как и для чего это сделано, представлен на Рисунке 3 (для простоты, последовательное воз-никновение и исчезновение маркеров представлено как одномоментное).

Поскольку для каждой позиции и каждого перехода в рассматриваемой сети Петри можно задать допустимые или недопустимые раскраски маркеров, нахо-дящихся в позиции или поступающих в переход, появляется возможность моде-лировать выполнение бизнес-процесса с учётом ограничений на попадание опре-делённых маркеров в определённые по-зиции и переходы.

Таким образом, применение Парамет-рических раскрашенных сетей Петри улучшает качество и гибкость анализа объектов исследования, позволяя модели-ровать и отслеживать судьбу каждой еди-ницы ресурса, каждого объекта, участвую-

щего в моделируемом процессе. В резуль-тате такого имитационного моделирова-ния, экспериментатор может заранее от-следить и предотвратить те ситуации (из-менить сам бизнес-процесс, изменить ре-сурсы данного бизнес-процесса), при кото-рых данный бизнес-процесс невозможно завершить вообще или, по крайней мере, завершить без ошибок и сбоев.

Список литературы

1. Распоряжение Правительства РФ от 28.07.2017 1632-р утвердить прилагаемую программу "Цифровая экономика Российской Федерации" [Электронный ресурс] // Сайт Пра-вительства РФ. – 2017 г. – Режим доступа: http://static.government.ru/media/files/9gFM4FHj4PsB79I5v7yLVuPgu4bvR7M0.pdf (дата обраще-ния: 20.04.2018).

2. Jensen K., Kristensen, L. Coloured Petri Nets Modelling and Validation of Concurrent Systems, Publisher Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2009. 374 p.

UDC 004.942

Kovshov E. MSTU «STANKIN», Moscow

DIGITAL PRODUCTION IN THE STRUCTURE OF MODERN POWER-ENGINEERING COMPLEX

Energy enterprises are moving to digital manu-facturing and CALS-technologies, automating manu-facturing processes by combining them into a single information space on the basis of the industrial Internet of things (IoT). Automation of production lines of non-destructive testing in the manufacture and operation of modern electric power plants allows to reduce the influence of the human factor on inspection results, improve the reliability and accu-racy of the Big Data analysis.

Digital manufacturing, CALS-technology, non-destructive testing, automated workflow, intelligent digital platform, Big Data analysis.

ransition of Russian economy to the innovative way of its digital devel-

opment requires the implementation of ad-vanced information technology life-cycle management of high-tech products, including modern power engineering.

Application of CALS-technologies (CALS - Continuous Acquisition and Lifecycle Sup-port) in the energy sector is very promising,

but the use of such technologies in the indus-try to date slightly, which significantly compli-cates information exchange and inhibits the development of the energy complex in gen-eral.

The purpose of the application of CALS-technologies as a tool for organization and information support of all participants in the creation of digital manufacturing and use of the product is to increase the efficiency of their activities. This is possible due to the acceleration of the processes of research and product development, make the product of new properties, cost reduction in production processes and operation of products, improve the level of service in the process of its opera-tion and maintenance [1, p.370].

The strategy of CALS-technologies incor-porates the most advanced, vital ideas and aims: the use of modern information technol-ogies and methods of parallel development,

T

52

business processes reengineering, standardi-zation in the field of contemporary use of data, electronic data exchange.

Implementation of CALS-technologies in practical terms, involves the organization of a common information space (integrated in-formation environment), combining automat-ed systems, designed for effective engineering activities, and for planning and managing manufacturing and resources of the enter-prise [2].

Conceptual scheme of integrated infor-mation system in the framework of modern large energy facility is implemented based on distributed hardware and software tools and technologies.

On the lower level, this information sys-tem integrates data coming from various systems design, storage, operating and design documentation, systems fixing performance of equipment, systems data entry on the con-trol and repair, etc.

The most rational development of such a system in the mode of its decomposition or "piecemeal", in other words, the creation of an automated information support of small sub-processes. One of these subprocesses is the maintenance and repair of equipment when it is operating on the object of the power engi-neering.

Among the automated functions included in the information system of technical maintenance and repair, includes records of equipment maintenance of data on the com-position of products, the logging carried out and planned non-destructive testing (NDT), the detected defects, and more.

NDT for construction of energy facility, upon receipt of the equipment and installa-tion shall be welded joints, and the most criti-cal parts of the installed equipment as well.

Information about the production pro-cess and the quality of the welds in the com-position of the product comes along with the documentation set in the form of technologi-cal maps, protocols, and findings. All this information is needed for the subsequent maintenance of the equipment, analysis and calculations of reliability and residual service life.

In addition, the integrated information system have to include software tools for design and manufacture (CAD/CAM/CAE-systems). It should be noted that the integra-

tion will definitely need a storage system of documentation designers’, systems technolog-ical preparation of production (e.g. CAPP-Computer Aided Process Planning system) and storage process documentation in dis-tributed relational and object-oriented data-bases, as well as with other information sub-systems used in modern digital production.

Most NDT methods such as visual and measuring, radiographic, ultrasonic, leakage control detection etc., as well as their techno-logical training in modern conditions of pro-duction have only partial automation. The specialist conducts a visual assessment of the output and uses handwritten technological map.

Currently, the global market presents a wide range of application software to analyze data sets in particular, and Big Data.

Meet the tools for processing digital re-sults of certain types of nondestructive testing which is usually included as part of the tech-nological complex for control products. But at the same time, the presented solutions are implemented on various software and hard-ware platforms, "incongruous" between the process equipment and do not cover the whole range of types and methods of non-destructive testing.

In such a situation, the most urgent task is the creation of intellectual automated sys-tems of technological preparation for control – development of technological maps and the processing during the control data [3, p.98].

In the framework of the R&D project de-veloped and tested a model of the intelligent platform for automated system of integrity control of the mass spectrometric method, including the collection and processing of data from technological devices for low-level anal-ysis of the shelf life of the product and auto-matically generate the necessary technical documentation [2].

For data processing applied a hybrid ap-proach: splitting the incoming data is provid-ed by the classification method based on ensemble of SVM (SVM-Support Vector Ma-chines) classifiers, grouping and analysis of data after it is retrieved based on cluster analysis with the weighted pair average [3, p.101].

With the implementation of the control system selected and used the service bus Enterprise Open ESB, services are imple-

53

mented as Web services, the function of which is performed using an object-oriented lan-guage Java (Java Platform Enterprise Edition).

The system elements exchange messages based on the SOAP protocol (SOAP - Simple Object Access Protocol). To store the data and results of calculations depending on their volumes of uses of relational database man-agement systems open source (MySQL, Post-greSQL, Firebird, etc.).

The use of the previously mentioned technologies allows to carry out preliminary analysis and filtering of data in the basic soft-ware such as Microsoft Office or Apache OpenOffice [4, p.83].

Because the data used in the information system, mainly have a single, unified exchange format, the system can be integrated into a single information space of the enterprise and participate in data exchange with the subsys-tems of working with ERP/MES.

For the information exchange between the devices of the lower level of the automat-ed control systems and OPC-servers (OPC UA) uses open communication protocols such as Modbus RTU and/or Modbus TCP.

Tools used in the software solution are cross-platform, constantly improving, ex-panding its functionality and to ensure the highest ergonomic requirements and con-sumer properties from both the developer and the end user.

Intelligent digital platform based on ser-vice-oriented architecture is flexible and easily scalable, allows you to use virtual re-sources (private and public clouds) to per-form calculations and store NDT information [5, p.54].

The use of open software architecture and modern development tools, universal interface for data exchange scalable, easy modification of control system and data anal-ysis enable the integration of the acquired solutions both in production cycle and in a single information space of the enterprise, while maintaining high sensitivity control and

full compliance with technological algorithm of its implementation.

A comprehensive approach with exten-sive use of digital technology, automation, nondestructive testing, electronic design and engineering document management allows you to create an objective assessment of the technical state, including the possibility of further operation of various technical devices and systems on modern industrial power engineering projects.

References

1. Kosach A.A., Kovshov E.E. Software and hardware for industrial automation in the manage-ment of remote leakage detection control. Contem-porary Engineering Sciences, Vol. 10, 2017, No. 8. pp. 367-374.

2. Kosach A., Kovshov E. Development of a com-puter based problem-oriented automated remote leakage detection control system. 2017 Seminar on Systems Analysis, Moscow, Russia, February 14-15, 2017. ITM Web of Conferences. Vol. 10 (2017), Article Number 01005.

3. Kovshov E., Kosach A. Automate remote com-puter monitoring of environmentally hazardous products. Conference proceedings. pp. 95-102. / The 14th International Conference of the Slovenian Society for Non-Destructive Testing "Application of Contemporary Non-Destructive Testing in Engineer-ing" [Portoroz, September 4-6, 2017, Slove-nia]:[organized by The Slovenian Society for Non-Destructive Testing and faculty of Mechanical Engi-neering]; editors Janez Grum, Tomaz Kek. - Ljublija-na: Slovenian Society for Non-Destructive Testing, 2017.

4. Moskvicheva I. S., Kovshov E. E. Preconditions for the development of electronic technological maps of non-destructive testing in industry. Ekonomika i sotsium, 16(3-3), pp. 81-86, 2015. [in Russian lan-guage].

5. Kovshov E. E., Moskvicheva I. S. Information and software of the automated subsystem for the development of technological maps of nondestruc-tive testing of welded joints in industry. Sovremen-nye naukoemkie tekhnologii, (9-1), pp. 51-56; Avail-able at: http://top-technologies.ru/ru/article/view? id=36176 (Accessed: 29.12.2017), 2016. [in Russian language].

54

УДК 338.2

Коршунова Е.Д.1, Окоракова А.А.1, Москвичева Н.В.2 1МГТУ «СТАНКИН», Москва 2МАИ (НИУ), Москва

ВЫЯВЛЕНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ПРОДУКЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТАРТАПОВ

НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОЙ МОДЕЛИ РАЗВИТИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

В докладе обоснована необходимость выбо-ра и охвата потребительской аудитории в мар-кетинговой деятельности стартапов. Проведена адаптация модели развития потребителя к специфическим особенностям стартапов с целью формирования представления о потребителе и его проблем, а также с целью снижения рисков, связанных с выживаемостью производственных стартапов.

Модель развития потребителей, стартап, тип рынка, типология потребителей.

сновным источником развития современной экономики стано-

вятся инновационные предприятия. Ин-новационная активность бизнеса во мно-гом определяется такой формой органи-заций, как стартапы. Целью государствен-ной программы РФ «Экономическое раз-витие и инновационная экономика», утвержденной постановлением Прави-тельства РФ от 15 апреля 2014 г. N 316 [2], является возрастание инновационной активности бизнеса до 25 % к 2020 г. на основе создания новых инновационных стартап-компаний.

Одной из специфических особенно-стей стартапов является то, что в резуль-тате их деятельности формируются новые рынки, которые направлены на удовле-творение еще не в полной мере сформи-ровавшейся потребности у покупателей. На создающемся рынке присутствуют не только высокие риски, но и возможность занять более выгодные позиции на рынке товаров и услуг, за счет совокупности инструментов маркетинга. Однако, так как рынок новый и еще только формиру-ется, в маркетинговой деятельности стар-тапов возникают дополнительные про-блемы, связанные с выбором и охватом потребительской аудитории.

Проведенные исследования показали, что для решения этой проблемы целесо-

образно использовать модель развития потребителя (МРП) [1, с. 37], однако необ-ходима ее адаптация к специфическим особенностям стартапов. При сохранении общей последовательности этапов МРП в работе предлагается осуществить деком-позицию первого этапа: «Формирование представления о потребителе и его про-блеме». Данный этап МРП с точки зрения выживаемости стартапа является критич-ным. Как правило, начальный капитал для стартапов формируется за счет привлече-ния внешних инвестиций на достаточно «жестких» условиях, а ошибка на первом этапе, потребует привлечения существен-ных дополнительных инвестиций на по-следующих этапах и увеличит риски, свя-занные с неприятием потребителями нового товара.

Для повышения качества исследова-ний при выявлении потребителей про-дукции стартапов была осуществлена декомпозиция первого этапа МРП на подэтапы:

1.1) конкурентная разведка; 1.2) выбор типа рынка; 1.3) выбор типа потребителей. На рис. 1 представлена схема методи-

ческого подхода для выявления потреби-телей продукции стартапов на основе использования модифицированной МРП.

Целью разработанного методического подхода является формирование пред-ставления о потребителе и его проблеме, что снижает риск «провала» стартапа на стадии реализации продукции. Основны-ми задачами первого этапа МРП являются: выявление потенциальных конкурентов, определение типа рынка, на котором предполагается реализовать стартап, осуществление первых контактов с пред-полагаемыми потребителями.

О

55

Рисунок 1. Схема методического подхода для выявления потребителей продукции

стартапа на основе использования модифицированной МРП

Рисунок 2. Типы потребителей стартапа

Рассмотрим цели и результаты каж-дого из подэтапов:

Конкурентная разведка. Цель – сни-жение риска неконкурентоспособности товара, риска ошибки выбора типа рынка и определение входных барьеров на целе-вой рынок. Результат - получение общей информации о конкурентах и их продукте.

Определение типа стартапа по типу рынка. Цель – снижение, ранее выявлен-ных рисков, обоснованный выбор бизнес-модели, ориентированной на выявление

целевого потребителя. Стратегия выхода на разные рынки требует и разного типа мероприятий по развитию стартапа. Тип рынка позволяет определить желания потребителя и то, как потребитель вос-примет товар, как сам потребитель осо-знает свои желания и то, как стартап представит свой продукт потребителю. Результат - определен тип стартапа по типу рынка, а также выявлены особенно-сти конкуренции и степень восприятия потребителем продукта.

56

Выявление типа потребителей и вза-имодействие с ними. Цель - снижение рисков, связанных с отсутствием спроса, неконкурентоспособностью товара, ошибкой выбора типа рынка и уровня входных барьеров на целевой рынок, ошибкой построения бизнес-модели. В соответствии с типологией потребителей Эверетта Роджерса [1, с. 34], определены первые покупатели, с которыми необхо-димо взаимодействовать стартапу с целью последующего выхода на массовый ры-нок. К ним относятся энтузиасты новых технологий и ранневангелисты. Главная задача стартапа при поиске потребителей – не собирать их пожелания в отношении характеристик и расширить их набор впоследствии, а найти потребителей на продукт, который стартап уже создает. Этими потребителями являются ранне-вангелисты, которые готовы рискнуть и купить продукт стартапа, который помо-жет решить их проблему.

Ранневангелистов можно разделить на 5 групп (рис.2), наиболее перспектив-ными для стартапа являются последние две группы: потребители, которые пыта-ются решить проблему сами и потребите-ли, которые могут привлечь в проект ресурсы.

Таким образом, предложенный мето-дический подход выявления потребите-лей продукции стартапов, основан на модифицированной МРП, позволит повы-сить «выживаемость» стартапов за счет снижения рисков, связанных с формиро-ванием новых рынков.

Список литературы

1. Бланк С. Четыре шага к озарению: Страте-гии создания успешных стартапов [Текст] / Стив Бланк; пер с анг. – М.: АЛЬПИНА ПАБЛИШЕР, 2014. – 376 с

2. Постановление Правительства РФ [Элек-тронный ресурс] // Законы, кодексы и НПА РФ. – Режим доступа: http://legalacts.ru/doc/ postanovlenie-pravitelstva-rf-ot-15042014-n-316/

УДК 621.01-23 Кузнецов П.М. МАИ (НИУ), Москва

ОПЕРАТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ЕДИНИЧНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ

В статье рассматривается вопрос оператив-ного управления процессами выпуска товарной продукции в условиях единичного производства. Процессы, характерные для единичного произ-водства, отличаются регулярной сменой номен-клатуры выпускаемой продукции. Актуальным является снижение времени на подготовку производства, которая в этих условиях занимает большое количество времени. Предлагается подход к решению этой задачи путем организа-ции оперативного управления запуском и рас-пределением по оборудованию производствен-ных заданий.

Оперативное управление, производство, об-ратная связь, производственная система, техно-логическая система.

родукция машиностроительного производства служит целью удо-

влетворения потребностей человеческого общества. В промышленности наблюдает-ся устойчивая тенденция смещения объе-мов ее выпуска к мелкосерийному и даже,

в отдельных случаях, к единичному виду производства. Важным свойством товар-ной продукции является объем ресурсов, используемых при ее производстве и определяющих ее конкурентоспособность. Конкурентоспособность производимой товарной продукции напрямую зависит от эффективного управления технологиче-скими процессами и объектами при ее производстве.

Процессы, протекающие в технологи-ческой системе, подразумевают взаимо-действие ее элементов, при котором опре-деляется или изменяется состояние пред-мета производства в процессе изготовле-ния изделия, например, станки, роботы, манипуляторы, тактовые столы и т.д. Таким образом, современная технологи-ческая система представляет собой ком-плекс сложных динамических подсистем. Их сложность обусловлена высокими

П

57

требованиями к производительности и точности работы системы в целом. В каче-стве объекта управления выступает та их часть, функционирование которых в дан-ный момент времени определяет ход технологического процесса и представля-ет интерес для повышения эффективно-сти производства.

Целью оперативного управления яв-ляется устранение несоответствия между существующим состоянием объекта управления и желаемым для эффективно-го решения поставленной задачи выпуска конкурентоспособной товарной продук-ции. Отсюда следует, что для возникнове-ния потребности в процессе управления объектом необходимо выполнение трех условий:

- наличие информации о текущем со-стоянии технологического объекта;

- наличие информации о желаемом стоянии технологического объекта;

- недопустимо большое отклонение значений перечисленных выше информа-ционных потоков.

Оценка состояния объекта осуществ-ляется субъектом, который обладает воз-можностью получать и сопоставлять со-ответствующие информационные потоки. Под субъектом, в данном случае может подразумеваться как одушевленный объ-ект (оператор, контролер и т.д.), так и неодушевленный (электронно-механичес-кое устройство), функционирующий в автоматическом режиме и так же облада-ющий способностью получения и сопо-ставлению необходимой информации.

Процесс управления осуществляется комплексом устройств и средств связи, обеспечивающий точное и согласованное во времени взаимодействие рабочих и вспомогательных агрегатов и устройств технологической системы в соответствии с заранее разработанной программой управления на основе принятого техноло-гического процесса. Комплекс устройств составляющих управляющую систему, призван оперативно реагировать на из-менение производственной ситуации и вырабатывать соответствующие воздей-ствия на ее элементы, исходя из следую-щих условий:

- наличие неудовлетворенности субъ-екта состоянием управляемого объекта и

наличием возможности перевода его в желаемое состояние;

- процесс управления может быть вы-полнен в заданные сроки;

- процесс управления может быть осуществлен с затратой допустимого объ-ема ресурсов;

Таким образом, возникает многокри-териальная задача принятия решения организации процесса управления. Если степень соответствия состояния объекта желаемому является неудовлетворитель-ной изменение ее в желаемом направле-нии может быть достигнуто с затратой допустимого количества времени и объе-ма ресурсов, то можно говорить о необхо-димости осуществления процесса управ-ления.

При проектировании оперативной управляющей системы должны выпол-няться следующие принципы:

Принцип иерархичности, реализую-щий комплексный подход к автоматиза-ции процессов управления на всех уров-нях функционирования системы. Этот принцип обеспечивает живучесть управ-ляющей системы при изменении поведе-ния управляемых объектов под действием внешних факторов как планового, так и случайного характера. Развитие этого принципа призвано обеспечить функцио-нирование управляющей системы в еди-ном информационном поле, охватывая все сферы и уровни производственно-сбытовой деятельности, включая ме-неджмент высшего звена управления.

Принцип развиваемости, предусмат-ривающий построение управляющей системы как открытой и развивающейся. Созданный базовый вариант системы может быть расширен или модифициро-ван вследствие появления новых, более совершенных математических моделей и программ, элементной базы, изменение объектов управления.

Принцип системности, подразумева-ющий построение управляющей системы в виде отдельных информационно согла-сованных подсистем, каждая из которых нацелена на решение своей конкретной задачи, являющейся частью целой задачи управления. Такой подход позволяет при необходимости включать в систему дру-гие, уже имеющиеся и функционирующие

58

подсистемы для получения новых полез-ных свойств управляющей системы. Кро-ме того, появляется возможность встраи-вания управляющей системы в систему более высокого уровня, объединяющую совокупность подобных систем. Напри-мер, системы управления станками встра-иваются в управляющую систему участ-ком из этих станков. В свою очередь она может быть встроена в управляющую систем цехом и т.д.

Принцип совместимости, который со-стоит в обеспечении возможности взаимо-действия различных компонентов систем получения, переработки и использования технологической информации в процессе их совместного функционирования.

Принцип стандартизации и унифика-ции, состоящий в применении типовых, унифицированных и стандартных устройств и методов при построении си-стем получения, переработки и использо-вания технологической информации.

Принцип эффективности, предусмат-ривающий обеспечение рационального соотношения между затратами труда,

времени и других видов ресурсов, необхо-димых для создания системы формирова-ния, переработки и использования техно-логической информации.

Основное назначение управляющей системы — выполнение заданных команд для поддержания требуемых значений параметров выполняемого технологиче-ского процесса при определенной точно-сти с наибольшей производительностью. Выбор управляющей системы во многом зависит от специфики технологических процессов, осуществляемых в данном производстве и позволяет обеспечить повышение загрузки производственной системы при снижении доли незавершен-ного производства. Это в конечном итоге обеспечивает конкурентоспособность выпускаемой продукции.

Список литературы

1. Кузнецов П.М., Цырков Г.А. «Целеустрем-ленная среда проектно-операционного управле-ния» // Информационные технологии в проек-тировании и производстве» 4 (68) 2017. – С. 10–14.

УДК 67.08

Любовинкин Н.А., Иванова Н.А., Рябов С.А., Шварцбург Л.Э. МГТУ «СТАНКИН», Москва

ВЗАИМОСВЯЗЬ ОБРАЗОВАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ С ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ

ПОКАЗАТЕЛЯМИ ТЕХПРОЦЕССОВ

Доклад посвящен минимизации химических загрязнений в воздухе рабочей зоны при обра-ботке металлов резанием с применением СОТС. Для решения данной проблемы, была выявлена взаимосвязь энергетических показателей с образованием химических веществ, которая справедлива для всех видов СОТС.

СОТС, взаимосвязь образования, термоде-струкция, энергетические показатели, химиче-ские вещества.

овременные машиностроитель-ные производства базируются на

технологических процессах резания с применением СОТС.Это связано с тем, что СОТС при резании выполняет многоцеле-вые функции. В частности, СОТС способ-ствует снижению термической нагрузки

на систему резания и энергопотреблению станка [2], уменьшает трение на контакт-ных площадках инструмента, а также мощность резания, предохраняя инстру-мент, ОМ и узлы станка от чрезмерного нагрева, повышает стойкость РИ. СОТС также уменьшает наростообразование, очищает зоны резания от мелкой стружки и др.Но так же применение СОТС имеет недостатки, которые необходимо учиты-вать, для уменьшения антропогенного загрязнения атмосферы.

При обработке металлов образуется большое количество тепла в зоне резания, что приводит к термодеструкции компо-нентов СОТС [1], благодаря которой в воз-дух рабочей зоны поступают вредные ве-

С

59

щества, воздействие которых на работника в количествах, превышающих норматив-ные значения, приводит к отклонениям в состоянии здоровья, развитию профзабо-леваний. Следовательно, для уменьшения антропогенных загрязнений атмосферы в промышленности при обработке металлов резанием необходимо уменьшить вредные химические загрязнения, выделяемые при использовании СОТС.

Для достижения поставленной цели были проведены исследования на лабора-торном стенде, включающий в себя ча-стотный преобразователь Allen-Bradley 1336 plus и асинхронный двигатель типа А032-2. Для исследования использовались многофункциональные токовые клещи АТК-2200, АКТАКОМ, предназначенные для измерения постоянного и переменно-го токов и напряжений.

Рисунок 1. Частотный преобразователь Allen-Bradley 1336 plus; Клещи токовые

многофункциональные; Асинхронный двигатель типа А032-2

В ходе эксперименты были измерены электрические параметры и получены зави-симостиI, U, N от частоты работы двигателя (f). Далее эти данные были наложены на результаты экспериментальных исследова-ний зависимости концентрации токсичного вещества [3], выделяемого при термоде-струкции СОТС (в моем случаи – гексан), от частоты вращения двигателя станка.

В итоге, получаемзависимости кон-центрации гексана от электрических па-раметров (U,I и N).

С увеличением напряжения концен-трации гексана уменьшаются, кроме того случая, когда подача составляет 0,3 мм/об, а глубина резания 1,5 мм. Здесь концен-трация гексана увеличивается с увеличе-нием напряжения.

Рисунок 2. Зависимость концентрации гексана (10% раствора СОТС)

от напряжения (U) при разной глубине и подачи

60

Рисунок 3. Зависимость концентрации гексана (10% раствора СОТС)

от тока (I) при разной глубине и подачи

Рисунок 4. Зависимость концентрации гексана (10% раствора СОТС)

от полной мощности (N) при разной глубине и подачи

Ситуация зависимости концентрации гексана от тока (I) обратная, здесь с уве-личением тока увеличиваются и концен-трации гексана, опять же кроме того слу-чая, когда подача составляет 3мм/об, а глубина резания 1,5 мм.

График N от С аналогичен зависимости I от С. С увеличением значения полной мощности концентрация гексана растет на верхних 3-х графиках, а на нижнем – падает.

По всем трём графикам можно сде-лать следующий вывод, что при малой подаче и глубине резания наблюдается отклонение от нормы (погрешность), которая находится в пределах от 20 до 40

мг/ , следовательно, данное исследова-ние будет более характерно для средней и высокой подачи и глубины резания.

61

Таким образом, экспериментальные исследования позволили установить вза-имосвязь химических загрязнений с энер-гетическими параметрами, дающую воз-можность выбрать наиболее эффектив-ный метод защиты работников от хими-ческих загрязнений.

Список литературы 1. Артемьева М. С.// Воздействие тепловых

явлений при обработке металлов резанием на СОТС/ Безопасность жизнедеятельности [Жур-нал]. – 2015. 6. – c. 9-13.

2. Иванова Н. А., Рябов С. А., Шварцбург Л. Э. // Снижение энергопотребления технологиче-ских процессов с применением жидких смазоч-но-охлаждающих технологических средств/ Безопасность жизнедеятельности [Журнал], – 2015. 6. – c. 47-49.

3. Артемьева М. С.// Воздействие тепловых явлений при обработке металлов резанием на СОТС / Таблица 2/ Токсичность приоритетных компонентов СОТС и продуктов их термической деструкции, содержащихся в воздухе рабочей зоны/ Безопасность жизнедеятельности [Жур-нал], – 2015. 6. – С. 11.

УДК 62-5 Молодцов В.В.1, Сабиров Ф.С.1, Яхутлов М.М.2 1МГТУ «СТАНКИН», Москва 2КБГУ, Нальчик

СИСТЕМА ИНФОРМАЦИОННОГО СОПРОВОЖДЕНИЯ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЦИФРОВОГО МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО

ПРОИЗВОДСТВА

В докладе обосновывается необходимость создания цифровых двойников технологическо-го оборудования. Рассматриваются их роль и значение в реализации концепции цифровой фабрики. Обсуждается основные проблемы, которые необходимо решить для реализации поставленной задачи.

Цифровая фабрика, цифровой двойник, ме-хатронное технологическое оборудование.

соответствии с 642-ым указом Президента Российской Федера-

ции от 1 декабря 2016 г. в ближайшие 10 – 15 лет одним из приоритетов развития отечественного машиностроения следует считать направления, позволяющие полу-чить научные и научно-технические ре-зультаты которые обеспечат переход к передовым цифровым, интеллектуаль-ным производственным технологиям, роботизированным системам, новым материалам и способам конструирования. Разработка совокупности методов и средств решения научно-технических проблем путем математического и ком-пьютерного моделирования, позволяю-щих с помощью математических моделей разных классов и уровней сложности ис-следовать поведение материалов, физико-механических и технологических процес-

сов, машин и конструкций, безусловно является одним из таких направлений [1].

Цифровое производство аккумулиру-ет передовые достижения в области про-изводственных и информационных тех-нологий и использует научные результа-ты нового междисциплинарного направ-ления – мехатроники. Интеграция новых информационных и производственных технологий наряду с созданием ме-хатронных технологических систем резко повышает производительность и эффек-тивность производства.

Мировая практика показывает, что для успешного решения этих задач в по-следние десятилетия реализуются кон-цепция «цифровой фабрики», на основе новой парадигмы цифрового проектиро-вания и моделирования, которая является логическим продолжением и развитием парадигмы проектирования на основе математического и компьютерного моде-лирования, заключавшейся в эффектив-ном и всестороннем применении систем трехмерного и конечно-элементного мо-делирования в рамках программных ком-плексов компьютерного инжиниринга.

Однако в технике довольно часто воз-никают ситуации, когда без привлечения

В

62

экспериментальных данных невозможно получить необходимую информацию для построения точной математической мо-дели объекта управления. К неточной информации можно отнести большое разнообразие возмущающих воздействий, изменяющихся в процессе работы, (например, температуру окружающей среды, трение в механизмах и пр.). Мате-матическое моделирование, основываю-щееся на актуальной информации о ре-альных технологических процессах и ра-боте реальных объектов, нашло сегодня широкое применение в различных обла-стях науки и техники: авиации, машино-строении, медицине, бизнесе [2].

В большинстве случаев под термином «цифровая фабрика» подразумевается информационная модель высокотехноло-гичного производства, охватывающая основные направления перспективных производственных технологий, новых материалов и информационно-коммуникационного обеспечения. Эта модель включает в себя информацию обо всех процессах, протекающих на произ-водстве, а также весь объем информации об изделии, который можно распределить по этапам его жизненного цикла. В рамках новой парадигмы, цифровое машиностро-ительное производство – это система, поддерживающая полный жизненный цикл выпускаемых изделий, и характери-зующейся единым информационным пространством и применением мехатрон-ного технологического оборудования, способного генерировать информацию о своем состоянии и адаптироваться к из-меняющимся задачам. Реализация новой парадигмы требует развития новых мето-дов исследования и проектирования больших организационно-технических систем, ориентированных, прежде всего, на описание их производственно-технологического состояния. Анализ структуры комплекса технических средств должен проводиться для выявле-ния влияния физических и технологиче-ских параметров на возможности высоко-производительной и надежной работы в условиях «безлюдного» производства. Технологии, используемые в рамках «цифровой фабрики», требуют развития и адаптации к высокотехнологичным изде-

лиям машиностроения. В настоящее вре-мя работы по созданию цифровых произ-водств ускоренными темпами проводятся как в развитых, так и развивающихся странах (например, немецкая программа «Индустрия 4.0», программа «Китайское производство 2025» и др.).

Фундаментальной проблемой являет-ся отсутствие разработок «цифровых двойников» технологического оборудо-вания, являющихся основой для инфор-мационной поддержки жизненного цикла технологических систем в цифровом про-изводстве, включая формулирование технического задания, описание времен-ных и логистических связей функциони-рования системы, количественная оценка показателей эффективности, имитацион-ное моделирование работы системы, оп-тимизацию структур технологических процессов изготовления изделий.

«Цифровой двойник» изделия – это специальным образом организованная и структурированная информационная модель, допускающая на выходе как гра-фическое, так и любое иное числовое представление, пригодное для последую-щего использования различными про-граммными средствами проектирования, расчета и анализа высокотехнологичного изделия и всех входящих в него компо-нентов и систем. Очень важно, чтобы в состав информационной модели были включены средства для решения задач по технологической подготовке производ-ства, включая и выход на оборудование с ЧПУ.

Создание «цифровых двойников» ме-хатронных технологических систем поз-волит решить комплекс задач, по оценке пригодности технологического оборудо-вания для изготовления деталей требуе-мой точности, подготовке управляющих программ, учитывающих специфические особенности конкретных станков, форми-рованию требований к конструкции и комплектующим вновь проектируемого или модернизируемого оборудования [3].

Такое разнообразие областей приме-нения объясняется тем, что «цифровые двойники» по структуре являются доста-точно адекватными моделями этих объ-ектов, что позволяет получать объектив-ную информацию о них и формировать

63

довольно сложные законы управления, сообразуясь со многими, изменяющимися во времени, входными параметрами.

Методы управления станками с ЧПУ, позволяющие учитывать специфические эксплуатационные особенности конкрет-ного технологического оборудования и адаптировать его к требованиям конкрет-ного технологического процесса, значи-тельно расширяют возможности произ-водства и поэтому их разработка является одним из перспективных направлений при реализации новых современных тех-нологий цифрового производства [4, 5].

Создание «цифровых двойников» тех-нологического оборудования – комплекс-ная задача, связанная с интеграцией ин-формационных и производственных тех-нологий, поэтому основной ее решения является системный подход, определяю-щий требования к математическому, ин-формационному и методическому обеспе-чению цифровых производств. Для их реализации необходимо:

– выявить связи между динамически-ми характеристиками мехатронной си-стемы формообразования современного технологического оборудования и пара-метрами конструкции и систем управле-ния приводов подачи ее образующих;

– предложить математические модели для имитации и анализа динамических процессов в мехатронных системах фор-мообразования современного технологи-ческого оборудования и разработать ме-тоды параметрического синтеза и иден-тификации, обеспечивающие заданные эксплуатационные свойства его кон-струкции;

– разработать необходимое про-граммное обеспечение, создать базы дан-ных и дать рекомендации, обеспечиваю-щие реализацию адекватных реальности совокупностей математических моделей всех стадий технологических процессов

формообразования изделий механической и физико-химической обработки.

Опираясь на научные исследования, выполненные, в МГТУ «СТАНКИН», а так-же работы других отечественных и зару-бежных исследователей, можно говорить про высокую потребность в разработке «цифровых двойников» под конкретные технологические процессы производства, что позволяет сделать вывод об актуаль-ности, перспективности и большой прак-тической значимости таких работ. Дости-жимость решения поставленной задачи и возможность получения запланирован-ных результатов гарантируется, накоп-ленным научно-техническим заделом в данной области, высокой квалификацией сотрудников, приобретенной при проек-тировании оборудования для ведущих станкостроительных предприятий России, и передовой материально-технической базой МГТУ «СТАНКИН».

Список литературы 1. Sabirov F., Suslov D., Savinov S. Diagnostics of

spindle unit, model design and analysis // The Inter-national Journal of Advanced Manufacturing Tech-nology, Springer-Verlag London Ltd. Vol. 62 (9-12), 2012, pp. 861-865, DOI: 10.1007/s00170-011-3848-7

2. Бржозовский Б.М., Мартынов В.В., Бочка-рев П.Ю., Схиртладзе А.Г. Управление станками и станочными комплексами // Старый Оскол: ТНТ, 2014. – 352 с.

3. Кудояров Р.Г., Дурко Е.М., Иванов Д.В. Ав-томатизация проектирования мехатронного станочного оборудования // «Вестник УГАТУ». 2007. Т. 9. 1. С. 108-116.

4. Евстафиева С.В., Молодцов В.В. Моделиро-вание следящего привода подачи современных станков с ЧПУ. – М.: Мехатроника, автоматиза-ция, управление. 9, 2010, с. 37 – 44.

5. Бушуев В.В., Евстафиева С.В., Молодцов В.В. Моделирование контуров управления сле-дящего привода подачи // СТИН. –2016.–3.– С. 7–14.

64

УДК 67.02 Петухов Ю.Е., Мишко Р.Н. МГТУ «СТАНКИН», Москва

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ГЛУБОКОГО АЗОТИРОВАНИЯ

РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ИЗ СТАЛИ Р6М5

В докладе обосновывается, что применение такого способа поверхностного упрочнения для быстрорежущей стали, как азотирование, позво-ляет не только улучшить характеристики азоти-рованного слоя: износостойкость, прочность, теплостойкость и эффективную толщину слоя, а также в несколько раз повысить стойкость режу-щего инструмента за счёт возможности много-кратного перетачивания. Для получения азотиро-ванного слоя максимальной глубины проводи-лись исследования по влиянию основных пара-метров процесса азотирование на глубину и твер-дость: состав газовой среды, то есть концентраци-ей в ней азота; температурный режим обработки; длительность процесса азотирования.

Азотирование, режущий инструмент, сталь Р6М5.

настоящее время азотированием известными способами при тем-

пературах 450-550°С возможно получить диффузионные слои глубиной до 0,5-0,6 мм за время выдержки 10-25 ч. Однако для инструмента, особенно перетачивае-мого, глубина азотированного слоя недо-статочна. Поэтому целью данной работы является разработка метода глубокого

азотирования за относительно короткое время (1-2 часа).

Увеличить глубину и твердость упрочняющего слоя возможно за счет применения иной схемы азотирования. А именно проведением азотирования до окончательной термической обработки в ионно-плазменной установке с двухсту-пенчатым вакуумно-дуговым разрядом.

Ионно-плазменное азотирование ста-ли Р6М5 в состоянии поставки позволяет проводить процесс при температурах значительно больших, чем при стандарт-ном методе азотирования.

Были изучены режимы с температу-рами от 550°С до 650°С, концентраций азота от 25% до 100% в смеси с аргоном и временем от 0,5 ч до 2 ч, с целью оценить влияние технологических параметров азотирования на характеристики получа-емого азотированного слоя.

После ионно-плазменного азотирова-ния, образцы проходили стандартную термическую обработку для стали Р6М5. Результаты исследований приведены на рисунке 1.

Рисунок. Разработанная схема азотирования

Таблица 1. Режимы исследования влияния температуры нагрева и концентрации азота в смеси с аргоном

Концентрация азота в смеси с аргоном, % Температура нагрева образцов, °С 25 50 70 100

550 + + + - 600 + + + +

650 + + + +

Таблица 2. Режимы исследования влияния времени проведения азотирования Время выдержки образцов в камере, ч

Температура нагрева образцов, °С 0,5 1 2

600 + + +

В

ИОННО ПЛАЗ-МЕННОЕ АЗОТИРО-

ВАНИЕ

65

Рисунок 1. Распределение микротвердости по глубине азотированного слоя стали Р6М5 после азотирования при 600°С, концентрации азота в смеси с аргоном 70% и времени

выдержки 1 ч и 2 ч

Следующим этапом исследования яв-ляется применение разработанной схемы азотирования для разработки технологи-ческого процесса изготовления дисковой косозубой фрезы, представленной на ри-сунке 2.

Рисунок 2. Дисковая косозубая фреза

Таким образом, результаты исследо-ваний по влиянию основных параметров процесса азотирование, позволяют сде-лать вывод.

Окончательная термическая обработ-ка способствуют диффузии азота на мак-роскопическую глубину до 2,7 мм.

Увеличение концентрации азота в смеси с аргоном с 25% до 100% приводит к росту микротвердости и глубины азоти-рованного слоя.

Повышение температуры азотирова-ния с 550 до 650 °С, увеличение времени выдержки от 0,5 до 2 ч, приводит к увели-чению глубины и микротвердости азоти-рованного слоя.

Применение разработанной схемы азотирования повысит суммарную стой-кость инструмента в 2 и более раза по сравнению с не азотированными при сохранении стойкости после переточки на глубину до 2,7 мм.

Список литературы

1. Артингер И. Инструментальные стали и их химико-термическая обработка / И.Артингер. — М.: Металлургия, 1982. — 312с.

2. Богачев, И.И. Анализ современных мето-дов увеличения глубины азотированного слоя в сталях /И.И. Богачев, В.Н. Климов. — М.: Вестник МГТУ «Станкин», 2016.

3. Лахтин, Ю.М. Теория и технология азоти-рования /Ю.М. Лахтин, Я.Д. Коган, Г.И. Шпис, З. Бемер. — Москва: Металлургия, 1991. — 319с.

4. Petukhov Yu.E. Some directions of cutting tool cad system development. Russian Engineering Re-search. 2003. Т. 23. 8. С. 72-76.

5. Petukhov Yu.E. Determining the shape of the back surface of disc milling cutter for machining a contoured surface / Petukhov Yu. E., Movsesyan A.V. / Russian Engineering Research. 2007. Т. 27. 8. С. 519-521.

66

УДК 006.01 Позднеев Б.М., Левченко А.Н., Шароватов В.И. МГТУ «СТАНКИН», Москва

АРХИТЕКТУРА СТАНДАРТОВ ЦИФРОВОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

В УСЛОВИЯХ РАЗВИТИЯ ИНДУСТРИИ 4.0

В статье предложено авторское видение ар-хитектуры современных стандартов цифрового предприятия в условиях развития Индустрии 4.0. Особый акцент сделан на интероперабельно-сти всех систем в рамках Индустрии 4.0.

Стандарты, цифровое предприятие, Инду-стрия 4.0.

ациональная стратегия развития цифровой экономики и реализа-

ция национальной технологической ини-циативы (Постановление Правительства Российской Федерации от 18 апреля 2016 г. 317 «О реализации Национальной технологической инициативы») ориенти-рованы на создание цифровых фабрик будущего и применение сквозных цифро-вых технологий в условиях Индустрии 4.0.

Рассматривая приоритетные направ-ления развития цифровых предприятий как основы развития цифровой промыш-ленности, необходимо учитывать опыт немецких промышленников, которые в 2011 г. инициировали создание концеп-ции «Индустрия 4.0» [1]. Основная идея концепции заключается в создании стра-тегических конкурентных преимуществ для промышленности на основе цифровой интеграции отраслей и обеспечения фор-мирования сквозных цепочек добавлен-ной стоимости при условии сокращения сроков поставок продукции, повышения качества и снижения издержек в рамках сквозной цепочки жизненного цикла. В дальнейшем были определены восемь основных направлений, среди которых необходимо особо отметить следующие:

– стандартизация и создание эталон-ной архитектуры «Индустрии 4.0»;

– управление комплексными система-ми на основе новых концепций планирова-ния и функционального моделирования;

– образование и повышение квалифи-кации, включая разработку новых страте-гий развития и оценки цифровых компе-тенций в соответствии с «Индустрией 4.0»;

– нормативно-правовая база для раз-вития новых производственных процес-сов и деловых объединений с горизон-тальной структурой.

Цифровая трансформация включает все большее число промышленных секто-ров, оказывает значительное влияние на все бизнес-процессы предприятий и орга-низаций, и в целом на экономическое развитие стран. Экономический рост и качественный жизненный уровень насе-ления невозможны без применения стан-дартов, поскольку они играют значитель-ную роль во всех сферах деятельности. Принимая во внимание, что процессы стандартизации показывают высококаче-ственный результат, выгодный как для предприятий, так и для потребителей, а значит, и для экономик стран, правитель-ства передовых мировых государств уде-ляют огромное внимание стандартам. Они в значительной степени способствуют расширению цифровой экономики, с их помощью бизнес-операции, основанные на цифровых решениях, способствуют инновациям, увеличивают конкуренцию, сводят к минимуму любые негативные последствия, преодолевая барьеры между странами [2–3].

Стандартизованное обеспечение должно основываться на концептуальных положениях, определяющих стратегию государственной технической политики. Производственные процессы становятся более гибкими, легко соединяющимися друг с другом и направленными на дина-мическую регулировку производства. Стандартизация бизнес-процессов унифи-цирует деятельность предприятий, по-вышает ее эффективность, минимизирует человеческий фактор, высвобождает тру-довые и временные ресурсы [4].

В апреле 2014 г. объединение заинте-ресованных сторон «Платформа Инду-стрия 4.0» опубликовало первую версию эталонной модели архитектуры для Инду-

Н

67

стрии 4.0 под названием RAMI4.0 (Reference Architecture Model Industrie 4.0, DIN SPEC 91345:2016-04, IEC PAS 63088-2017). Ее внедрение способствует обще-нию и обмену передовым опытом между специалистами и упрощает сотрудниче-ство между промышленными предприя-тиями. Эталонная модель RAMI 4.0 явля-ется важным шагом на пути внедрения «Индустрии 4.0» на практическом уровне и служит основой для разработки стан-дартов, которые должны обеспечить ин-теграцию и интероперабельность всех систем.

Созданию цифровых производств и цифровых предприятий, включая созда-ние их цифровых двойников, должно уде-ляться особое внимание. Учитывая, что в России всегда был высок уровень инже-нерного образования, фундаментальной и прикладной науки, цифровая трансфор-мация промышленности, интеграция автоматизированных систем управления машиностроительными предприятиями, разработка «умных» моделей и цифровых

двойников, создание «умных» произ-водств могут стать конкурентными пре-имуществами страны в условиях стреми-тельно разворачивающейся четвертой промышленной революции.

Список литературы 1. Роджерс Д.Л. Цифровая трансформация:

практическое пособие. – М.: Изд. группа «Точка». 2017. – 344 с.

2. Гарбук С.В. Цифровое производство в кон-тексте Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации // VI Междуна-родный форум «Информационные технологии на службе оборонно-промышленного комплек-са»: сб. докл. – М: Connect. 2017. С. 48-49.

3. Григорьев С.Н., Мартинов Г.М., Чадеев В.М., Аристова Н.И. Цифровое машиностроение: тен-денции и перспективы развития // Автоматиза-ция в промышленности. 2017. 5. С. 3-4.

4. Позднеев Б.М., Дубровин А.В., Левченко А.Н., Куприяненко И.А. Процессно-ориентиро-ванное управление и обеспечение качества и безопасности процессов и продукции в условиях цифрового машиностроительного производства // Вестник МГТУ «Станкин». 2015. 3 (34). С. 81–87.

УДК 621.7 Поклонская М.С., Коробова Н.В. МГТУ «СТАНКИН», Москва

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ ТИПА «КОРПУС» ПОСРЕДСТВОМ КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ В ПРОГРАММНОМ

КОМПЛЕКСЕ DEFORM 2D

В данной работе проводится исследование различных схем получения детали типа «Кор-пус» в программном комплексе DEFORM 2D. Задачей исследования являлось определить подходящую схему пластического деформиро-вания. Все схемы были рассмотрены и проанали-зированы по основным параметрам, определен-ным в процессе моделирования.

Компьютерное моделирование, горячая объемная штамповка, обратное выдавливание.

а сегодняшний день в мировой машиностроительной отрасли

особое место занимают цифровые техно-логии, позволяющие развитие промыш-ленности и в особенности машинострое-ние перевести на качественно новый уро-вень. Цифровые технологии – это ком-

плекс технологий производства, совре-менных методов обработки, контроля и испытаний продукции, в разработке кото-рой широко применяются системы авто-матизированного проектирования и мо-делирования физических процессов для оптимизации конструкций изделия и процессов их изготовления и полноценно-го раскрытия преимуществ и возможно-стей технологий.

Компьютерное моделирование физи-ческих процессов позволяет нам получить большой объем информации о получае-мом изделии. С помощью моделирования можно провести исследование процесса пластического деформирования, опреде-лить его особенности, рассмотреть и сопо-

Н

68

ставить большое количество вариантов технологических процессов.

В статье проводится исследование по-лучения детали типа «Корпус», где дета-лью-представителем является поковка типа «стакан». Такие поковки занимают значительную часть продукции в отрасли машиностроения. Типовыми деталями, получаемые из таких поковок, являются корпуса снарядов, гидроцилиндры, втул-ки и другие.

В настоящее время поковки типа «стакан» могут изготавливаться двумя способами обработки: листовой и объем-ной штамповкой. Основной технологией изготовления корпусных деталей являет-ся технологический процесс, основанный на операции обратного выдавливания [1].

Одной из наиболее используемых программ для моделирования является программный комплекс DEFORM, который предназначен для моделирования слож-ных процессов пластического деформиро-вания металлов, таких как объемная штамповка, прессование, волочения и др. Программа позволяет проследить за тече-нием металла, минимизировать усилие деформирования, получить картину с наиболее нагруженными местами, рассчи-тать деформирующий инструмент. Также, мы можем с помощью моделирования определить важные параметры исследуе-мых полуфабрикатов, такие как накоп-ленные деформации, напряжения, темпе-ратуру, прогноз о запасе прочности до разрушения заготовки.

DEFORM – это специализированный программный комплекс, предназначен-ный для моделирования технологических процессов обработки металлов давлением и термообработки. Это виртуальный штамп, пресс, молот, прокатный стан, печь, позволяющий проверить разрабо-танный технологом процесс не экспери-ментально, на реальном производстве, а сидя за компьютером.

Программный комплекс DEFORM – это сложная расчетная система, основанная на методе конечных элементов. Однако, в отличие от сложных расчетных программ, DEFORM разработан для технологов и не требует глубокий знаний о методе конеч-ных элементов. Простой и удобный Windows-интерфейс позволяет всего за несколько минут подготовить задачу и запустить её на расчет. При этом не нужно ждать завершения расчета, чтобы увидеть результаты, так как постпроцессор позво-ляет их просматривать уже в ходе расчета. На сегодняшний день существует не-сколько модулей системы. В данном слу-чае для моделирования процесса был выбран модуль анализа двумерного пове-дения материала: DEFORM™-2D.

DEFORM™-2D – модуль для анализа двумерного (2D) поведения металла при различных процессах обработки давлени-ем. Используется для анализа деталей имеющих осесимметричную форму, вытя-нутую в одном направлении форму или форму близкую к осесимметричной [4].

Рисунок 1. Схема обратного выдавливания (а) и протяжки (б)

69

Все схемы были рассмотрены с точки зрения – температуры окончания штам-повки, эквивалентных напряжений и интенсивности деформаций. Данные па-раметры необходимы для определения возможности разрушения заготовки во время деформирования. Значения экви-валентных напряжений не должны пре-вышать предела прочности, а значения интенсивности деформаций являются главными в формуле одного из критериев разрушения (Колмогорова). Первая схема (рис. 1) состоит из двух процессов: обрат-ного выдавливания и протяжки [3].

При первом процессе на заготовку, предварительно нагретую до 1180 С, да-вит пуансон, образовывая в поковке от-верстие. В ходе операции поковка остыва-ет до 812С, эквивалентные напряжения достигают максимального значения в 176 МПа, а деформации 6,44 (рис. 2).

После данную поковку подвергают протяжке через коническое кольцо, кото-рое движется. Начальная температура поковки 812 С, к концу процесса поковка остывает до 754 С, что уже не соответ-ствует требуемой температуре конца ковки (рис. 3).

Рисунок 2. Основные параметры, полученные при моделировании

процесса обратного выдавливания: а) температура; б) эквивалентные напряжения; в) интенсивность деформаций

Рисунок 3. Основные параметры, полученные при моделирование процесса протяжки:

а) температура; б) эквивалентные напряжения; в) интенсивность деформаций

70

Vкп

Vм

Vп

матрица

заготовка

пуансон

контрпуансон Рисунок 4. Схема обратного выдавливания

с активными силами трения

Также, одной из исследуемых схем, была схема обратного выдавливания с активными силами трения [2]. В приве-денной схеме (рис. 4) осуществляется 3 движения: пуансона вверх, матрицы вниз и движение контрпуансона вниз.

В процессе деформирования темпера-тура заготовки опускается с 1200С до 823 С. Максимальное значение эквивалент-ных напряжений 199 Мпа, максимальное значение деформаций 7,63 (рис. 5).

Таким образом, была выбрана схема обратного выдавливания с активными силами трения. Данная схема позволяет получить нужные размеры заготовки с минимальными затратами материала. Дополнительные движения инструмента помогают разгрузить инструмент, а также позволяют провести весь процесс в требу-емом ковочном интервале.

Рисунок 5. Основные параметры, полученные при моделирование процесса обратного выдавливания: а) температура; б) эквивалентные напряжения; в) интенсивность

деформаций

Список литературы 1. Дмитриев А.М., Воронцов А.Л. Технология

ковки и объемной штамповки. Часть 1. Объемная штамповка выдавливанием: Учебник для вузов по специальности «Машины и технология обра-ботки металлов давлением». М.: Машинострое-ние-1, 2005. – 500 с.

2. Дмитриев А. М. Специализированные прессы для обработки материалов давлением и

их технологическое применение: учебное посо-бие / А. М. Дмитриев, Ф. В. Гречников, Н. В. Коро-бова. – Самара: Издательство Самар. гос. аэро-косм. ун-та, 2007. – 112 с.

3. Рыбарж А.А. Технологии получения сна-рядов. 1945. – 350 с.:ил.

4. Integrated 2D3D System documentation, 2010.- 266 с.

71

УДК 65.015.3

Полковников Н.С. МГТУ «СТАНКИН», Москва

МЕХАНИЗМ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ОТСТУПЛЕНИЙ ОТ КД/ТД, ДОПУЩЕННЫХ

ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ПРОДУКЦИИ ВПК: ПРОБЛЕМЫ И ВАРИАНТЫ РЕШЕНИЯ

В докладе обосновывается, что эффектив-ность механизма оценки влияния отступлений от КД/ТД, допущенных при производстве про-дукции ВПК зависит от учета взаимосвязи сбо-рочных единиц, накопительного эффекта от-ступлений, весовых показатели отступлений. Для оценки механизмов оценки влияния отступ-лений от КД/ТД, допущенных при производстве продукции ВПК произведено исследование процесса на примере АО «Корпорация «МИТ».

Принятие управленческого решения, оцен-ка влияния отступлений, продукция ВПК.

аукоемкое производство предпо-лагает зачастую создание слож-

ной многокомпонентной продукции, что подразумевает возникновение ряда осо-бенностей:

При оценке пригодности продукции к эксплуатации необходимо оценивать влияние каждого компонента на качество изделия в целом и взаимное влияние между всеми компонентами, так как отказ на одном узле может привести к критиче-ской ошибки в другом компоненте, что в свою очередь может привести к отказу всего изделия, например отказ электриче-ской проводки изделия может привести к не срабатыванию управляющей электро-ники, что приведет к не срабатыванию изделия в целом;

Даже незначительные отступления от конструкторской и технологической до-кументации в группе узлов могут приве-сти к отказу всей системы, поэтому необ-ходимо учитывать накопительный эф-фект, так как возможна ситуация, что совокупность несоответствий на опреде-ленных узлах может привести к критиче-скому не срабатыванию всей системы;

Зачастую сложная наукоемкая про-дукция предполагает серийное производ-ство, что предполагает быстрый контроль качества, при этом необходимо оценить как качество целого изделия, так и каждо-го компонента в отдельности;

Так же стоит учитывать, что наукоем-кое производство предполагает большие

трудо- и денежные затраты, что наклады-вает определенные ограничения, напри-мер при наличии несоответствия в узле от него нельзя просто отказаться, так как на его производство были потрачены деньги и ресурсы, поэтому необходимо оценить влияние несоответствия на пригодность узла.

Вышеуказанные особенности предпо-лагают наличие на производстве матема-тического аппарата и специалистов спо-собных на этапе проектирования, произ-водства и реализации:

– оценить влияние каждого узла на изделие в целом;

– определить взаимосвязи между все-ми узлами;

– установить критерии оценки веро-ятности возникновения критического отказа.

АО «Корпорация «Московский инсти-тут теплотехники» – научно-исследовате-льская и производственная корпорация оборонного комплекса, с головным пред-приятием в городе Москве. Основная вы-пускаемая продукция – боевые ракеты стратегического и тактического назначе-ния с различными вариантами базирова-ния.

В состав корпорации входят: АО «Воткинский завод», г. Воткинск,

Удмуртская Республика; АО «Головное особое конструкторское

бюро «Прожектор», г. Москва; АО «Научно-производственный ком-

плекс «Альтернативная энергетика», г. Электросталь, Московская область;

АО «Федеральный научно-произво-дственный центр «Алтай», г. Бийск, Ал-тайский край;

АО «Центральное конструкторского бюро «Титан», г. Волгоград;

ОАО «Ижевский мотозавод «Аксион-холдинг», г. Ижевск, Удмуртская Респуб-лика;

Н

72

АО «Московский машиностроитель-ный завод «Вымпел», г. Москва;

ОАО «Центральный научно-исследова-тельский институт специального машино-строения», г. Хотьково, Московская область.

Так же в рамках производства про-дукции Корпорация «МИТ» осуществляет взаимодействие со смежными подразде-лениями.

Выпускаемая АО «Корпорация «МИТ» продукция является сложными, наукоем-кими и многокомпонентными изделиями, что говорит о необходимости отслежи-вать качество каждого узла на всех этапах производства, т.к. в той или иной степени каждый узел влияет на характеристики всего изделия в сборе. Так же стоит отме-тить, что в производстве задействовано множество предприятий, которые нахо-дятся в различных частях России.

В ходе исследования процесса на предприятии была рассмотрена текущая реализация оценки влияния допущенных отступлений и был сделаны выводы:

– текущая реализация не учитывает взаимное влияние узлов в системе;

– отсутствует критерии значимости допущенных отступлений;

– опускается возможность накопи-тельного эффекта отступлений.

С учетом вышеописанных недостат-ков, можно сделать вывод, что необходи-ма доработка, т.к. в текущей реализации процесса упускается взаимосвязь сбороч-ных единиц, накопительный эффект от-ступлений, весовые показатели отступле-ний и т.д.

Продукция ВПК представляет из себя крупные, наукоемкие и сложносоставные проекты, поэтому важно установить вза-имосвязи между узлами продукции. Пред-ставим продукт как систему состоящую из N элементов, где каждый элемент это сборочная единица. Составим следующую таблицу (вместо знаков вопроса необхо-димо установить степень взаимного вли-яния сборочных единиц на пересечении, с помощью экспертной оценки).

Элемент Сборочная ед. 1 Сборочная ед. 2 …. Сборочная ед. N

Сборочная ед. 1 - ? ? ?

Сборочная ед. 2 ? - ? ? ... ? ? - ?

Сборочная ед. N ? ? ? -

Для оценки будет использоваться

шкала от 1 до 10, где 1 – элементы не вли-яют друг на друга, 10 – абсолютная взаи-мосвязь. При заполнении таблицы также стоит учитывать опыт испытаний изде-лий для достоверности оценки.

Заполненная таблица позволит в дальнейшем установить степень влияния допущенного отступления на одном узле на другие.

В текущей реализации процесса абсо-лютно не учитывается значимость отступ-ления, оно характеризуется исключитель-но “влияет”/”не влияет”. Такое упущение мешает эффективной оценки деятельности по производству, также в дальнейшем это позволит оценить накопительный эффект отступлений, который может привести к отказу. Для введения значимости отступ-ления необходимо определить группы допускаемых отступлений, например “от-клонение от геометрических размеров”, каждый узел будет обладать своим набо-

ром групп отступлений. После группировки необходимо оценить значимость показате-лей, также при оценке значимости необхо-димо учитывать результаты эксперимен-тальных запусков / тестов продукции. Под значимостью здесь понимается вероят-ность с которой данное отступление может привести к отказу. Расчет вероятности отказа i-ой группы отступлений для кон-кретного узла:

i

nP 1

N ,

где n – число отказов в узле вызванных дан-ной группой отступлений, N – число произ-веденных опытов. Формула сделана на осно-ве вероятности безотказной работы.

Таким образом вероятность отказа в j-ом узле:

n

j kk 1

P P

,

где n – число групп отступлений, которые возникли в данном изделии, Pk – это веро-

73

ятность отказа конкретной группы от-ступлений. По аналогии можно рассчитать отказ для всей системы. Очевидно, что при большом количестве элементов системы вероятность отказа будет расти, поэтому возможно стоит объединить узлы в груп-пы и оценивать отказ по группам и тогда взаимосвязь, описанную выше, оценивать также для групп, а не отдельных сбороч-ных единиц.

Чем больше Pj тем более значим узел/группа узлов, далее можно будет отбросить группы с самыми низкими значениями и пересчитать все еще раз. Данный параметр поможет иметь более полное представление о мерах по предот-вращению отступлений, т.к. если показа-тель будет расти для кого-то узла, то это значит, что меры не приносят результа-тов.

Касательно учета накопительного эффекта - будем считать, что изделие в котором абсолютно отсутствуют отступ-ления от КД и ТД гарантировано отрабо-тает в соответствии с предъявленным к нему требованиям, тогда будем считать,

что оценить накопительный эффект от-ступлений можно по формуле:

значизд

nP 1

N ,

где Pизд – вероятность отказа всего изде-лия в зависимости от количества значи-мых отсуплений, nзнач - количество зна-чемых отсуплений, а N – общее число от-суплений.

Данный параметр не является точным и служит исключительно для привлече-ния внимания экспертов для более тща-тельного анализа отступлений.

С учетом введенных параметров должна изменится процедура оценки влияния отступлений, так и оценка при-нятых действий для снижения количества и что важно уменьшение количества зна-чимых отступлений.

Список литературы 1. Полковников Н.С. Контроль качества из-

готовления продукции на основе статистическо-го анализа отступлений от конструкторской документации [Текст] / Полковников Н.С. // Дипломный проект н. – 2014.– С. 23-42.

УДК 658.5 Пономарев К.С., Феофанов А.Н., Гришина Т.Г. МГТУ «СТАНКИН», Москва

ЦИФРОВОЙ ДВОЙНИК ПРЕДПРИЯТИЯ КАК ИНСТРУМЕНТ ЦИФРОВОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ ПРОИЗВОДСТВ

В статье указано, что информация на дан-ный момент является одним из ключевых ресур-сов предприятия. Сформулировано, что одним из инструментов эффективной деятельности пред-приятия на сегодняшний день является цифро-вой двойник производства. Указаны функции цифрового двойника производства и преимуще-ства от его внедрения. Отмечено, что цифровой двойник служит целям повышения эффективно-сти и конкурентоспособности предприятия.

Цифровой двойник, автоматизация, произ-водство.

овременный этап развития пред-приятия любой сферы экономики

характеризуется непрерывным усложне-нием технологических процессов, повы-шением уровня конкуренции и постоянно растущим объемом данных, которые необходимо подвергать интерпретации,

обработке и анализу. Информация на данный момент является одним из клю-чевых ресурсов предприятия и эффектив-ность работы с ней обуславливает эффек-тивную работу всего предприятия в це-лом. Учитывая наступление эры цифрови-зации, актуальным видится применение различных инструментов Индустрии 4.0 в целях эффективного управления пред-приятием и его деятельностью. Одним из таких инструментов является цифровой двойник производства.

Цифровой двойник представляет со-бой виртуальную копию физического мира, виртуальную модель реального объекта или ситуации, которая на микро- и макроуровне с помощью набора матема-тических моделей описывает состояние

С

74

объекта и всех его элементов [1, с. 141 – 144]. Этого удается достичь благодаря тому, что математическая модель произ-водства или объекта, представленная в цифровой среде, связана с базой данных параметров этого объекта. При изменении одного из параметров происходит автома-тическое изменение остальных связанных с ним параметров и объектов.

Цифровой двойник не ограничивается сбором данных, полученных на стадии разработки и изготовления продукта – он продолжает собирать и анализировать данные во время всего жизненного цикла реального объекта. Это позволяет созда-вать каналы ценной обратной связи [2, с. 50-53]. Если оснастить готовое изделие датчиками, которые в онлайн режиме будут передавать информацию о факторах эксплуатации изделия в реальных усло-виях, то на основе такой информации можно выявить те узлы, элементы изде-лия или конструкции, которые требуют усовершенствования. Визуализируя дан-ные в виртуальной среде цифрового двойника, можно получать оперативную информацию, например, о тепловой карте изделия, или о действующих на какой-либо элемент изделия физических воз-действиях. Таким образом, вместо много-кратных дорогостоящих испытаний опытных образцов на полигоне, можно получить исчерпывающую информацию о реальных процессах функционирования изделия, что значительно экономит как временные, так и финансовые ресурсы.

Применительно к промышленному производству, отметим, что первоочеред-ной задачей в аспекте применения ин-струментов концепции Индустрии 4.0 является задача эффективного использо-вания технологического оборудования предприятия на основе цифровизации производства [3, с. 36-39]. Получая ин-формацию (Big Data) с различных датчи-ков, сенсоров, контроллеров, установлен-ных в цеху, на технологическом оборудо-вании, цифровой двойник обрабатывает ее, анализирует, и предоставляет в прием-лемом виде уполномоченным сотрудни-кам предприятия. Таким образом, обеспе-чивается возможность принять адекват-ное складывающейся на производстве ситуации решение, которое основывается

на актуальной и достоверной информа-ции, что повышает эффективность про-цессов принятия управленческих реше-ний [4, c. 101-105].

По мере накопления информации о работе датчиков, появляется возможность актуализировать их количество и места расположения на предприятии, чтобы исключить избыточную или неверную информацию (например, вследствие вли-яния на показания датчика электрических наводок, температуры, влажности т.д.), а также повысить скорость обработки и внесения информации в среду цифрового двойника. Такое взаимодействие датчи-ков, фиксирующих информацию, цифро-вой среды, где происходит ее обработка, накопление и анализ, производственных объектов (оборудования), где информа-ция генерируется и каналов ее передачи носит название Индустриального Интер-нета Вещей (Industrial Internet of Things, IIoT), который также является одним из инструментов концепции Индустрии 4.0.

Кроме того, благодаря регистрации датчиками различных значений, цифро-вой двойник производства может высту-пать и как средство обеспечения безопас-ности функционирования предприятия. В случае регистрации расположенными непосредственно на производстве датчи-ками недопустимых значений какого-либо параметра (например, задымленно-сти в цеху), цифровой двойник оповестит об этом уполномоченных сотрудников, и, если ему предоставлены такие полномо-чия, предпримет меры по устранению выявленного несоответствия (включение системы пожаротушения).

Касательно деятельности всего пред-приятия, а точнее тех процессов, которые могут пройти процедуру цифровой трансформации в целях их имплемента-ции в виртуальную среду цифрового двойника, отметим, что к таким процессам можно отнести (рисунок 1): управление запасами материальных ресурсов, кален-дарное планирование производства (на основе информации от MES/ERP - систем), сбор технологических данных о процессах, исследования, разработки и проектирова-ние (в том числе, на основе информации от CAD/CAM/CAE), управление производ-ством, управление техническим обслужи-

75

ванием, документирование и учет требо-ваний заказчика, организация отгрузки продукции, управление запасами готовой продукции, учет и работа со стандартами предприятия, анализ эффективности и затрат на производство продукции, со-ставление и распределение ведомостей о

дефектах продукции по службам пред-приятия, обеспечение качества выпускае-мой продукции, контроль расхода матери-алов и энергии, обработка заказов, фор-мирование заявок на закупки материаль-ных единиц.

Рисунок. Процессы деятельности предприятия, учитываемые цифровым двойником

Конечно, хранение такого большого массива данных на серверах предприятия является практически невозможным. Поэтому цифровой двойник производства обеспечивает облачное хранение всей информации. Это удобно еще и тем, что появляется возможность для доступа к единому хранилищу данных цифрового двойника с различных территориально удаленных филиалов предприятия или даже с других организаций. С другой сто-роны, такие филиалы или организации также могут передавать свои данные о функционировании в указанное цифровое хранилище, что создает предпосылки для создания единого цифрового двойника целого холдинга предприятий. В таком

случае, у руководства холдинга появляет-ся беспрецедентная возможность контро-лировать показатели деятельности всех в него входящих предприятий, на основе актуальной и объективной информации, без непосредственного посещения пред-приятий, которые территориально труд-нодоступны. Повышается уровень коор-динации предприятий, создаются условия для повышения эффективности функцио-нирования всего концерна. Например, если два предприятия выпускают схожую номенклатуру изделий, есть возможность смоделировать ситуацию перераспреде-ления количества выпуска продукции между ними в целях высвобождения мощностей одного из них для производ-

76

ства другой продукции или же для более рационального и эффективного использо-вания имеющихся материальных и трудо-вых ресурсов.

Теория, лежащая в основе концепции цифрового двойника, была разработана еще около 15 – 20 лет назад. Однако только сейчас аппаратные средства достигли того уровня, при котором можно говорить о полномасштабном внедрении стратегии цифрового двойника в реальном производ-стве. Конечно, пока что применение циф-рового двойника производства сталкива-ется с определенными трудностями. Это и дороговизна таких решений, и довольно острый дефицит кадров в данной области, отсутствие регламентирующих актов применения и использования стратегий цифрового двойника. Однако по мере развития научно-технического прогресса, цифровизации экономики, современная организация сталкивается с задачами внедрения на производстве нового техни-чески сложного оборудования, повыше-ния сложности технологических процес-сов на предприятии и увеличении количе-ства и номенклатуры производимых из-делий, необходимости повышать конку-рентоспособность предприятия и быстро приспосабливаться под изменяющиеся условия рынка. Получить эффективное решение таких задач только с помощью

человеческих усилий по управлению предприятием не представляется воз-можным. В этой связи, внедрение различ-ных автоматизированных систем управ-ления производством, в том числе и стра-тегии цифрового двойника, является ак-туальным и служит целям развития пред-приятия и повышения его конкурентоспо-собности.

Список литературы

1. Пономарев К.С. Цифровой двойник произ-водства как инструмент цифровизации техноло-гических процессов предприятия / К.С. Понома-рев, А.Н. Феофанов // Актуальные тренды и перспективы развития науки, техники, техноло-гий : сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конфе-ренции / Под общ. ред. Е. П. Ткачевой. – Белгород: ООО Агентство перспективных научных иссле-дований (АПНИ). - 2018. – С. 141 – 144.

2. Фюер Ц. Преимущества “цифрового двой-ника” / Ц. Фюер, Ц. Вейсманн // CAD/САМ/САЕ Observer. - 2017. - 5 (113) - С. 50-53.

3. Соломенцев Ю.М. «Цифровой двойник» производственной системы - перспективный инструмент повышения эффективности станоч-ного парка машиностроительного предприятия / Ю.М. Соломенцев, Е.Б. Фролов // Станочный парк. - 2018 - 8 - С. 36-39.

4. Феофанов А.Н. Организация виртуального предприятия — будущее производства / А.Н. Феофанов, Е.Ю. Бондарчук, С.А. Тясто // Вестник МГТУ "Станкин". – 2018. – 3(46). – cтр. 101-105.

УДК 65.016.2 Просвирина М.Е., Червенкова С.Г., Чаруйская М.А., Андреев В.Н. МГТУ «СТАНКИН», Москва

ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СТОИМОСТЬЮ ПРЕДПРИЯТИЯ

В настоящем докладе предлагается состав организационно-методической документации, разрабатываемой при реализации концепции стоимостного мышления на предприятии, а также последовательность разработки и внед-рения организационно-методического обеспе-чения системы управления стоимостью пред-приятия.

Организационно-методическая документа-ция, система управления стоимостью, положе-ния и регламенты, стоимостное мышление.

скорение темпов научно-техни-ческого прогресса в сфере про-

мышленного производства, всеобъемлю-щая информатизация бизнеса, инноваци-онный подход к развитию экономики страны обуславливают появление новых требований к производственной деятель-ности отечественных предприятий, что, в свою очередь, требует от менеджмента быстрой, четкой и адекватной реакции

У

77

для сохранения и повышения своей кон-курентоспособности.

В настоящее время ключевым показа-телем, характеризующим уровень конку-рентоспособности предприятия, является его стоимость, а одним из наиболее успешных подходов к решению задачи поддержания и повышения конкуренто-способности, как показывает отечествен-ная и мировая практика, является стои-мостный подход к управлению. В основе данного подхода к управлению находится тот факт, что для всех без исключения стейкхолдеров предприятия основным вопросом является прирост их благосо-стояния в результате функционирования объектов владения [2, 4].

Анализ практики внедрения стои-мостного подхода к управлению в нашей стране показал, что около десятой доли исследуемых хозяйствующих субъектов управляют предприятием на уровне, соот-ветствующем мировым стандартам, более половины используют отдельные элемен-ты стоимостного управления, а четверть не имеют практики применения стои-мостного мышления вообще. Однако, несмотря на это, большинство руководи-телей российских компаний осознают, что стратегия играет основополагающую роль в максимизации стоимости компании [1].

Применяемые методики и инстру-менты достижения целей максимизации стоимости многократно апробированы и широко применяются в Европе, США и других странах, в то время, как среди рос-сийских компаний эти методики освоены достаточно плохо. Внутренние проблемы, связанные с внедрением концепции стои-мостного мышления, в значительной степени обусловлены неправильным подходом руководителей к организации и ресурсному обеспечению процессов внед-рения и поддержки функционирования системы управления стоимостью, а также отсутствием организационно-методического обеспечения внедрения данной системы. Все это обуславливает необходимость разработки организаци-онно-методического обеспечения внедре-ния системы управления стоимостью предприятия.

Для успешной реализации проекта по разработке и внедрению системы управ-

ления стоимостью на предприятии необ-ходимо иметь:

– устоявшуюся и утвержденную орга-низационную и функциональную струк-туры предприятия;

– отсутствие или низкое значение по-казателя текучести кадров в финансово-экономическом блоке предприятия;

– разработанные и утвержденные ме-тодические документы по управлению стоимостью.

Функционирование системы управле-ния стоимостью на предприятии должно быть четко регламентировано, не должно допускаться неоднозначного толкования возможных вариантов решения возника-ющих перед системой задач. Для этого на предприятии необходимо разработать пакет регламентных документов, опреде-ляющих порядок формирования факторов стоимости, планирования, мониторинга и анализа показателей, соответствующих выбранным факторам. Кроме того, в ре-гламентах должны быть закреплены пол-номочия, обязанности и ответственность структурных подразделений и персонала предприятия за функционирование си-стемы.

С учетом проведенного выше анализа можно выделить следующие основные документы, которые будут использовать-ся для описания и регламентации дея-тельности в рамках функционирования системы управления стоимостью пред-приятия (рис. 1):

– документы 1-го уровня: – политика управления стоимостью

предприятия; – положение о системе управления

стоимостью организации; – документы 2-го уровня: – положение о порядке планирования,

мониторинга и анализа показателей сто-имости организации;

– положение о премировании работ-ников организации;

– документы 3-го уровня: – методика формирования системы

показателей для оценки деятельности подразделений;

– методика оценки вклада подразде-лений в стоимость предприятия;

– методика оценки стоимости пред-приятия.

78

Документ «Политика управления сто-имостью» должен в краткой форме со-держать основные принципы, на основе которых предприятие планирует разви-вать свою систему управления стоимо-стью. Эти принципы должны согласовы-ваться с приоритетами работы организа-ции и быть приемлемыми для нее.

Положение о системе управления стоимостью предприятия – документ, устанавливающий основные положения организации и управления процессами в рамках функционирования системы управления стоимостью предприятия. Данный документ дает ссылки на другие положения, регламенты, методики и ин-

струкции, которые детализируют функ-ционал и действия структурных подраз-делений и отдельных сотрудников в рам-ках процессов системы управления стои-мостью предприятия.

Положение о порядке планирования, мониторинга и анализа показателей сто-имости предприятия – документ, описы-вающий порядок организации процессов, связанных с разработкой и планировани-ем целевых значений показателей стои-мости предприятия, а также порядок ор-ганизации мониторинга и анализа дости-жения запланированных значений ука-занных показателей стоимости предприя-тия.

Положение

о системе управления стоимостью предприятия· общие положения об организации управления стоимостью

(цели, задачи, принципы функционирования системы);

· участники процесса управления стоимостью;

· объекты управления стоимостью;

· принципы функционирования системы управления

стоимостью;

· модель факторов стоимости предприятия;

· целевые показатели системы управления стоимостью

Положение

о порядке планирования мониторинга и

анализа показателей стоимости предприятия· порядок планирования показателей стоимости

предприятия;

· порядок организации и проведения мониторинга

показателей стоимости предприятия;

· порядок анализа достижения запланированных

значений показателей стоимости предприятия и

принятия решений о корректировке запланированных

мероприятий

Методики Методика формирования системы показателей для оценки деятельности подразделений

Методика оценки вклада подразделений в стоимость предприятия

Методика оценки стоимости предприятия

1 у

ро

ве

нь

2 у

ро

ве

нь

3 у

ро

ве

нь

Политика управления стоимостью· цели и задачи политики

· область применения

· участники процесса управления стоимостью

· принципы политики

- принципы целеполагания в рамках реализации

стратегии повышения стоимости

- принципы принятия решений по повышению стоимости

- принципы распределения ресурсов для

создания дополнительной стоимости

Положение

о порядке планирования мониторинга и анализа

показателей стоимости предприятия

· общие положения (категории работников, группы

премиальных выплат);

· показатели премирования (виды премий);

· порядок расчета и утверждения размера премии;

· порядок назначения и выплаты премии

Рисунок 1. Состав и структура организационно-методической документации системы

управления стоимостью предприятия

Положение о премировании работни-ков предприятия – это документ, который отражает реальную практику предприя-тия по назначению, расчету и выплате премии. Данный документ должен учиты-вать специфику системы материального поощрения сотрудников, обусловленную технологическими, производственными и организационными особенностями рабо-ты, а также поставленные в рамках систе-мы управления стоимостью задачи по достижению запланированных результа-тов деятельности.

Состав документов третьего уровня организационно-методической докумен-тации системы управления стоимостью

предприятия может варьироваться в за-висимости от задач, решаемых в рамках функционирования данной системы.

Организационно-методическая доку-ментация должна разрабатываться в со-ответствии с установленными внутрен-ними регламентами организации, отра-жать все аспекты деятельности системы управления стоимостью, содержать ис-черпывающую информацию обо всех процессах и процедурах, а также быть структурированной с указанием четких взаимосвязей между документами.

От того, насколько четко организован процесс разработки и внедрения организа-ционно-методической документации во

79

многом будет зависеть дальнейшая рабо-тоспособность системы управления стои-мостью предприятия. Разработку и внед-рение организационно-методической до-кументации системы управления стоимо-стью предприятия можно рассматривать как отдельный проект, если документация внедряется после того, как уже была внед-рена и действует система управления сто-имостью предприятия. В этом случае мож-но выделить следующую последователь-ность этапов разработки и внедрения ор-ганизационно-методической документа-ции системы управления стоимостью [3]:

– анализ действующей документации; – разработка организационно-методи-

ческой документации; – внедрение организационно-методи-

ческой документации. Разработка и внедрение организаци-

онно-методической документации систе-

мы управления стоимостью предприятия также может осуществляться одновре-менно с разработкой и внедрением самой системы. В этом случае разработку и внедрение документации нужно осу-ществлять в определенной последова-тельности в соответствии с текущим эта-пом разработки и внедрения системы управления стоимостью. К основным этапам разработки и внедрения системы управления стоимостью относятся:

– организационный этап; – подготовительный этап; – разработка моделей управления

стоимостью предприятия; – внедрение и апробация разработан-

ных моделей. Последовательность действий в рам-

ках каждого этапа и комплект документа-ции, разрабатываемой на каждом этапе представлены на рисунке 2.

Рисунок 2. Последовательность разработки и внедрения организационно-

методической документации

Следует отметить, что при необходи-мости в ходе разработки и внедрения системы управления стоимостью пред-приятия перечень разрабатываемой орга-низационно-методической документации может быть расширен. При этом должна

сохраняться установленная иерархич-ность документации, т.е. в зависимости от назначения и содержания документа должно быть определено его место в си-стеме организационно-методической документации.

80

Внедрение предложенной организа-ционно-методической документации системы управления стоимостью позво-лит предприятию осуществлять выявле-ние и планирование целевых значений показателей стоимости предприятия, вовремя обнаруживать наиболее узкие места в достижении запланированных результатов по реализации стратегии повышения стоимости бизнеса, коорди-нировать работу структурных подразде-лений и служб на достижение поставлен-ной цели, повышать управляемость пред-приятия за счет оперативного отслежива-ния отклонений фактических значений показателей стоимости от плановых и своевременного принятия управленче-ских решений.

Список литературы 1. Верстина Н.Г., Еленева Ю.Я. Как управлять

стоимостью: постановка системы мониторинга и управления стоимостью компании // Оборудо-вание: Рынок, предложения, цены. – 2016. – 10. С. 13.

2. Еленева Ю.А., Андреев В.Н. Рост стоимости технологического капитала как критерий эф-фективности системы управления созданием и развитием конкурентоспособных машинострои-тельных предприятий // Главный механик. 2011. – 5. С. 22–29.

3. Еленева Ю.Я., Червенкова С.Г., Просвирина М.Е. Финансовая культура предприятия: методы формирования и оценки / Еленева Ю.Я., Червен-кова С.Г., Просвирина М.Е. – М.: ФГБОУ ВПО МГТУ «Станкин». – 2012. – 87 с.

4. Кротков А.М., Еленева Ю.Я. Конкуренто-способность предприятия: подходы к обеспече-нию, критерии, методы оценки // Маркетинг в России и за рубежом. – 2016. – 6. С. 13.

УДК 669.245.018.44.620.16 Семенов А.А., Коробова Н.В. МГТУ «СТАНКИН», Москва

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИСКА ИЗ ЖАРОПРОЧНОГО НИКЕЛЕВОГО СПЛАВА ИНКОНЕЛЬ

718 НА МИКРОСТРУКТУРУ МЕТОДАМИ МОДЕЛИРОВАНИЯ

Данный доклад посвящен оценке влияния параметров технологического процесса изготов-ления диска для ГТД из жаропрочного никелево-го сплава на микроструктуру заготовки с целью выявления связи между технологическими параметрами процесса изготовления диска и размеров зерна в нем

Никелевые сплавы, штамповка, размер зер-на, моделирование, JMAK.

ведение. В современном произ-водстве для изготовления дета-

лей газотурбинных двигателей широко применяются жаропрочные сплавы на основе никеля, например, «Инконель 718» и его аналоги [2]. Это связано, в первую очередь, с высокими термомеханическими свойствами этих сплавов, такими как дли-тельная прочность и прочность при высо-ких температурах. Потребность в таких механических свойствах связана с тем, что в зонах компрессора и камеры ГТД, лопат-ки и диски подвергаются разогреву до 600–700 °С при одновременном воздей-ствии высоких нагрузок [1].

Механические свойства сплавов на ос-нове никеля зависят от многих факторов. Наиболее важными из них являются мик-роструктура и фазовый состав [1]. Управ-ление этими факторами позволяет до-стигнуть требуемых механических свойств конечной детали.

В данной работе рассматривается процесс изготовления диска для газотур-бинного двигателя. Исходная заготовка представляет собой цилиндр диаметром 240 мм, высотой 316 мм и с радиусными фасками 20 мм, исходный размер зерна в заготовке составляет 7 баллов по ASTM, что соответствует 30 мкм. По требованию заказчика после придания заготовке окончательной формы, перед механиче-ской обработкой, размер зерна должен составлять 7 баллов по ASTM.

Заказчиком был предоставлен исход-ный технологический процесс изготовле-ния поковки на гидравлическом прессе, который необходимо было улучшить

В

81

таким образом, чтобы обеспечить требуе-мый размер зерна в конечной заготовке.

Целью данной работы являлось: – повышение механических свойств

детали из никелевого сплава за счет оцен-ки режимов ее обработки.

Для достижения намеченной цели необходимо решить следующие задачи:

– разработать математические модели технологического процесса на основе метода конечных элементов с учетом изменения микроструктуры;

– провести оценку параметров техно-логического процесса изготовления дис-ков из никелевого сплава для получения заданного размера зерна;

Работа по теме выполнена в рамках написания выпускной квалификационной работы магистра.

Материалы и методы Для моделирования процесса горячей

объемной штамповки широко использу-ется метод конечных элементов. Так как при анализе такого процесса принимает-ся, что пластические деформации значи-тельно превышают упругие, то последни-ми можно пренебречь и принять вязко-пластическою модель, для которой связь напряженного и деформированного со-стояний металла описывается при помо-щи уравнения Сен – Венана – Леви - Мизе-са. В данной работе для моделирования с вышеописанными условиями использо-вался программный комплекс DEFORM. Для моделирования роста зерна, статиче-ской и динамической рекристаллизаций, хорошо зарекомендовал себя математиче-ский аппарат на основе уравнения Джейм-са – Мела – Аврами – Колмогорова (урав-нения JMAK), который используется в программном комплексе DEFROM для вычисления изменений микроструктуры. Коэффициенты для уравнений рекри-сталлизации и размера зерна для сплава IN 718, использованные в процессе моде-лирования, из литературы. [5].

Определение влияния технологи-ческих параметров

При моделировании технологическо-го процесса использовались режимы про-цесса, применяемые на производстве. Таким образом, моделирование состояло

из следующих этапов. Процесс начинался с первичного подогрева и состоял из четы-рех этапов деформирования заготовки (два этапа осадки и два этапа штамповки). Между этапами деформирования модели-ровались три этапа промежуточного по-догрева в печи.

Все подогревы производились до тем-пературы 1050 °С в печи, первый длился два часа, коэффициент конвекции, описы-вающий тепловой поток на поверхности моделируемой заготовки, был равен 0.1 Н/сек/мм/ºС (значение данного коэффи-циента также применяется на всех остальных этапах, связанных с тепловым переносом). Второй нагрев длился 2,5 часа. Третий нагрев длился 1 час, четвер-тый подогрев 43 мин. Скорость деформи-рования на всех этапах - 15 мм/мин.

По результатам моделирования было установлено, что средний размер зерна при текущей технологии превышает пре-дельное значение, установленное заказ-чиком на уровне 7 баллов по ASTM (при-мерно 30 мкм) на 26 мкм. Поле распреде-ления размера зерна по объему заготовки изображено на рис. 1. Самое крупное зерно (80 мкм) находится в областях, наименее подвергшихся деформации. Эти области имеют синий цвет на поле деформаций, изображённом на рис. 2 и расположены на поверхности поковки вблизи ее оси.

Таким образом, для улучшения техно-логии изготовления возникла необходи-мость оценки связи между технологиче-скими параметрами изготовления диска и размера зерна в нем.

Процесс оценки технологических па-раметров процесса штамповки разделили на два этапа:

1. Проведение отсеивающих экспери-ментов по плану Плакетта-Бермана [8] для определения технологических парамет-ров, которые оказывают наиболее суще-ственное влияние на размер зерна поков-ки;

2. Построение математической моде-ли зависимости размера зерна от наибо-лее существенных технологических пара-метров в виде уравнения регрессии с по-мощью полного факторного эксперимента [9].

82

Рисунок 1. Размер зерна

Рисунок 2. Величина накопленных деформаций

Все исследования проводили с помо-щью численного эксперимента в про-граммном комплексе DEFORM.

В качестве факторов варьирования были взяты восемь технологических па-раметров, которые наиболее просто изме-нять в промышленных условиях:

– начальная температура заготовки на каждом из четырех технологических пе-реходов, которая обеспечивается темпе-ратурой нагрева заготовки в печи;

– скорость деформирования на каж-дом из переходов, которая обеспечивается соответствующими настройками пресса.

Каждый из факторов являлся незави-симым и варьировался на двух уровнях. Максимальное и минимальное его значе-ние равноудаленные от центра плана (но-минального значения фактора). Для факто-ров температур подогрева минимальными значением было 985 ºС, максимальным 1100 ºС, номинальным 1042.5 ºС. Для фак-торов скорости деформирования мини-мальными значением было 5 мм/с, макси-мальным 15 мм/с, номинальным 10 мм/с.

По рекомендациям работы [8] была взята матрица планирования экспери-мента Плакета - Бермана с числом опытов

83

равным 12 и рассчитаны коэффициенты уравнения регрессии вида:

Расчет коэффициентов уравнения ре-грессии:

12

i ii 1

D b x

; i i i0 ix (X X )/ X , (1)

где D – средний размер зерна поковки, bi – коэффициент уравнения регрессии, xi – фактор варьирования на соответствую-щем (мин/макс) уровне в кодированном масштабе, Xi – фактор варьирования на соответствующем (мин/макс) уровне в

натуральном масштабе, Xi0 – номинальное значение фактора в натуральном масшта-бе, ΔXi – интервал варьирования. Необхо-димо отметить, что факторы x9-x11 явля-лись мнимыми и согласно методикe из-ложенной в работах [8,9] служили для расчета дисперсии опытов.

В таблице приведена матрица плани-рования эксперимента в натуральном масштабе и результат измерения среднего размера зерна по сечению поковки.

Таблица. Матрица планирования эксперимента Матрица планирования Плакетта-Бермана

в натуральном масштабе (без мнимых факторов) Средний размер зерна, мкм.

T1, С° V1, м/с T2, С° V2, м/с T3, С° V3, м/с T4, С° V4, м/с

Эксп. x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8

1 1100 15 985 15 1100 15 985 5 61.86 2 985 15 1100 5 1100 15 1100 5 67.15

3 1100 5 1100 15 985 15 1100 15 77.14 4 985 15 985 15 1100 5 1100 15 69.00

5 985 5 1100 5 1100 15 985 15 46.57

6 985 5 985 15 985 15 1100 5 55.08 7 1100 5 985 5 1100 5 1100 15 78.60

8 1100 15 985 5 985 15 985 15 55.80 9 1100 15 1100 5 985 5 1100 5 74.12

10 985 15 1100 15 985 5 985 15 42.76 11 1100 5 1100 15 1100 5 985 5 62.84

12 985 5 985 5 985 5 985 5 40.07

Значения коэффициентов bi, диспер-

сию опыта 2yS , дисперсию коэффициентов

i

2bS и их значимость рассчитывали и про-

веряли согласно стандартной методике, изложенной в работе [9]. В результате получили уравнение регрессии для пере-менных в кодированном масштабе следу-ющего вида:

Уравнение регрессии в кодированном масштабе

D = 60.92 + 7.48x1 + 3.42x5 + 9.27x7. (2) Т.е. отсеивающий эксперимент пока-

зал, что основное влияние на размер зерна в данном технологическом процессе ока-зывает температура на первом, третьем и четвертом переходах, в то время как тем-пература на втором и скорости деформи-

рования на всех четырех переходах суще-ственного влияния на размер зерна не оказывают. При этом видно, что наиболь-ший вклад в изменения размера зерна вносит температура нагрева заготовки на четвертом переходе, а то, что все коэффи-циенты bi этого уравнения являются по-ложительными, говорит о том, что размер зерна прямо пропорционален температу-ре, т.е. чем меньше температура, тем меньше размер зерна.

Для проверки этого вывода приступи-ли к полному факторному эксперименту для построения математической модели в виде уравнения регрессии для трех ото-бранных факторов, но с учетом взаимного влияния факторов друг на друга, в виде:

Уравнение регрессии для трех отобранных факторов

D = b0 + b1 x1 + b2 x2 + b3 x3 + b12 x1 x2 + b13 x1 x3 + b23 x2 x3 + b12 x1 x2 x3. (3)

84

Для этого построили матрицу плани-рования полного факторного эксперимен-та 23 (три фактора на двух уровнях) и провели расчеты коэффициентов bi, дис-персий опыта и коэффициентов и провер-ку значимости коэффициентов, все со-гласно методике из работы [10]. Для оценки ошибки опыта каждый из числен-

ных экспериментов проводили два раза меняя только размер сетки конечных элементов заготовки. Номинальные зна-чения температур и их интервалы варьи-рования оставили неизменными по срав-нению с отсеивающим экспериментом. В результате получили следующее уравне-ние регрессии в кодированном масштабе:

Уравнение регрессии в кодированном масштабе

D = 60.52 + 9.78x1 + 2.15x2 + 7.78x3 + 1.1x2 x3, (4) где D - средний размер зерна поковки, x1 – температура нагрева заготовки перед пер-вым переходом, x2 – температура нагрева заготовки перед третьим переходом, x3 –температура нагрева заготовки перед четвертым переходом.

Анализ полученного уравнения (4)

показал, что чем меньше температура заготовки на каждом из переходов, тем меньше размер зерна. При этом темпера-тура заготовки влияет и на другие пара-метры технологического процесса, такие как сила деформирования, вероятность возникновения внутренних трещин и т.д., в связи, с чем для данного сплава опреде-лен диапазон температуры деформации [3] за пределы которого не выходят.

Заключение Произведено моделирование техно-

логического процесса штамповки диска ГТД из никелевого жаропрочного сплава «IN 718» в программном комплексе DEFORM с целью определения связи меж-ду технологическими параметрами и раз-мером зерна в поковке.

В результате факторного эксперимента установлено, что максимальную положи-тельную связь с размером зерна имеет температура подогрева на четвертом этапе. Также значительную связь имеет темпера-тура подогрева на первом этапе. Прочие варьируемые параметры также имеют положительную связь с размером зерна.

Таким образом, для уменьшения раз-мера зерна в заготовке в конце техноло-гического процесса изготовления, следует уменьшить температуру нагрева первом, третьем и четвертом этапах в пределах ковочного температурного интервала.

Список литературы 1. Овсепян С.В., Ломберг Б.С., Бакрадзе М.М,

Термическая обработка деформируемых жаро-прочных никелевых сплавов для дисков ГТД, ВИАМ/2011-205923

2. Чабина Е.Б., Влияние эксплуатационных факторов на состояние поверхностей раздела в материале высокожаропрочных никелевых сплавов для дисков ГТД, Труды ВИАМ 8, 2015.

3. Суперсплавы II [Superlloys II] – пер. с англ. (в 2-х книгах) Либерова Ю. П., Цепелева А. Б., под ред. Шалина Р. Е. ; [C. T. Sims, N. S. Stoloff, W. C. Hagel / New York: ―A Wiley-Interscience Publica-tion‖] / Москва: изд. «Металлургия», 1995 г.

4. DEFORM v11.0 (PC) Documentation 5. Huang D., Wu W.T., Lambert D., Computer

Simulation of Microstructure Evolution during Hot Forging of Waspaloy and Nickel Alloy 718, SFTC Paper #368.

6. Loyda A., Hernandez-Munoz G.M., Hernandez-Munoz L.A., Microstructure Modeling of a Ni-Fe-Based Superalloy During the Rotary Forging Process, Journal of Materials Engineering and Performance, Volume 25, Issue 6, pp.2128-2137.

7. Reyes L.A., Paramo P., Salas Zamarripa A., In-fluence of Processing Parameters on Grain Size Evolution of a Forged Superalloy, Journal of Materials Engineering and Performance, Volume 25, Issue 1, pp.179-187.

8. Ryan T.P., Modern Experimental Design. New York: Wiley-Interscience Publication, 2007, 593 с.

9. Новик Ф. С., Арсов Я. Б. Оптимизация про-цессов технологии металлов методами планиро-вания экспериментов. М.: Машиностроение, 1980. 304 с.

85

УДК 621.01 Симанженков К.А., Мое Чжо Тху, Косов М.Г. МГТУ «СТАНКИН», Москва

ФОРМИРОВАНИЕ СОСТАВА ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ДАННЫХ

В статье предложен подход к формирова-нию состава инструментального обеспечения машиностроительных предприятий. Для реше-ния данной задачи, в частности, предлагается использовать анализ производственных данных.

Инструментальное обеспечение, анализ, производственные данные.

опросам управления инструмен-тальным хозяйством машино-

строительного предприятия посвящено обширное количество исследований Бо-богрев В.В, Трутнев В.В, Капитанов А.В. и др. [1, 2, 3]. Однако их суть в основном сводится к приближённым методам рас-чета на основе данных технологической документации и текущего состояния ин-струментальных ресурсов.

Современная рыночная экономика требует от производства высоких гибко-сти, производительности и качества вы-пускаемой продукции. В связи с этим про-изводство должно своевременно обеспе-чиваться требуемой номенклатурой вы-сокопроизводительного инструмента. Учитывая высокую стоимость такого инструмента, необходимо тщательно прогнозировать потребность в нем, чтобы избежать необоснованного повышения себестоимости.

Таким образом, инструментальное обеспечение производства в условиях постоянно меняющейся номенклатуры выпускаемых изделий, с учетом высокой стоимости самого инструмента, должно базироваться на статистических данных о стойкости инструмента и планах запуска новых изделий.

Вышеуказанную проблему предлага-ется решать путем создания интегриро-ванной системы, объединяющей в себе следующие модули:

– модуль планирования производства (ERP-система),

– модуль сбора данных о работе обо-рудования (MDC-система),

– модуль управления инструментом (TDM-система).

ERP-системы, по сути, не являются прямым инструментом планирования работ на предприятии. ERP – это, прежде всего, корпоративная информационная система, система управления предприяти-ем, система, соединяющая островки логи-стики многочисленных элементов органи-зационной структуры предприятия, вы-полняющих определенные функции (доку-ментооборот, управление закупками, по-ставками, складскими запасами и пр.) [4].

MDC-системы предназначены для анализа данных, собираемых с оборудова-ния и формирования разнообразной ста-тистики и отчетов. Эта информация транслируется на смартфоны, планшеты, автоматизированные рабочие места, те-левизоры для наблюдения за производ-ством в реальном времени.

MDC-системы получают информацию о событиях, связанных с работой станков либо в автоматическом режиме посред-ством прямого подключения к системе ЧПУ станка, либо путем ввода данных вручную на терминале, установленном на станке или через коллективный пульт мониторинга на участке цеха. Автомати-ческий режим получения информации основан на том, что на большинстве уста-новок присутствуют типовые события, такие как начало цикла, конец цикла, готовность детали и т.д.

Стандарты инструментального ме-неджмента позволяют экономить матери-альные ресурсы путем оптимизации про-изводственных процессов. В современной концепции управления инструменталь-ным хозяйством учтены все стадии жиз-недеятельности инструмента - от его из-готовления до утилизации. Цель внедре-ния стандартов инструментального ме-неджмента заключается в освобождении производителя от ненужных забот о каче-ственном и количественном составе необ-

В

86

ходимого ему инструмента. При этом осуществляем полный контроль и управ-ление инструментом на всех стадиях его жизненного цикла.

Основные задачи инструментообес-печения:

– сокращение всех расходов, связан-ных с инструментооборотом

– сокращение простоев оборудования – повышение производительности – создание прозрачной отчетности

расхода инструмента Существующим на современном рын-

ке системам управления инструментом присущи следующие недостатки:

Монобрендовость – как правило, та-кие системы ориентированы поставляют-ся производителями инструмента и ори-ентированы на собственный инструмент.

Статичность (работа с наличием на складе) – системы управляют выдачей

инструмента и анализируют остаток каж-дой позиции на складе без учета интен-сивности расходования, планирования производства и сроков поставки.

Для преодоления указанных недо-статков предлагается строить систему управления инструментом следующим образом, показанном на рис.

MDC-система способна предоставлять данные для статистического анализа ин-тенсивности расхода инструмента с уче-том обрабатываемых деталей, оборудова-ния, оператора, обслуживающего станок.

Учитывая эти данные при планирова-нии производства в части прогнозирова-ния расхода инструмента, задаваясь не-снижаемым резервом инструмента на складе, можно оптимизировать затраты на инструмент, тем самым значительно снижать себестоимость изготовления изделий.

Рисунок. Система управления инструментом

Список литературы 1. Трутнев. В. В Организация ресурсосбере-

жения на машиностроительном предприятии на примере инструментального хозяйства ОАО "КМПО" - автореферат к. т.н. - Казань 2012.

2. Бобогрев С. В. Управление инструмен-тальным обеспечением предприятия подшип-никовой промышленности на базе интегриро-ванной информационной системы - автореферат д.т.н. - Саратов, 2000.

3. Капитанов А.В. Повышение эффективно-сти автоматизированного станочного оборудо-вания на основе моделирования и оптимизации системы технологической подготовки производ-ства - автореферат к. т.н. - Москва 2009.

4. Гараева Ю., Загидуллин Р., Сун Кай Цин. Российские MES-системы, или Как вернуть про-изводству оптимизм – «САПР и графика», 2005, 11.

87

УДК 62-791.4 Скопцов Э.С., Мастеренко Д.А. МГТУ «СТАНКИН», Москва

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ МОРФОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЛЬТРАЦИИ В ЗАДАЧЕ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТИ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

В статье обосновывается целесообразность применения методов морфологической филь-трации в задаче диагностики состояния поверх-ности режущего инструмента. В ходе исследова-ний проводилась морфологическая фильтрация профилограмм режущих кромок ножей рубочно-го станка, работающего по принципу гильотин-ных ножниц и предназначенного для рубки полимерной ленты.

Морфологическая фильтрация, состояние поверхности, режущий инструмент.

дним из важнейших факторов обеспечения качества обработки

материалов резанием является состояние режущего инструмента. Своевременная замена или заточка режущего инструмен-та в связи с его износом является необхо-димым условием предупреждения брака и обеспечения стабильности технологиче-ского процесса.

На сегодняшний день актуальной проблемой остается вопрос диагностики износа режущего инструмента.

Существующие методы диагностики состояния режущего инструмента условно разделяют на прямые и косвенные.

Прямые методы предусматривают непосредственное измерение параметров износа: размеров лунки, образующейся на передней поверхности (расстояние от режущей кромки до центра лунки, глуби-на лунки), ширины ленточки износа по задней поверхности, уменьшения объема или массы инструмента, размерный износ режущей кромки, разброс размеров дета-лей в партии и т.д.

Косвенные методы основаны на фи-зических явлениях, сопутствующих про-цессу резания: сила резания, крутящий момент шпинделя, температура в зоне резания, вибрации, акустические сигналы.

С точки зрения временных рамок, ди-агностика износа инструмента может быть непрерывной, производимой через короткие или длительные интервалы времени, в перерывах процесса резания, в начале смены, по требованию, во время

выключения станка, для каждой новой партии деталей и каждой детали.

Желательными свойствами метода диагностики являются высокая произво-дительность и возможность выполнения непосредственно на станке, без переуста-новки режущего инструмента.

В настоящем докладе приводятся ре-зультаты исследования микрогеометрии поверхности режущей кромки инструмен-та как диагностического параметра состо-яния инструмента. В процессе резания изменяется микрогеометрия режущей кромки инструмента вследствие ее изно-са. Обработка информации о микрогео-метрии режущей кромки проводилась на основе применения морфологической фильтрации измеренного профиля режу-щей кромки.

Морфологически фильтры, опреде-ленные, в частности, в стандартах ИСО (ISO 16610-85:2013, ISO 16610-40:2015, ISO 16610-41:2015, ISO 16610-49:2015), осно-ваны на обкатке микропрофиля диском переменного радиуса ρ. При этом центр диска описывает траекторию, смещение которой на ρ в направлении профиля позволяет получить так называемую оги-бающую, которая и рассматривается как результат фильтрации. Это кривая, приле-гающая к исходному профилю в области его вершин. Характер прилегания обу-словлен спектральным составом профиля поверхности и радиусом диска. Форма огибающей зависит от фильтруемого профиля и радиуса диска, определяющего глубину фильтрации. При ρ→0 эффект фильтрации исчезает.

Разумеется, речь идёт о виртуальной обкатке, осуществляемой в компьютере по координатам точек, полученных при снятии профилограммы поверхности. Поэтому обкатка профиля диском может производиться как сверху, так и снизу, как бы «изнутри» инструмента. В результате получается семейство верхних и нижних

О

88

огибающих, соответствующих различным радиусам обкатывающего диска.

В ходе исследований проводилась морфологическая фильтрация профило-грамм режущих кромок ножей рубочного станка, работающего по принципу гильо-тинных ножниц и предназначенного для рубки полимерной ленты. Измерения профиля режущей кромки проводились бесконтактным методом на мультисен-сорной координатной измерительной машине Werth ScopeCheck. Было измерено 14 ножей (8 новых, 2 частично изношен-

ных, 4 изношенных). В результате иссле-

дований было установлено, что между средним расстоянием между верхней и нижней огибающими d и радиусом обка-тывающего диска существует зависи-мость, хорошо описываемая формулой

d c(1 exp( b )) ,

с коэффициентами b, c и показателем степени γ, значения которых оцениваются при аппроксимации экспериментальных данных. При этом основным параметром, связанным с износом инструмента, явля-ется именно показатель степени. Так, для новых и сохраняющих работоспособность ножей получились значения γ до 0,40, а для изношенных – 0,45 и более.

Поясним, почему последнее обстоя-тельство важно. Предположим, что все координаты точек профилограммы раз-делены на некоторый коэффициент α>0. Тогда и картина огибающих преобразует-ся с тем же коэффициентом подобия, и

радиусу ' / будет соответствовать

среднее расстояние между верхней и нижней огибающими d' d/ . Выше-

приведённая зависимость при этом трансформируется следующим образом:

d' c(1 exp( b ( ') )) ,

c(1 exp( (b ) ' )

или

d' c'(1 exp( b' ' )) ,

где с' с/ , d' b , то есть коэффици-

енты изменяются но показатель степени

остаётся тем же самым. Следовательно, рассматриваемая зависимость не чувстви-тельна к преобразованию подобия, а ос-нованный на неё метод не требует точных измерений, лишь бы сохранялось соотно-шение размеров по разным направлени-ям. В этом имеется важное отличие от традиционных параметров шероховато-сти, таким как Ra, Rz, на точность измере-ния которых погрешность измерения координат точек имеет непосредственное влияние.

Практическая реализация может быть осуществлена в информационно-измери-тельной системе, состоящей из следую-щих функциональных блоков:

- видеокамера с объективом, обеспе-чивающим достаточное увеличение и разрешение съёмки режущей кромки;

- компьютер, по полученному изобра-жению формирующий массив координат точек профиля и вычисляющий диагно-стический параметр;

- интерфейсное устройство, на кото-рое, в зависимости от полученного значе-ния параметра, выдаётся рекомендация по продолжению работы или смене ин-струмента для использования оператором или автоматической системой управле-ния.

Такая система сможет использоваться непосредственно на станке, без снятия режущего инструмента, и позволит осу-ществлять оперативную диагностику.

Исследования в описанном направле-нии продолжаются. В частности, ищутся пути оптимизации вычислительных про-цедур. Планируется также апробация метода на других видах режущего ин-струмента.

Список литературы

1. Диагностика автоматизированного про-изводства / С.Н. Григорьев, В.Д. Гурин, М.П. Козочкин и др.; под. ред. С.Н. Григорьева. М.: Машиностроение, 2011. — 600 с.

2. ИСО 16610. Геометрические характери-стики изделий (GPS). Часть 41. Морфологические фильтры профиля. Дисковые и линейно-сегментные горизонтальные фильтры.

89

УДК 539.374.4:539.214.9

Сосенушкин Е.Н.1, Гусев Д.С.1, Архипов А.А.2 1МГТУ «СТАНКИН», Москва 2ПАО «НПО «Алмаз» им. академика А.А. Расплетина», Москва

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СВОБОДНОГО ЗАТЕКАНИЯ МЕТАЛЛА В РЕБРА

ЖЕСТКОСТИ ПРИ ВЫДАВЛИВАНИИ ПЛОСКИХ ПОКОВОК

В докладе ставится и решается краевая за-дача выдавливания плоского фланца с затекани-ем металла в ребра. Выведены аналитические зависимости для вычисления контактных дав-лений, компонент скоростей течения и силовых параметров деформирования, по которым про-веден расчет прямоугольно фланца с известны-ми размерами.

Фланец, давление, скорость течения, сила выдавливания.

ыдавливаемый пластический слой постоянной толщины h=h(t)

занимает область, ограниченную соответ-ственно внешним и внутренним контура-ми, согласно расчетной схеме, приведен-ной на рис. 1.

Рисунок 1. Расчетная схема штамповки

прямоугольного фланца

Выпишем замкнутую систему диффе-ренциальных уравнений краевой задачи относительно контактного давления p=p(x,y)

и двух компонент скорости тече-

ния u=u(x,y) и v=v(x,y) [1]:

s

2 2

2p u,

x h u v

(1)

s

2 2

2p v,

y h u v

(2)

u v d0,

x y dt

(3)

где 0ht ln

h t

– степень деформации

по А.А. Ильюшину (аналог меры накоп-ленной в частице деформации).

В силу симметрии задачи относитель-но осей OX и OY, ограничимся решением

задачи в четверти области S x 0;y 0 ,

т.е. в первом квадранте (см. рис. 1) внеш-ний контур образован непроницаемой стенкой, а внутренний контур - пазом, куда свободно затекает металл. Предста-

вим n 6

ii 1

S S

, и будем решать задачу от-

дельно в каждой подобласти [2, 3]. Границы пластической области

1

1

2 2

0 x aS x,y

a y b

, сформулируем

краевые условия y=a2: p=2τs; y=b2: v=0. Внутренний контур подобласти S1

служит линией постоянного уровня. И, так как линии тока есть прямые, ортогональ-ные к линии уровня, то, следовательно, скорость перемещения в направлении оси

x u=0, а из уравнения (1) p

0x

.

На основании уравнения (2)

s ss 2

2 2pp y 2 y a

y h h

.

Из уравнения несжимаемости (3), с учетом граничных условий, находим оставшуюся компоненту скорости течения:

2

1 dhv y b y 0

h dt . (4)

Вычисляем силу штамповки, приходящуюся на область S1:

2

1 2

1 22

ba b 2

1 s ss 2 1 s 2

S 0 a a

2 2 yP p y dxdy dx 2 y a dy a 2 y a y

h h 2

В

90

2 22 2

1 s 2 2 2 2 2 2

b a1 1a 2 b a b a a a

h 2 h 2

2 2 21 s 2 2 2 2 2 2

a1a 2 b a b a b a

2h h

21 s 2 2 2 2

a1a 2 b a 1 b a

2h h

. (5)

Проделав аналогичные рассуждения для каждой из пластических областей, полу-чим силу выдавливания рассматриваемой области [4]:

2 11 s 2 2 2 2 2 s 1 1 1 1

a a1 1P a 2 b a 1 b a a 2 b a 1 b a

2h h 2h h

s 1 1 2 2b a b a

2 2

2 2

2 2 1 13s

1 1 2 22 2

2 2 2 2 1 12 2 1 1

2 2 21 1 2 2 2 2 1 1

b a

b a b a2

b a3 h b a b a b ab a b a 1

ln4b a b a b a b a

ss 2 2 1 1b a b a

3h

1 1

2 2

2 2 1 13

2 2 2 22 2

1 1 2 2 1 12 2 1 1

2 2 22 2 1 1 2 2 1 1

b a

b a b a

b ab a b a b ab a b a 1

ln2b a b a b a b a

2s 2 s 21 3 1 1 2 s 2 3 2 3 s 2 1 3

1 1 1

2 e 2 e1e e h e e 2 e e e e e e e 1

h 3 h 3h

(6)

Согласно расчетной схеме, мы ограни-

чились рассмотрением четверти фланца, расположенного в первом квадранте вы-бранной системы координат, поэтому пол-

ная сила штамповки фланца флP 4P

.

Разработанная математическая мо-дель прогнозирования силовых парамет-ров при штамповке прямоугольного фланца со свободным затеканием металла в рёбра позволила установить зависи-мость силы деформирования от геомет-рических параметров. Анализу подверга-лась технология штамповки поковки фланца из алюминиевого сплава марки АД0 ГОСТ 21488-97 [11] с габаритными

размерами 42×42 мм, имеющим оребрен-ное центральное отверстие 10×23 мм.

График, представленный на рис. 2, ил-люстрирует характер изменения силы штамповки от толщины получаемого фланца.

Значение расчетной силы деформи-рования при толщине фланца 8 мм, (см. рис. 2.2) составляет 274,6 кН. При умень-шении толщины фланца в 2 раза сила деформирования увеличивается до 382,7 кН, т.е. возрастает на 39%. При увеличе-нии толщины фланцевой части поковки в 2 раза сила снижается до значения 220 кН, что составляет 20%.

91

Рисунок 2. Зависимость силы деформирования от толщины штампуемого фланца

Список литературы 1. Ильюшин, А.А. Труды (1946 – 1966). Т.2.

Пластичность [Текст]/ А.А. Ильюшин. - М.: Физ-матлит, 2004. 480 с.

2. Кадымов, В.А., Сосенушкин Е.Н., Яновская Е.А. Некоторые точные решения эволюционного уравнения растекания пластического слоя на плоскости // Вестник Московского университета. Серия 1. Математика. Механика. 3. 2016. С.61-65.

3. Кадымов В.А., Сосенушкин Е.Н., Белов Н.А. Задача о растекании тонкого пластического слоя в угловой области, ограниченной радиальными твердыми стенками [Текст]/ В.А. Кадымов, Е.Н.

Сосенушкин, Н.А. Белов/ Сб. трудов Всероссий-ской конференции, посвященной 85-летию И.А. Кийко «Вопросы прикладной математики и проблема взаимодействия твердых тел с жидкой и газовой средой. - М.: Диалог-МИФИ, 2017. - С.105-113.

4. Кадымов, В.А. Экспериментальные иссле-дования по пластической осадке между непо-движными стенками тонких полос в форме прямоугольника и сектора [Текст]/ В.А. Кады-мов, Е.Н. Сосенушкин, Н.А. Белов // Известия МГТУ «МАМИ». - 2.(16). - 2013. - Т2. - С.206-212.

УДК 62-791.2 Телешевский В.И.1, Скрынник А.А.1, Гаврилова Н.Д.2 1МГТУ «СТАНКИН», Москва 2МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва

ЛАЗЕРНАЯ ИМПУЛЬСНАЯ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДИФФУЗНО ОТРАЖАЮЩИХ ОБЪЕКТОВ

В СРЕДНЕМ ИК-ДИАПАЗОНЕ

В докладе рассмотрен новый подход к кон-тролю геометрических параметров объектов, имеющих диффузно отражающие поверхности, посредством лазерной импульсной интерферен-ционной системы среднего ИК-диапазона, для решения задач информационно-измерительной техники (ИИТ) в машиностроении.

Лазерный интерферометр, диффузно отра-жающие поверхности, средний ИК - диапазон.

дна из важнейших задач в инфор-мационно-измерительной техни-

ке (ИИТ) является бесконтактный кон-троль геометрических параметров разно-образных изделий в том числе, деталей механообработки, узлов машин, в боль-шом диапазоне длин и скоростей, а также линейных и угловых перемещений. Диа-

О

92

пазон линейных перемещений может достигать значений при скоростях от единиц до десятков метров и скорости до 5 м/сек.

В настоящее время основным сред-ством ИИТ для решения подобных задач является лазерная интерферометрия, которая обеспечивает измерения пере-мещения в диапазоне до 80 метров, при контролируемых скоростях перемещений, достигают 4 м/с с разрешающей способ-ностью до 0,001мкм по линейному и до 0,1 угл.сек., перемещению соответственно.

Однако известные на сегодняшний день лазерные информационно-измерительные системы (ЛИИС) исполь-зуют когерентные источники видимого диапазона λ = 0,4-0,7мкм, где λ - длина волны излучения.

Такие источники излучения, взаимо-действуя с шероховатой поверхностью контролируемой детали, приводят к обра-зованию рассеянного света в виде спекл-картин (speckle — крапинка, пятнышко), что сильно осложняет непосредственный

контроль перемещений диффузно отра-жающих поверхностей изделий [1].

Поэтому, традиционные ЛИИС рабо-тают с изделиями нуждающимся либо дополнительной обработке поверхности до зеркального качества или непосред-ственного крепления отражающих эле-ментов с высоким оптическим качеством (триппель-призмы, уголковые отражате-ли и т.п.) на само изделие, что ведет к увеличению погрешности и усложнению процесса измерения.

Это приводит к усложнению оптиче-ской схемы лазерного интерферометра, которая может быть оптимизирована, если использовать лазерный источник среднего ИК - диапазона λ=2,0-2,7мкм.

Целью данной работы является ис-пользование среднего ИК-диапазона в гомодинных ЛИИС для измерения диф-фузно отражающих поверхностей в опре-деленном диапазоне параметров шерохо-ватостей.

В таблице представлены характеристи-ки шероховатости в зависимости от способа обработки и формы поверхности [2].

Таблица. Параметры шероховатости в зависимости от способа обработки и формы поверхности

Обработка Параметры шероховатости

Rа, мкм Sm, мм S, мм Калибрование 0,1-1,6 0,025-1 0,025-1

Плоские поверхности Торцовое фрезерование:

Черновое 3,2-12,5 0,16-0,4 0,16-0,4 Чистовое 1-4 0,08-0,2 0,063-0,2

Тонкое 0,32-1,25 0,025-0,1 0,016-0,08

Цилиндрическое фрезерование: Черновое 3,2-12,5 1,25-5 1,25-5

Чистовое 0,8-3,2 0,5-2 0,5-2 Тонкое 0,2-0,1 0,16-0,63 0,1-0,63

Обработка Параметры шероховатости

Ra, мкм Sm, мм S, мм

Обтачивание: Наружные поверхности вращения Черновое 12,5-50 0,32-0,25 0,32-1,25

Получистовое 3,2-12,5 0,160-0,40 0,160-0,40

Чистовое 0,8-2,5 0,08-0,160 0,05-0,160 Тонкое 0,1-0,8 0,02-0,100 0,010-0,100

Где Ra – среднеарифметическое отклонение профиля поверхности, Sm – средний шаг (период) неров-ностей поверхности, S – средний шаг местных выступов профиля.

Преимуществом такого подхода явля-

ется обеспечение высокоточного бескон-тактного контроля детали в режиме ре-ального времени с возможностью непо-средственно регистрировать «зеркаль-

ное» отражение от шероховатых поверх-ностей Ra=1,2-2,5 мкм, что соответствует получению деталей методами чистового точения и получистового шлифования (порядка 7-9 квалитета точности) [3].

93

На рис. 1 изображена схема гомодин-ного импульсного средневолнового ин-терферометра перемещения.

Оптическая схема интерферометра перемещения работает следующим обра-зом: Луч лазера накачки TECH-1053 (1), проходит через изолятор Фарадея (2), и падает в блок параметрического генера-тора света (ПГС) состоящего из входного резонатора (3), нелинейного кристалла (PPLN:MgO) (4) и выходного резонатора (5), где происходит генерация сигнальной λsignal=1,5-1,6мкм и холостой λcanvas=2,0-2,7мкм волны соответственно.

Луч от ПГС (4) падает на дихроичное 450-ое зеркало (6), где расщепляется на, сигнальную (λsignal) и холостую (λcanvas) вол-ны.

Далее сигнальная волна падает на тепловую измерительную головку (7), а холостая проходит через дихроичное 450 – ое зеркало (6), и падает на светоделитель-

ную пластинку интерферометра (8), что приводит к расщеплению пучка на сиг-нальный и опорный.

После отражения от уголковых ме-таллических зеркал (9-10) сигнальный и опорный пучки сходятся на светодели-тельной пластинке (8) и интерферируют.

При линейном смещении сигнального зеркала (10) интерференционный пучок смещается по фазе.

Сигнал, проходя через объектив (11) фокусируясь в плоскости регистрирующе-го фотоприемника (12) и после предвари-тельного усилителя (13) поступает на компьютер (14) для дальнейшей обработ-ки и анализа.

На рис. 2 изображена схема гомодин-ного импульсного средневолнового мик-роинтерферометра.

Оптическая схема микроинтерферо-метра колебания и смещения работает следующим образом.

Рисунок 1. Гомодинный импульсный средневолновой интерферометр перемещения

Условные обозначения: 1) Лазер (накачки) TECH-1053 работающий в импульсном режиме на λ=1,053мкм. 2) Изолятор Фарадея для поляризационной развязки 3) Входной резонатор. 4) Кристалл ПГС (PPLN:MgO), на юстируемом столике с термостатом. 5) Выходной резонатор. 6) Дихроичное зеркало. 7) Тепловая измерительная головка. 8) Светоделительная пластинка 50:50. 9) Металличе-ский уголковый отражатель. 10) Перемещающейся металлический уголковый отражатель. 11) Фоку-сирующая ZnSe линза. 12) Фотодиод. 13) Предусилитель сигнала. 14) Персональный компьютер.

Луч лазера накачки TECH-1053 (1), про-

ходит через изолятор Фарадея (2), и падает в блок параметрического генератора света (ПГС) состоящего из входного резонатора (3), нелинейного кристалла (PPLN:MgO) (4) и выходного резонатора (5), где происхо-дит генерация сигнальной λsignal=1,5-1,6мкм и холостой λcanvas=2,0-2,7мкм волны соот-ветственно. Луч от ПГС (4) падает на ди-хроичное 450 – ое зеркало (6), где расщеп-ляется на, сигнальную (λsignal) и холостую

(λcanvas) волны. Далее сигнальная волна падает на тепловую измерительную голов-ку (7), а холостая проходит через дихроич-ное 450 – ое зеркало (6), и падает на свето-делительную пластинку интерферометра (8) что приводит к расщеплению пучка на сигнальный и опорный.

После отражения опорного пучка от уголкового металлического зеркала (9), в качестве сигнального зеркала служит измеряемая деталь (11), которая подвер-

94

гаясь воздействию как акустических, так и фото акустических колебаний, модулиру-ет обратно отраженный пучок, проходя-щий через объектив (10) и, сходясь на светоделительной пластинке (8) интер-ферирует.

Затем интерферирующий пучок про-ходит через объектив (11) фокусируясь в плоскости регистрирующего фотоприем-ника (12). После предварительного усили-теля (13) сигнал поступает на компьютер (14) для дальнейшей обработки и анализа.

Рисунок 2. Гомодинный импульсный средневолновой микроинтерферометр

Условные обозначения: 1) Лазер (накачки) TECH-1053 работающий в импульсном режиме на λ=1,053мкм. 2) Изолятор Фарадея для поляризационной развязки. 3) Входной резонатор. 4) Кри-сталл ПГС (PPLN:MgO), на юстируемом столике с термостатом. 5) Выходной резонатор. 6) Дихроич-ное зеркало. 7) Тепловая измерительная головка. 8) Светоделительная пластинка 50:50. 9) Металли-ческий уголковый отражатель. 10) Объектив из ZnSe. 11) Объект исследования (деталь). 12) Фокуси-рующая ZnSe линза. 13) Фотодиод. 14) Предусилитель сигнала. 15) Персональный компьютер.

Выводы: Экспериментальные исследо-

вания лазерных интерферометров показа-ла, что в диапазоне 7–9 класса точности имеет место зеркальное отражение, что позволяет обеспечить разрешающую спо-собность измерения менее 0,1мкм.

Список литературы 1. А.А. Рыжевич, С.В. Солоневич, Т.А. Желез-

някова, В.А. Базылевич. Закономерности отра-жения лазерного излучения шероховатой ме-таллической поверхностью, 11-я Международ-

ная конференция «Взаимодействие излучений с твердым телом», 23-25 сентября, Минск, Бела-русь 2015 - 82-84 с.

2. А.Г. Косилова, Р.П. Мещеряков, Справоч-ник технолога-машиностроителя. В 2-х т. 4-е изд. – М.: Машиностроение, 1986. – 496 с.

3. В.И. Телешевский, А.А. Скрынник. Лазер-ная импульсная интерференционная система, работающая в среднем ИК-диапазоне для изме-рения геометрических параметров объекта, VIII Международная конференция «Фотоника и информационная оптика», 23-25 января, Москва. – М.: НИЯУ МИФИ, 2018 - 229-230 с.

УДК 681.3:771.537.442

Толок А.В.1, Локтев М.А.2 1Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, Москва 2МГТУ «СТАНКИН», Москва

ФУНКЦИОНАЛЬНО-ВОКСЕЛЬНАЯ МОДЕЛЬ РЕЛЬЕФА МЕТОДОМ БИЛИНЕЙНОЙ

ИНТЕРПОЛЯЦИИ ТРИАНГУЛИРОВАННОЙ СЕТКИ

Представлен подход к построению функци-онально-воксельной модели (ФВ-модель) рель-ефа местности, позволяющий на основе геодези-ческой триангулированной сетки получить

локальную функциональную зависимость в каждой точке рельефа сложной формы на участ-ке местности протяжённого размера. Сглажива-ющим функциональным принципом выступает

95

билинейная интерполяция значения компонен-тов усреднённой нормали в узлах триангулиро-ванной геодезической сетки.

Топографическая сетка, триангулированная поверхность, рельеф местности, метод функцио-нально-воксельного моделирования, билиней-ная интерполяция.

Введение. Аналитическое пред-ставление сложного по форме и

протяжённого по площади рельефа мест-ности является задачей трудоёмкой и требующей ресурсных затрат на обработ-ку компьютером в процессе обращения к вычислению различных геометрических параметров.

Примером тому могут служить многие работы, посвящённые разработке средств интерполяции регулярных и нерегуляр-ных полигональных сеток билинейными и кубическими сплайнами [1-4]. Такие подходы в целом решают поставленную задачу, однако результатом такого моде-лирования является кусочно-аналитическое представление модели с вытекающими отсюда проблемами её цельного восприятия для применения в вычислительных процессах.

Целью проведённого исследования является применение функционально-воксельного метода компьютерного мо-делирования (ФВМ) для получения це-лостного аналитического представления, где каждая точка сложного рельефа пред-ставлена однородной локальной функци-ей. Такой подход позволяет рассматри-

вать ФВ-модель аналитической для каж-дой точки дискретно-точечного простран-ства.

Суть метода подробно изложена в ра-ботах [5-8] и позволяет некоторую область аналитической функции, заданной в про-странстве Rn, посредством линейной ап-проксимации на малых окрестностях каж-дой рассматриваемой точки пространства преобразовать в касательные уравнения

1 1 2 2 n n n 1a x a x a x a 0

(локальная

функция). В результате нормирования всех коэффициентов уравнения нормой

2 21 n 1N a a

получаем нормальный

вектор пространства Rn+1, содержащий характеристики локальной функции, пред-ставимые на промежутке [-1;1].

Для компактного и наглядного ком-пьютерного представления локальные характеристики приводят в соответствие с градацией оттенков цвета (например [0…255]). В результате имеем n+1 вок-сельных образов с размерностью n. Под вокселем понимается цвет в точке про-странства заданной размерности.

В качестве примера на рисунке 1 при-ведена модель воксельного представле-

ния функции 2z 5(ysin x x cos y) ,

представленной четырьмя локальными характеристиками (а1, а2, а3, а4) для ло-

кальной функции вида 4 1 2

3 3 3

a a az x y

a a a

а1 а2 а3 а4

Рисунок 1. Воксельные образы размерности n=2 четырёх локальных геометрических характеристик (а1, а2, а3, а4)

Предлагаемый далее метод билиней-ной интерполяции позволяет определять промежуточные значения компонентов нормали для каждой точки рассматривае-мой области относительно компонентов усреднённых нормалей, заданных в узло-вых точках триангулированной сетки.

Таким образом, он легко адаптируется к принципам, заложенным в методе функ-ционально-воксельного моделирования.

2. Метод билинейной интерполя-ции компонентов векторов нормалей в узловых точках триангулированной сетки (метод Фонга)

1

96

Метод билинейной интерполяции компонентов нормали больше известен в практике компьютерно-графического моделирования как метод Фонга [9]. Этот метод позволяет сглажено распределить на рассматриваемой области значения компонентов нормали относительно усреднённых нормалей в узловых точках полигональной сетки, а затем рассчитать интенсивность отражённого света в зада-че рендеринга.

Разница предлагаемого подхода от из-вестного заключается в том, что для задачи рендеринга достаточно рассматривать трёхкомпонентную модель нормали и расстояние текущей точки объекта до наблюдателя. Коэффициент d характеризу-ет положение текущей точки относительно начала системы координат, к которой при-вязан геометрический объект. В нашем случае коэффициент d должен быть введён четвёртой компонентой вектора нормали для однозначности представления локаль-ной геометрии объекта.

Сам алгоритм билинейной интерпо-ляции можно представить тремя основ-ными расчётными этапами:

Этап 1. Определение компонентов нормали для каждого треугольного эле-мента сетки.

Для вычисления четырёх компонен-тов нормали (a, b, c, d) к плоскости, задава-емой точками (Ai, Bi, Ci) i-го треугольного элемента, используется уравнение опре-делителя матрицы (4х4) вида:

A A A

B B B

C C C

x y y 1

x y z 10

x y z 1

x y z 1

.

Этап 2. Четыре компоненты усред-нённой нормали в k-ом узле сетки опреде-ляются суммой соответствующих компо-нентов нормалей плоскости треугольни-ков, содержащих k-ый узел.

Этап 3. Двойная линейная интерпо-ляция:

Линейная интерполяция компонен-тов нормали между узловыми точками отрезков [AB] и [AC]:

i iA B1i j jP (u) (1 u)a ua

1u AP / AB , j 1...4,

i iA C2i j jP (v) (1 v)a va

2v AP / AC , j 1...4, .

Линейная интерполяция компонен-тов нормали между промежуточными точками отрезка [P1P2]:

i 1 2j i ia (t) (1 t)P tP 1 1 2

jt P a / P P ,

j 1...4,

где i – номер треугольника сетки. 3. Функционально-воксельное пред-

ставление модели Получив локальные геометрические

характеристики (а1, а2, а3, а4) для каждой точки заполняемой области триангулиро-ванной сетки, нормируем их

j

j 2 2 2 21 2 3 4

an

a a a a

и получаем компо-

ненты нормали 1 2 3 4n (n ,n ,n ,n ) .

Ставим в соответствие каждому зна-чению nj значение градации цвета Cj:

j

j

(n 1)PC

2

,

где Р – значение градаций палитры цвета (например, Р=256).

В результате имеем четыре образа ло-кальных геометрических характеристик (C1, C2, C3, C4) как показано на примере рисунка 1.

Применим предложенный математи-ческий аппарат билинейной интерполя-ции для подготовки образных данных о локальных характеристиках сложного рельефа местности.

Рассмотрим реальный пример, подго-товленный для изучения рельефных осо-бенностей территории с нанесённой на её высотную карту регулярной сетки 100х100 узловых элементов.

На рисунке 2 приводится пример ре-зультата работы алгоритма билинейной интерполяции на участке сложного рель-ефа местности, представленного регуляр-ной сеткой для 10000 узловых точек.

Преимуществом такого подхода к представлению модели рельефа местности является получение образов локальных геометрических характеристик (рисунок 3), обеспечивающих оперативное представле-ние локальной функции для каждой точки рассматриваемого пространства

97

4 1 2

3 3 3

n n nz x y

n n n ,

где j

j

P2 C

2n ,(j 1...4)

P

.

Рисунок 2. Пример полутоновой градации высотных отметок z рельефа участка местности, полученных билинейной

интерполяцией относительно заданных высотных отметок в узлах наложенной

регулярной сетки

Тестирование расчётной точности представления полученной модели пока-зало хороший результат. В ходе автомати-ческого определения максимального рас-чётного значения локальной функции z на рассматриваемом участке ФВ-модели по сравнению с максимальным высотным значением z на заданной сетке показал расхождение результата в тысячных еди-ницах.

4. Заключение Предлагаемый подход к компьютер-

ному представлению геодезической ин-формации локализует функциональную зависимость аналитического описания в точках дискретного пространства. Позво-ляет применять полученное описание в различных аналитических расчётах с воз-можностью простого вычисления диффе-ренциальных параметров, характеризую-щих локальные свойства формы поверх-ности.

С1 С2 С3 С4

Рисунок 3. Образы локальных геометрических характеристик, полученные на основе билинейной интерполяции и применением RGB палитры P=256х256х256=16777216

градаций цвета

Список литературы 1. Косников, Ю.Н. Геометрическое модели-

рование в графических системах реального времени / Ю.Н. Косников. – Пенза: Информац.-издат. центр ПГУ, 2006. – 218 с.

2. Ли, В.Г. Геометрический инструментарий синтеза среды виртуальной реальности приме-нительно к тренажерам: дис. ... д-ра техн. наук: 05.01.01 / Ли Валерий Георгиевич. – Киев, 2000. – 320 с.

3. Хоанг, Т.Х. Смешивающие функции в гео-метрическом моделировании и визуализации поверхностей свободных форм / Н.В. Алексан-дрова, А.П. Зимин, Ю.Н. Косников, Т.Х. Хоанг // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс: Периодическое научное издание. – Пенза: Изд. ПГТУ. – 2015. – 03 (выпуск 25). – С. 59-60

4. Hoang, T.H. Morphing of spatial objects in real time with interpolation by functions of radial and orthogonal basis [Электронный ресурс] / Yu.N. Kosnikov, A.V. Kuzmin, T.H. Hoang // Journal of Physics: Conference Series. – IOP Publishing. – 2018. – Series 1015. – 032066. – Режим доступа: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/1015/3/032066/meta

5. Толок, А. В. Функционально-воксельный метод в компьютерном моделировании / А.В. Толок. – М.: Физматлит, 2016. – 112 с.

6. Толок Н.Б., Толок А.В. Функционально-воксельный метод компьютерных вычислений // Научная визуализация. М.: МИФИ. 2017. Т. 2, вып. 9. С. 1-12. – Режим доступа: http://sv-journal.org/2017-2/01.php?lang=ru

7. Tolok A.V., Tolok N.B., Loktev M.A. Voxel rep-resentation of local geometry // International con-

98

ferences on interfaces and human computer interac-tion 2018 game and entertainment technologies 2018 and Computer graphics, visualization, comput-er vision and image processing 2018. Part of the multi conference on computer science and infor-mation systems 2018. С. 435-438.

8. Tolok A.V., Tolok N.B. Mathematical Pro-gramming Problems Solving by Functional Voxel Method // Automation and Remote Control. 2018. Volume 79, 9. pp. 1703–1712.

9. Роджерс, Д. Математические основы ма-шинной графики / Д. Роджерс, Дж. Адамс. – Пер. с англ. – М.: Мир, 2001. – 604 с.

УДК 65.011.56 Тясто С.А., Репин С.В., Рыбаков А.В. МГТУ «СТАНКИН», Москва

ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЕКТАМИ

В статье рассматривается функциональная модель процесса оптимизации проекта в управ-лении проектами, выделяются основные харак-теристики подпроцессов, требования к оптими-зации процесса управления проектами, подси-стемы разрабатываемой конфигурации.

Управление проектами, образовательная организация, функциональная модель процесса, подсистемы конфигурации.

современном мире ни одно пред-приятие не обходится без органи-

зации жизненного цикла производства, как в бумажном виде, так и с помощью различных программных продуктов. На протяжении последних пятидесяти лет происходило активное развитие подходов к организации процессов управления производством. Руководители различных проектов: начиная от проектирования современных станков и заканчивая созда-нием огромных многомиллионных проек-тов для военной промышленности, а так-же различных проектов в архитектурной отрасли, прибегают к использованию современных программных продуктов для организации процесса управления текущими проектами, либо, в самом про-стом случае, организуют бумажный доку-ментооборот, в котором хранится вся информация о текущем проекте и его стадиях. Однако такой подход довольно часто не может обеспечить гибкое взаи-модействие внутри организованного про-екта при возникновении каких-либо про-блем в разных отделах производства. Различным отделам приходится пере-страивать вручную сроки выполнения тех или иных задач, а также распределять все

ресурсы, если руководство поменяет при-оритет какого-то этапа, либо внесет но-вый объект в обработку уже запущенного механизма [1].

В образовательных организациях также возникает необходимость в приме-нении методов и подходов по управлению проектами внутри образовательной структуры. Существуют задачи по способу организации процесса управления внут-ренними проектами в отдельных частях образовательной организации так, чтобы при изменении каких-либо отдельных этапов в общей структуре проекта можно было получить автоматически оптимизи-рованную структуру проекта с уже рас-пределенными сроками выполнения за-дач и использования ресурсов. При этом должна достигаться цель оптимизации, ради которой используется организация процесса управления проектами.

Для разработки системы, которая бы отражала и поддерживала процесс опти-мизации управления проектами внутри образовательной организации, сначала необходимо построить модель процесса управления проектами. Для реализации этого этапа была выбрана методология IDEF0, разработана функциональная мо-дель для наглядного представления взаи-модействия подсистем и элементов раз-рабатываемой системы (рисунки 1 и 2).

Из рисунка 2 видно, что для правиль-ного функционирования будущей систе-мы необходимо выполнение 4 основных подпроцессов:

В

99

Рисунок 1. Контекстная диаграмма разрабатываемой системы

– создание проекта в электронном ви-де (изначально подразумевается, что ис-ходный проект будет представлен в виде бумажных документов, из которых необ-ходимо перенести всю необходимую ин-формацию о выбранном проекте в элек-тронный вид);

– конвертация проекта в требуемый вид, который нужен для упрощения про-цесса дальнейшей оптимизации;

– валидация проекта, чтобы подгото-вить проект к началу оптимизации и, в случае каких-то несоответствий требова-ниям по начальному заполнению данных о проекте, исправить данные в проекте;

– оптимизация проекта. При создании данных о проекте в

электронном виде происходит заполне-ние руководителем необходимых данных для правильного функционирования си-стемы. Данные хранятся в специализиро-ванном хранилище с использованием современных баз данных для осуществле-ния быстрого и несложного взаимодей-ствия между основой системы и её состав-ляющими [2].

В рамках разрабатываемой конфигу-рации были выделены 4 основных подси-стемы будущей автоматизированной системы:

подсистема, обеспечивающая пользо-вателю просмотр и анализ ранее запол-ненных проектов и возможность добавле-ния новых проектов в общий список;

подсистема, в которой будут хранить-ся промежуточные состояния проекта при конвертации;

подсистема, в которой будут хранить-ся прошедшие и не прошедшие валида-цию части проектов, также будет обеспе-чиваться возможность формирования отчетов по результатам проверки;

подсистема, в которой пользователю можно будет используя данные из других подсистем получить оптимизированный проект посредством использования раз-личных обработок в автоматизированной системе.

Применение и реализация данного подхода позволит в автоматизированном режиме производить оптимизацию тех или иных проектов в организации, а также обеспечит быстрое взаимодей-ствие между руководителями отделов. Разработанную автоматизированную систему планируется в первую очередь применять при планировании и выпол-нении научно-исследовательских работ научно-педагогическими работниками университета.

100

Рисунок 2. Диаграмма декомпозиции процесса оптимизации проекта

Наличие в разрабатываемой автома-тизированной системе различных отче-тов, формируемых в автоматическом режиме, в том числе и настраиваемых пользователем, поможет руководителям различных учебных и научных подразде-лений в образовательной организации проводить анализ изменения необходи-мого количества времени на те или иные процессы в общей структуре управления образовательными проектами.

Разработанную модель процесса оп-тимизации проектов, определенные основные подпроцессы и подсистемы

планируется использовать при разра-ботке автоматизированной системы в виде конфигурации на платформе «1С: Предприятие 8.3».

Список литературы 1. Радченко М.Г. Профессиональная разра-

ботка в системе "1С: Предприятие 8". Том 1 – 2. / М.Г. Радченко. – М.: ООО "1С-Паблишинг", 2012. – 704 с.

2. Мауэргауз Ю.Е. Автоматизация оператив-ного планирования в машиностроительном производстве. – М.: ЗАО «Издательство «Эконо-мика», 2007. – 287 с.

УДК 681.518.5

Феофанов А.Н.1, Баранов Н.Е.2 1МГТУ «Станкин», Москва 2БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова, Санкт-Петербург

ИНТЕРНЕТ ВЕЩЕЙ: ПРОБЛЕМЫ И НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ

В докладе рассматриваются основные про-блемы и направления развития интернета ве-щей.

Интернет вещей, промышленный интернет.

nternet of Things (IoT) - это инфор-мационная сеть физических объек-

тов (датчиков, машин, автомобилей, зда-ний и других объектов), которая позволя-ет взаимодействовать и сотрудничать с

I

101

этими объектами для достижения общих целей [1].

В целом, Интернет вещей (IoT) опре-деляется как взаимосвязь через Интернет вычислительных устройств, встроенных в повседневные объекты, позволяющие им отправлять и получать данные [2]. Как было определено Atzori с соавторами [1], Интернет вещей может быть реализован в трех парадигмах - интернет-ориентированных (промежуточное про-граммное обеспечение), ориентирован-ных на вещи (датчиках) и семантически-ориентированных (знаниях). Хотя этот тип разграничения требуется из-за меж-дисциплинарного характера субъекта, полезность IoT может быть развязана только в области приложения, где пересе-каются три парадигмы.

Приложения IoT включают, среди прочего, транспорт, здравоохранение, умные дома и промышленные объекты [3]. Для последнего обычно используется термин «Промышленный Интернет Ве-щей» (IIoT) или просто промышленный интернет, см., например, [4].

Поскольку будущее IoT представляет-ся ярким, и ожидания растут, значитель-ные проблемы еще предстоит решить не только с технологической точки зрения, но и с точки зрения бизнеса, когда внед-рение связанных продуктов повышает ряд важных оперативных, а также страте-гических вопросов. Например, на страте-гическом уровне руководители теперь вынуждены оценивать возможности и угрозы, которые появление IoT могло бы представлять их компаниям. В результате существующие бизнес-модели, возможно, придется адаптировать или переопреде-лить на основе нового позиционирования продуктов в Интернете Вещей, и даже целые отраслевые границы, возможно, придется переоценить, поскольку конку-ренция начинает меняться и расширяться. На операционном уровне, например, могут возникнуть фундаментальные проблемы управления, поскольку жесткие аппарат-ные средства и гибкие программные культуры начинают сталкиваться не только внутри компаний, но даже на ран-них этапах разработки продукта. Процес-сы послепродажного обслуживания могут быть изменены, чтобы соответствовать

требованиям подключенных продуктов. Новые маркетинговые инструменты мо-гут стать актуальными, поскольку связан-ные продукты позволяют более прямое или расширенное общение с клиентами. И новые принципы проектирования могут потребоваться для поддержки разработки подключенного продукта, например, для обеспечения постоянного обновления продукта или персонализации [5, 6]

С технологической точки зрения, внедрение приложения IoT требует инте-грации целого ряда информационных и коммуникационных технологий в виде аппаратного и программного обеспече-ния, как описано ранее. Некоторые из наиболее важных проблем, с которыми в настоящее время сталкиваются новаторы IoT, связаны, например, с энергоснабже-нием, идентификацией и адресацией на уровне устройств, масштабируемостью в Интернете, безопасностью и личной кон-фиденциальностью, а также стандартиза-цией и согласованием [1,7,8]. Что касается платформ IoT, первая важная задача для компаний, предлагающих подключенные продукты или системы продуктов, несо-мненно, будет заключаться в выборе платформы IoT, поскольку соответствую-щий рынок молод и очень фрагментиро-ван. Ключевым фактором, несомненно, станет способность провайдеров плат-формы создавать активные экосистемы вокруг своих платформ и оказывать про-фессиональную и своевременную под-держку их партнерам, а также сообще-ствам разработчиков. И, наконец, под-держка последних и постоянно меняю-щихся стандартов, а также интеграция адекватных сквозных цепей инструмен-тов даже в области встроенного про-граммного обеспечения для повышения производительности разработчиков пред-ставляют собой еще более важные про-блемы при разработке платформ IoT [6].

Список литературы:

1. Atzori L., Iera A., Morabito G. The internet of things: a survey. 2010 (https://www.cs.mun.ca/ courses/cs6910/IoT-Survey-Atzori-2010.pdf)

2. https://en.oxforddictionaries.com/definition/internet_of_things

3. Whitmore A, Agarwal A, Da Xu L .The internet of things—a survey of topics and trends. 2015 (https://www.researchgate.net/publication/271921

102

561_The_Internet_of_Things-A_survey_of_topics_ and_trends)

4. Everything you need to know about the Industri-al Internet of Things (https://www.ge.com/digital/ blog/everything-you-need-know-about-industrial-internet-things)

5. Fleisch E., Weinberger M., Wortmann F. Busi-ness models for the internet of things. Bosch lab white paper. 2014. (http://cocoa.ethz.ch/ down-loads/2014/10/2090_EN_Bosch%20Lab%20White%20Paper%20GM%20im%20IOT%201_2.pdf)

6. Porter M.E., Heppelmann J.E. How smart, connected products are transforming competition.

2014. (https://hbr.org/2014/11/how-smart-connected-products-are-transforming-competition)

7. Mattern F. Die technische Basis fu¨r M2M und das Internet der Dinge. 2013 (http://www.vs.inf.ethz.ch/publ/papers/mattern-m2m_iot-2013.pdf)

8. Vermesan O., Friess P., Guillemin P., Sundmaeker H., Eisenhauer M., Moessner K., Arndt M., Spirito M., Medagliani P., Giaffreda R., Gusmeroli S., Ladid L., Serrano M., Hauswirth M., Baldini G. Internet of things strategic research and innovation agenda. 2014. (http://www.internet-of-things-research.eu/pdf/IERC_Cluster_Book_2014_Ch.3 _SRIA_WEB.pdf)

УДК 658.512

Фролов Е.Б., Климов А.С., Зин Мин Хтун МГТУ «СТАНКИН», Москва

MES – ОСНОВА ДЛЯ СОЗДАНИЯ «ЦИФРОВОГО ДВОЙНИКА» ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ

СИСТЕМЫ

В докладе особое внимание уделено инжи-ниринговым и эксплуатационным моделям «цифровых двойников» производственной системы - одним из фундаментальных понятий концепции Индустриальной революции 4.0 (Industry 4.0), используемых для оптимизации и управления материальными потоками предпри-ятия на этапе изготовления продукции. В каче-стве базового программного обеспечения для моделирования выбраны исполнительные производственные системы MES (Manufacturing Execution Systems).

Индустрия 4.0, «цифровой двойник», произ-водственная система, MES, оптимизация матери-альных потоков.

роизводственная система – особый вид организационно-

технической системы, который состоит из средств и предметов производства, базы конструкторско-технологической инфор-мации, производственных процессов и комплексов управления ими, совместное функционирование которых позволяет изготавливать изделия, отвечающие сво-ему служебному назначению.

Современный мир, пройдя в своей ис-тории через три промышленных револю-ции, столкнулся с новым понятием – Ин-дустриальная революция 4.0 (Industry 4.0), - новацией, рассматриваемой как надви-гающуюся будущую четвертую промыш-ленную революцию. Именно на этом чет-

вертом этапе стало активно использо-ваться понятие так называемых «цифро-вых двойников» (Digital Twins). Этот тер-мин появился еще в начале 2000-х, но с каждым годом, по мере развития про-мышленных и компьютерных технологий, он получает новое наполнение. Базовая концепция не сложна для понимания: мониторинг физического объекта осу-ществляется на основе замкнутого цикла информационного обмена между ним и его виртуальной моделью (тем самым «цифровым двойником») [1].

Говоря о концепции Индустриальной революции 4.0, обычно выделяют шесть базовых инновационных концептуальных подходов к ее реализации:

1. PLM - Product Lifecycle Management – «управление жизненным циклом изде-лия».

2. BIG Data – «Большие данные». 3. SMART Factory – «Интеллектуаль-

ный завод». 4. Cyber-physical Systems – «Ки-

берфизические системы». 5. Internet of Things (IoT) – «Интернет

вещей». 6. Interoperability – «Интеропера-

бельность» (функциональная совмести-мость).

П

103

На стадии управления жизненным циклом изделия (PLM) создается так называемый «цифровой двойник» изде-лия, а на стадии организации производ-ства и изготовления (SMART Factory) формируется цифровая модель матери-альных потоков, представляющая собой «цифровой двойник» производственной системы.

«Цифровой двойник» изделия вклю-чает: геометрическую и структурную модель объекта; набор расчётных данных деталей, узлов и изделия в целом (мате-матические модели, описывающие все происходящие в объекте физические про-цессы); информацию о технологических процессах изготовления и сборки отдель-ных элементов; систему управления жиз-ненным циклом изделия. «Цифровой двойник» изделия может использовать модифицированную численную модель с изменёнными характеристиками износа или производительности. Информация от датчиков, подключенных к реальному объекту, может передаваться «цифровому двойнику» изделия в качестве граничных условий в режиме реального времени с целью моделирования, анализа и прогно-за поведения объекта в рамках его слу-жебного назначения.

«Цифровые двойники» изделия – эволюция и классификация

Впервые полноценно эта концепция была описана в Мичиганском университе-те в 2002 г. Сейчас «цифровым двойни-ком» изделия называют его виртуальную модель, которая на микро- и макроуровне либо описывает реально существующий объект (выступая как дубль готового конкретного изделия), либо служит про-тотипом будущего объекта. При этом любая информация, которая может быть получена при тестировании физически существующего изделия, должна быть получена и на базе тестирования его «цифрового двойника».

«Цифровой двойник» изделия приме-няется на всех стадиях жизненного цикла изделия, включая проектирование, произ-водство, эксплуатацию и утилизацию. Сейчас распространена классификация, включающая три типа двойников изде-лия: цифровые двойники-прототипы (Digital Twin Prototype, DTP), цифровые

двойники-экземпляры (Digital Twin Instance, DTI) и агрегированные двойники (Digital Twin Aggregate, DTA).

DTP-двойник характеризует изделие, прототипом которого он является, и со-держит информацию, необходимую для описания и создания физических версий экземпляров изделия. Эта информация включает геометрическую и структурную модели, технические требования и усло-вия; стоимостную модель, расчетную (проектную) и технологическую модели изделия. DTP-двойник можно считать условно постоянной виртуальной моде-лью изделия.

DTI-двойники изделия описывают конкретный физический экземпляр се-мейства изделия, с которым двойник остается связанным на протяжении всего срока службы. Двойники этого типа со-здаются на базе DTP-двойника и дополни-тельно содержат производственную и эксплуатационную модели, которые включают историю изготовления изде-лия, применяемость материалов и ком-плектующих, а также статистику отказов, ремонтов, замены узлов и агрегатов и др. Таким образом, DTI-двойник изделия подвергается изменениям в соответствии с изменениями физического экземпляра при его эксплуатации.

DTA-двойники изделия определяют-ся как информационная система управле-ния физическими экземплярами семей-ства изделия, которая имеет доступ ко всем их «цифровым двойникам».

Понятие «цифрового двойника» производственной системы

Практическая реализация концепции Industry 4.0 потребовала пересмотра ин-формационного описания производствен-ной системы и реализуемых в ней процес-сов, особенно на стадии создания интел-лектуального завода (SMART Factory).

Во многом это вызвано отсутствием возможности современных информаци-онных систем машиностроительных предприятий использовать «цифровые двойники» изделий при технологической подготовке производства и в управлении процессом изготовления этих изделий. Указанные компьютерные модели также становятся малоинформативными, когда возникает потребность в оптимизации

104

материальных потоков на этапе произ-водства изделий.

Этапы жизненного цикла производ-ственной системы отличаются от этапов жизненного цикла производимых изде-лий. Основным отличием является то, что производственная система машинострои-тельного предприятия на этапе ее эксплу-атация подвержена функциональным и структурным изменениям. Это вызвано как необходимостью её технического перевооружения при изменении номен-клатуры и/или программы выпуска, так требованием повышения общей эффек-тивности станочной системы (коэффици-ента OEE – Overall Equipment Effectiveness) при снижении цикла изготовления изде-лий (коэффициента MCE – Manufacturing Cycle Effectiveness). В результате этих из-менений создаются новые конфигурации производственной системы [1, 2].

Задача цифровизации производ-ственной цепочки обусловлена требова-нием обеспечения «прозрачности» произ-водства [3], и оперативного отслеживания его текущих изменений, что позволяет на основе математических моделей много-критериальной оптимизации эффективно управлять соответствующими матери-альными потоками. Цифровой двойник производства позволяет моделировать изменения (улучшения) и просчитывать их возможные последствия при реализа-ции на уровне исполнительных подразде-лений. Получение обратной связи матема-тической модели процесса и его реального поведения в режиме on-line, является актуальной задачей обработки и анализа больших данных (Big Data), формируемых с помощью индустриального интернета (IoT).

Следовательно, если на стадии управ-ления жизненным циклом (PLM) приме-няются «цифровые двойники» изделий, то на стадии интеллектуального завода (SMART Factory) встает новая актуальная задача - задача эффективного использо-вания технологического оборудования предприятия на основе цифровизации производства. Возникает необходимость создания цифрового дуализма иного рода – «цифрового двойника» производ-ственной системы (ПС), – инструмента,

моделирующего производственные про-цессы [2, 4].

Поэтому по аналогии с «цифровым двойником» изделия, формируется и «цифрой двойник» производственной системы применительно к ее конкретной конфигурации, включающей как инжини-ринговую, так и эксплуатационную циф-ровые модели ПС:

«Цифровой двойник» производ-ственной системы – включает в себя:

инжиниринговую модель ПС, содер-жащую цифровое описание ресурсов предприятия, структуру станочной систе-мы, средства технологического оснаще-ния, номенклатуру и технологии изготов-ления изделий, систему сбора информа-ции о текущем состоянии оборудования.

эксплуатационную модель ПС, явля-ющуюся цифровой платформой для опи-сания логистической архитектуры пред-приятия, формирования планов-графиков изготовления изделий, межцеховой и внешней кооперацией, включая регла-менты технического обслуживания и ремонта оборудования. Математическому описанию также подлежит динамика внутрицеховых материальных потоков, на основе цифровизации которых формиру-ются оптимальные производственные расписания выполняемых работ.

Наиболее сложным для практической реализации является эксплуатационная модель «цифрового двойника» ПС, на которую, в частности, возлагаются следу-ющие функции:

проводить необходимые расчеты для принятия управленческих решений,

отображать в режиме реального вре-мени производственные процессы, проте-кающие в производственной системе,

проводить различные эксперименты «что, если» путем математического моде-лирования производственных процессов.

Оптимизация внутрицеховых матери-альных потоков достигается на сего-дняшний день средствами специального софта категории MES (Manufacturing Exe-cution System) [4, 5] – программного обес-печения, предназначенного для опера-тивного календарного планирования производства.

Это программное обеспечение, вклю-ченное в эксплуатационную модель «циф-

105

рового двойника» ПС, рассчитывает про-изводственное расписание по различным оптимизационным критериям. В расчете используются технологические процессы изготовления изделий, где ставится мно-гокритериальная оптимизационная зада-ча максимизировать коэффициент OEE (Overall Equipment Effectiveness) при эф-фективном снижении потерь рабочего времени технологического оборудования. Что равносильно снижению значения показателя MCE (Manufacturing Cycle Effec-tiveness), - «цифрового показателя», ха-рактеризующего эффективность произ-водственного цикла.

Заключение Понятие цифрового двойника (Digital

Twin), являющегося фундаментальным понятием «цифрового производства» (Smart Factory), следует связывать как непосредственно с самим изделием, в этом случае применяется термин: «циф-ровой двойник» изделия, так и с процес-сом изготовления изделий, - в этом случае следует использовать термин «цифровой двойник» производственной системы. Последний включает в себя как инжини-ринговую, так и эксплуатационную циф-ровые модели. Используемые совместно на этапе жизненного цикла изделия (Product Lifecycle Management), эти цифро-вые двойники должны быть функцио-

нально связаны между собой (Interoperability) и обеспечивать эксплуа-тационные характеристики проектируе-мого и изготавливаемого изделия в соот-ветствии с его служебным назначением. В основе эксплуатационных моделей «циф-ровых двойников ПС» лежит программное обеспечение категории MES (Manufactur-ing Execution Systems).

Список литературы

1. Соломенцев Ю.М. «Цифровой двойник» производственной системы – перспективный инструмент повышения эффективности станоч-ного парка машиностроительного предприятия / Соломенцев Ю.М., Фролов Е.Б. //Станочный парк, - 2018. - 8. - С. 36-39.

2. Долгов В.А. Основные подходы к форми-рованию информационной модели производ-ственно-технологической системы машиностро-ительного предприятия / Долгов В.А., Кабанов А.А. //Автоматизация. Современные технологии. - 2018. - 4. - С. 178-184.

3. Фролов Е.Б. Как добиться «прозрачности» производства, или стандарты ИСО и промыш-ленный софт на предприятии / Фролов Е.Б., Крюков В.В., Тимофеев Д.М., Крюков А.В. //Генеральный директор. - 2010. - 11. - С. 22-27.

4. Фролов Е.Б. Исполнительные производ-ственные системы – инструмент эффективного управления машиностроительным предприяти-ем / Фролов Е.Б., Залыгин А.Р., Нестеров А.В. //Генеральный директор. - 2013. - 2. - С. 76-79.

УДК 621:004

Ягольницер О.В., Худошина М.Ю., Бутримова Е.В., Букейханов Н.Р., Мартынюк А.В. МГТУ «СТАНКИН», Москва

МЕТОДИКА ВЫБОРА СОТС И СИСТЕМ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

С ПОМОЩЬЮ КОМПЛЕКСНОГО КРИТЕРИЯ

В докладе представлена методика выбора смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС) и систем их применения. Мето-дика предполагает использование различных методов принятия решений многокритериаль-ных задач. В методике авторов также применя-ется специально разработанный комплексный критерий выбора. Комплексный критерий включает в себя технологические, экологические и экономические параметры технологической системы с применением СОТС.

Смазочно-охлаждающие технологические средства (СОТС), методы принятия решений,

комплексный критерий, автоматизация процес-са выбора.

омплексный критерий, рассмат-риваемый в данной работе, пред-

ставляет собой набор параметров, харак-теристик смазочно-охлаждающих техно-логических средств (СОТС) и систем их применения. Он может меняться в зави-симости от определяемой пользователем значимости этих параметров.

К

106

Комплексный критерий включает в се-бя все параметры технологической систе-мы с применением СОТС, учитываемые в информационной модели предметной области. Комплексный критерий включает в себя технологические, экологические и экономические параметры технологиче-ской системы с применением СОТС.

Отличительной особенностью ком-плексного критерия является возможность его изменения в широких пределах в зави-симости от поставленной задачи по приня-тию решений. Изменение (формирование) комплексного критерия осуществляется путём задания весов параметрам, входя-щим в комплексный критерий. При реше-нии задачи выбора существенное влияние на выбор оказывают лишь некоторые па-раметры из общего их числа. Этим пара-метрам при решении данной задачи при-сваиваются определённые весовые коэф-фициенты в зависимости от степени их значимости. Остальные же параметры комплексного критерия не учитываются. Задание весов производит пользователь, формирующий задачу принятия решения. Вес каждого параметра, входящего в состав комплексного критерия является дополни-тельной информацией, используемой спе-циальными методами принятия решений. Вес параметра предоставляет возможность оценить значимость параметров (критери-ев), составляющих комплексный критерий, возможность их сравнения по степени значимости [1].

Для выбора смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС) и систем их применения авторами были подобраны методы принятия решений, последова-тельность применения которых показана на рис. 1.

Процесс принятия решения может быть описан разными способами. В общем случае постановка задачи принятия ре-шения формулируется следующим обра-зом. Пусть X – множество альтернатив, Y – множество возможных последствий (ис-ходов, результатов). Предполагается су-ществование причинной связи между выбором некоторой альтернативы

ix X и наступлением соответствующе-

го исхода iy Y . Кроме того, предполага-

ется наличие механизма оценки качества такого выбора [2].

Альтернативы и исходы могут быть связаны между собой детерминированной связью. В этом случае реализуется функция

y (x),x X,y Y . Связь может также

иметь вероятностный характер, когда вы-бор x определяет некоторую плотность распределения вероятностей на множестве Y. Задача принятия решения в этом случае называется задачей принятия решения в

условиях риска. i ,jj

i : P 1 , где Pi,j –

вероятность наступления исхода yj при выборе альтернативы xi. Если же информа-ция вероятностного характера отсутствует, такая задача называется задачей принятия решений в условиях полной неопределён-ности.

В случае однокритериального выбора каждый исход y можно оценить конкрет-ным вещественным числом в соответствии с некоторым заданным отображением

f :Y R . Функция f называется целевой

функцией, функцией критерия оптималь-ности или целевым функционалом.

В ситуации многокритериального вы-бора “качество” или “полезность” исхода y оценивается не одним числом f(y), а не-сколькими. Предполагается, что суще-ствует несколько показателей качества решения (критериев), описываемых

функциями kf :Y R,k 1,2,...,m , при-

чём каждую из частных целевых функций fi требуется максимизировать.

Задача выбора СОТС и систем их при-менения представляет собой многокрите-риальную задачу. В условиях, когда поль-зователь задаёт критерии выбора, но не предоставляет при этом дополнительную информацию о своих предпочтениях, ре-шением многокритериальной задачи является множество Парето – множество недоминируемых по Парето альтернатив [2]. В случае, если имеется дополнитель-ная информация, есть возможность вы-брать среди большого множества подхо-дящих решений одно или несколько оп-тимальных с помощью различных мето-дов принятия решений.

107

Рисунок 1. Последовательность применения методов принятия решений

108

Отношение Парето – это отношение доминирования Rp:

i j p k i k j i j(y ,y ) R k : f (y ) f (y ) f(y ) f(y ) .

Точка y0 называется эффективным

или Парето-оптимальным решением мно-гокритериальной задачи

kf (y) max,k 1,2,...,m;y Y , если

для некоторой точки 0y Y не суще-

ствует более предпочтительной по Парето

точки, т.е. такой точки y, что 0

p(y,y ) R .

Множество, включающее в себя все эффективные элементы множества Y, обозначается Pf(Y) или просто P(Y) и называется множеством Парето для век-торного отношения

m1 mf : Y R ,f (f ,...,f ) .

P(Y) Y . Образ множества P(Y) в

пространстве критериев Rm обозначается

P(f). Множество P(f) = f(P(Y)) называется множеством эффективных оценок. Мно-жество эффективных оценок называется также множеством Парето в пространстве критериев [2].

Смысл понятия эффективного реше-ния состоит в том, что оптимальный исход следует искать только среди элементов множества недоминируемых элементов P(Y) (принцип Парето). В противном случае

всегда найдётся точка y Y , оказываю-

щаяся более предпочтительной с учётом

всех частных целевых функций if (y) .

Цель решения многокритериальной за-дачи выбора СОТС и систем их применения

ky Y

f (y) max

на начальном этапе состоит

в выделении множества Парето P(Y).

Пример выделения множества Парето для двухкритериальной задачи выбора СОТС. Зададим два критерия отбора – со-держание серы и содержание хлора. Необ-ходимо минимизировать эти значения. Множеством Парето будет являться мно-жество вариантов, соответствующих ми-нимальным значениям этих параметров.

Множество Парето является началь-ным этапом решения задачи выбора. Зна-чения критериев в множестве Парето достигают оптимальных значений, но не всегда удовлетворяют требованиям или могут быть недостижимы на практике. Поэтому метод Парето в нашем случае самостоятельно не применяется. Для выделения подмножества вариантов вы-бора, удовлетворяющего некоторым тре-бованиям, в данной работе используется метод ограничений, который использует-ся совместно с методом Парето.

Пусть решается многокритериальная задача

i

i

f (x) max,x D,

f :D R,i 1,...,m,

(1)

где D – произвольное абстрактное множе-ство [2].

При решении задачи вначале строится множество Парето P(D). Далее метод огра-ничений реализуется следующим образом.

Пользователю предлагается назна-чить нижние допустимые границы ti для всех m критериальных функций:

i if (x) t ,i 1,...,m. (2)

Предполагается, что указанные зна-чения критериальных функций дают удо-влетворяющие пользователя варианты.

Строится множество Парето, состоящее из точек, удовлетворяющих неравенствам (2):

t i i tD x P(D) f (x) t ,i 1,...,m ,D P(D).

Решение задачи удовлетворяет толь-

ко в том случае, если все критерии одина-ково важны для пользователя. В работе авторов предполагается, что критерии могут отличаться по степени важности.

Таким образом, с помощью метода ограничений мы находим не одно возмож-ное решение, а некоторое подмножество вариантов решения, удовлетворяющих некоторым требованиям пользователя.

109

Ограничения можно установить на все параметры комплексного критерия, име-ющие ненулевой вес.

Далее, варианты из образованного с помощью метода ограничений подмноже-ства оцениваются с помощью методов принятия решений на основе дополни-тельной информации, которая задаёт наиболее существенные критерии выбора.

Для решения задачи оценки вариан-тов по комплексному критерию можно использовать различные методы много-критериального выбора на основе допол-нительной информации, в том числе: адаптивные процедуры выбора (напри-мер, метод Нелдера-Мида), выбор на осно-ве t-упорядочения, метод Саати, метод Коггера и Ю, метод “взвешенных критери-ев” [2]. Методы Саати, Коггера и Ю, “взве-шенных критериев” хорошо подходят для решения задач с малым числом критери-ев. В работе авторов использован “взве-шенных критериев”, так как данный ме-тод достаточно прост и удобен для поль-зователя. Выбор вариантов по комплекс-ному критерию осуществляется на основе разработанного алгоритма (рис. 2). Для выбора из подмножества Ω* одного или нескольких лучших используется адапти-рованная модель оценки вариантов, учи-

тывающая предпочтения пользователя, основанная на методе “взвешенных крите-риев”. Пользователь задаёт критерии вы-бора и каждому критерию присваивает вес в зависимости от степени его важности.

В свою очередь, СУБД оценивает каж-дый из вариантов образованного ограни-чениями подмножества Ω*. Каждый вари-ант обладает совокупностью признаков, характеризующих его свойства. Каждому признаку ставится в соответствие число-вая оценка с помощью некоторого отоб-ражения φ:

i ie (N ) ; i 1,...,k ,

где ei – оценка альтернативы ωi по крите-рию φ(Ni). Эта информация составляется по результатам предварительно прове-дённой экспертизы, а также по нормати-вам и экспериментальным данным. Каж-дый вариант оценивается по отдельным составляющим комплексного критерия и его интегральная оценка осуществляется путём умножения веса варианта выбора по определённому критерию на вес дан-ного критерия и последующим суммиро-ванием полученных значений для каждо-го варианта выбора. Варианты с наиболь-шими суммарными весами и являются решениями задачи принятия решения.

Рисунок 2. Алгоритм оценки вариантов по комплексному критерию

Список литературы 1. Бутримова О.В. Автоматизация выбора

смазочно-охлаждающих технологических средств и систем их применения в машиностро-ении на основе интегральной базы данных.

Диссертация на соискание учёной степени кан-дидата технических наук. М.: ФГБОУ ВО «МГТУ «СТАНКИН», 2010. – 181 с.

2. Черноруцкий И.Г. Методы принятия ре-шений. – СПб.: БХВ-Петербург, 2005. – 416 с.: ил.

110

ДЛЯ ЗАМЕТОК

111

ДЛЯ ЗАМЕТОК

112

Научное издание

ЦИФРОВАЯ ЭКОНОМИКА ОБОРУДОВАНИЕ, УПРАВЛЕНИЕ,

ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ КАПИТАЛ

Материалы всероссийской научно-практической конференции

Российская Федерация, г. Вологда

25 декабря 2018 г.

Подписано в печать 29.12.2018 г. Формат 60×84/16. Бумага офсетная. Усл. печ. л. 9,47. Уч.-изд. л. 13,12. Тираж 500 экз.

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии ООО «Маркер»

160000, г. Вологда, ул. Северная, 36, оф. 15