Шевченко л.М., Соболева г.Н., Королева е.Л., Иванова н.Н.
(БГИТА, Брянск, РФ)
Основные результаты: проведен статистический анализ прочности железобетонных конструкций, изготавливаемых на Брянском заводе строительных конструкций (БЗСК) с построением гистограмм.
Main results: the statistical analysis of the reinforced concrete strength are presented with histograms, this constructions are produced at the Bryansk plant structure construction (BPSC).
Одним из важнейших факторов роста эффективности производства является улучшение качества выпускаемой продукции или предоставляемой услуги. Повышение качества выпускаемой продукции расценивается в настоящее время, как решающее условие её конкурентоспособности на внутреннем и внешнем рынках. Конкурентоспособность продукции во многом определяет престиж страны и является решающим фактором увеличения её национального богатства.
В отечественной и зарубежной практике в настоящее время широко применяются статистические методы анализа, которые позволяют исследовать условия и факторы, влияющие на качество продукции.
Оценку качества продукции проводили по пределу прочности на сжатие с построением гистограмм.
Гистограмма представляет собой столбчатый график, построенный за определенный период по данным, которые разбиваются на несколько интервалов. Число данных попавших в каждый из интервалов (частота), выражается высотой столбика. Гистограмма отражает состояние качества проверенной партии изделий и помогает разобраться в состоянии качества изделий, выявить в ней положение среднего значения и характера рассеивания [1, 2].
В таблице 1 представлены результаты испытаний прочности железобетонных изделий, выпускаемых на Брянском заводе строительных конструкций. Данные взяты из журнала лабораторных испытаний БЗСК за 50 рабочих дней, февраль-март 2012 г.
Испытаниям подвергались образцы-кубы с размером ребра 100 мм, изготовленных из рабочих бетонных смесей следующих изделий:
фундаменты под колонны, марка бетона 200 (класс В15);
сваи забивные, марка бетона 250 (класс В20);
колонны, марка бетона 350 (класс В25);
двухскатные балки, марка бетона 400 (класс В30);
Количество образцов близнецов – 2 кубика.
Таблица 1 – Прочность изделий
№ п/п |
Прочность изделий, МПа |
|||||||
Фундамент под колонну М200 |
Сваи забивные М250 |
Колонна |
М350 |
Двухскатная балка М 400 |
||||
1кубик |
2кубик |
1кубик |
2кубик |
1кубик |
2кубик |
1кубик |
2кубик |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
1 |
17,7 |
18,3 |
20,2 |
20,4 |
25 |
25,8 |
31,1 |
32,5 |
2 |
18 |
18,4 |
20,5 |
20,8 |
25,5 |
26,1 |
29,7 |
30,2 |
3 |
18,1 |
18,5 |
20,8 |
21 |
25,3 |
26 |
31,2 |
31,7 |
4 |
18,5 |
18,7 |
21,5 |
21,7 |
25,8 |
26,3 |
30,1 |
30,8 |
5 |
17,3 |
17,5 |
20,1 |
20,9 |
25,1 |
25,8 |
31,4 |
31,9 |
6 |
18,2 |
18,7 |
19,5 |
20 |
26 |
26,5 |
30,6 |
31,3 |
7 |
18,1 |
18,8 |
19,3 |
19,9 |
26,1 |
26,7 |
29,5 |
29,9 |
8 |
18,5 |
19,3 |
19,7 |
20,4 |
25,8 |
26,5 |
30 |
30,5 |
9 |
17,3 |
19,5 |
20,6 |
20,8 |
25,5 |
26,3 |
30,4 |
30,8 |
10 |
18,2 |
18,3 |
19,1 |
19,9 |
26,3 |
27 |
31,5 |
31,9 |
11 |
18,1 |
18,2 |
19,3 |
19,7 |
26,1 |
27,1 |
29,3 |
29,6 |
12 |
19 |
19,1 |
19,8 |
20,3 |
26 |
26,8 |
30,6 |
31,2 |
13 |
19,1 |
19,3 |
20 |
20,8 |
26,5 |
27,3 |
30,5 |
31 |
14 |
17,8 |
18 |
20,5 |
21,1 |
25,8 |
26,7 |
30,8 |
31,4 |
15 |
17,5 |
17,9 |
18,6 |
19,5 |
24,7 |
25,5 |
29,8 |
30,4 |
16 |
17,6 |
17,9 |
18,5 |
19 |
25,6 |
26,1 |
30,4 |
31,1 |
17 |
17 |
17,1 |
18,8 |
19,7 |
26 |
27 |
31,7 |
32 |
18 |
18,1 |
18,4 |
18,7 |
19 |
26,1 |
26,8 |
30,2 |
30,7 |
19 |
17,3 |
17,9 |
190 |
19,8 |
26,8 |
27,5 |
29,1 |
29,8 |
20 |
18 |
18,6 |
19,1 |
19,6 |
26,5 |
27,6 |
30 |
30,6 |
21 |
17,4 |
17,4 |
19,3 |
20,2 |
26,7 |
27,5 |
30,6 |
31,4 |
22 |
17,5 |
17,8 |
19 |
19,8 |
25,6 |
26,1 |
31,2 |
31,8 |
23 |
18,3 |
18,5 |
20,5 |
21,2 |
25,8 |
26,3 |
32,5 |
32,7 |
24 |
16,8 |
17 |
21,5 |
21,8 |
26,1 |
26,4 |
30,2 |
30,9 |
25 |
16,6 |
17,1 |
19,5 |
19,9 |
26 |
26,6 |
31,7 |
32,5 |
26 |
16,7 |
17,2 |
19,7 |
20,4 |
26,3 |
26,8 |
30,8 |
31,3 |
27 |
16,7 |
17 |
19,1 |
20 |
25,8 |
26 |
31,9 |
32,4 |
28 |
18,5 |
18,7 |
19,8 |
20,5 |
26,5 |
27 |
31,3 |
31,9 |
29 |
16,8 |
17,3 |
20,5 |
20,9 |
26,7 |
27,1 |
29,9 |
30,9 |
30 |
17,3 |
17,9 |
18,6 |
19,3 |
26,5 |
26,7 |
30,5 |
31,2 |
31 |
16,8 |
17,2 |
18,5 |
19 |
26,3 |
26,8 |
30,8 |
31,5 |
32 |
18,2 |
18,4 |
18,8 |
19,2 |
27 |
28 |
31,9 |
32,5 |
33 |
18,3 |
18,7 |
18,7 |
19 |
27,1 |
27,9 |
29,6 |
30,8 |
34 |
18,1 |
18,4 |
19 |
19,9 |
26,8 |
27,2 |
31,2 |
31,7 |
35 |
17,5 |
18 |
19,1 |
19,6 |
27,3 |
27,8 |
31 |
31,9 |
36 |
19 |
19,7 |
19,3 |
19,8 |
26,7 |
27,1 |
31,4 |
32 |
37 |
17,4 |
17,8 |
19 |
20,1 |
25,5 |
26 |
30,4 |
31,2 |
38 |
19,1 |
19,7 |
19,3 |
20 |
26,1 |
26,2 |
31,1 |
31,7 |
39 |
18 |
18,3 |
20,2 |
20,8 |
27 |
27,7 |
32 |
32,9 |
40 |
17,8 |
18 |
20,2 |
20,6 |
26,8 |
27,4 |
30,7 |
31,8 |
41 |
17,3 |
17,6 |
20,8 |
21,4 |
27,5 |
28,1 |
29,8 |
30,3 |
42 |
17,5 |
18,3 |
20,1 |
21,5 |
27,6 |
28 |
30,6 |
21,1 |
43 |
18,1 |
18,7 |
19,3 |
19,8 |
27,5 |
27,9 |
31,4 |
32,1 |
44 |
17,6 |
18,1 |
20,6 |
21,2 |
26,1 |
26,8 |
31,8 |
32,4 |
45 |
17 |
17,4 |
19,3 |
20 |
25,5 |
26 |
31,1 |
31,6 |
46 |
16,7 |
18 |
20 |
20,3 |
26,3 |
26,8 |
29,7 |
30,9 |
47 |
16,4 |
16,9 |
18,6 |
19,7 |
26,1 |
26,5 |
31,2 |
31 |
48 |
17 |
17,2 |
18,8 |
19,8 |
26 |
26,6 |
30,1 |
31,1 |
49 |
17,1 |
17,6 |
19 |
19,6 |
26,5 |
27 |
31,4 |
32,4 |
50 |
18 |
18,2 |
20,5 |
20,6 |
25,8 |
26,1 |
30,6 |
31 |
Составление гистограмм осуществлялось в следующей последовательности:
1. Рассчитывалось среднее арифметическое значение результатов испытаний образцов-кубов. Количество измеряемых единиц - 50 по каждому виду изделий.
2. Среди измеренных значений определялись наибольшие (Хmax) и наименьшие значения (Хmin).
3. Определялась широта распределения (размах) по формуле (1):
|
(1) |
4. Определялась широта интервала по формуле (2):
|
(2) |
где h – широта интервала;
R – размах;
К – количество интервалов, определяемое по формуле (3):
|
(3) |
где n – количество измерений, в данном случае равное 50.
5. Устанавливались граничные значения интервалов. Наименьшее граничное значение для первого участка определялось по формуле (4):
|
(4) |
Вторая и последующие границы интервала находятся по формуле (5):
|
(5) |
6. Штриховыми отметками определялось количество показателей, попавших в данный интервал вида.
7. Строилась гистограмма распределения. По оси абсцисс наносятся границы интервалов, а по оси ординат - шкала для частот.
8. На основании полученных гистограмм делалось заключение о стабильности полученных результатов.
Произведя расчеты по выше приведенным формулам, были получены данные для построения гистограмм (таблицы 2–5).
Таблица 2 – Плотность распределения интервалов и частоты для фундаментов под колонны
Интервал i |
Границы интервала |
Середина интервала, хi |
Штриховые отметки |
Частота, mi |
Накопленная частота |
1 |
16,82-17,18 |
17,0 |
///// |
5 |
5 |
2 |
17,18-17,54 |
17,36 |
/////// |
7 |
12 |
3 |
17,54-17,90 |
17,72 |
//////// |
8 |
20 |
4 |
17,90-18,26 |
18,08 |
/////// |
7 |
27 |
5 |
18,26-18,62 |
18,44 |
/////////// |
11 |
38 |
6 |
18,62-18,98 |
18,8 |
////// |
6 |
44 |
7 |
18,98-19,34 |
19,16 |
//// |
4 |
48 |
8 |
19,34-19,70 |
19,52 |
// |
2 |
50 |
Таблица 3 – Плотность распределения интервалов и частоты для свай забивных
Интервал i |
Границы интервала |
Середина интервала, хi |
Штриховые отметки |
Частота, mi |
Накопленная частота |
1 |
18,57-18,93 |
18,75 |
// |
2 |
2 |
2 |
18,93-19,29 |
19,11 |
///// |
5 |
7 |
3 |
19,29-19,65 |
19,47 |
/////// |
7 |
14 |
4 |
19,65-20,01 |
19,83 |
//////// |
8 |
22 |
5 |
20,01-20,37 |
20,19 |
/////////// |
11 |
33 |
6 |
20,37-20,73 |
20,55 |
//////// |
8 |
41 |
7 |
20,73-21,09 |
20,91 |
///// |
5 |
46 |
8 |
21,09-21,45 |
21.27 |
//// |
4 |
50 |
Таблица 4 – Плотность распределения интервалов и частоты для колонн
Интервал i |
Границы интервала |
Середина интервала, хi |
Штриховые отметки |
Частота, mi |
Накопленная частота |
1 |
25,325-25,675 |
25,5 |
/ |
1 |
1 |
2 |
25,675-26,025 |
25,85 |
////// |
6 |
7 |
3 |
26,025-26,375 |
26,2 |
///////// |
9 |
16 |
Таблица 4 – Продолжнеие
4 |
26,375-26,725 |
26,55 |
//////// |
8 |
24 |
5 |
26,725-27,075 |
26,9 |
////////// |
10 |
34 |
6 |
27,075-27,425 |
27,25 |
////// |
6 |
40 |
7 |
27,425-27,775 |
27,6 |
//// |
4 |
44 |
8 |
27,775-28,125 |
27,95 |
////// |
6 |
50 |
Таблица 5 – Плотность распределения интервалов и частоты для двухскатных балок
Интервал i |
Границы интервала |
Середина интервала, хi |
Штриховые отметки |
Частота, mi |
Накопленная частота |
1 |
29,38-29,82 |
29,6 |
// |
2 |
2 |
2 |
29,82-30,26 |
30,04 |
// |
2 |
4 |
3 |
30,26-30,7 |
30,48 |
///// |
5 |
9 |
4 |
30,7-31,14 |
30,92 |
//////////// |
12 |
21 |
5 |
31,14-31,58 |
31,36 |
//////// |
8 |
29 |
6 |
31,58-32,02 |
31,8 |
//////////// |
12 |
41 |
7 |
32,02-32,46 |
32,24 |
//// |
4 |
45 |
8 |
32,46-32,9 |
32,68 |
///// |
5 |
50 |
|
Рисунок 1 – Гистограммы распределения прочности при сжатии железобетонных изделий: а) фундаменты под колонны В15; б) сваи забивные В20; в) колонны В25; г) двухскатные балки В30
|
По плотности распределения построены гистрограммы (рисунок 1).
Заключение
На основании проведенного статистического анализа прочности железобетонных изделий, выпускаемых на БЗСК, можно сделать следующие выводы:
1. На рисунке 1 а; 1 в; 1 г форма распределения неудовлетворительна, так как она имеет два пика. Это можно объяснить тем, что возможно менялись сырьевые материалы, либо тем, что могла появиться ошибка в расчетах составов бетонных смесей;
2. На рисунке 1 б форма распределения удовлетворительна, так как левая и правая стороны гистограммы относительно симметричны, а широта распределения составляет 3/4 широты допуска, следовательно, в данной ситуации можно продолжать изготовление изделий (свай забивных).
Литература
1 Басовский, Л.Е. Управление качеством [Текст]/ Л.Е. Басовский, В.Б. Протасьев. – М.: ИНФРА–М, 2006. – 212 с.
2 Гиссин, В.И. Управление качеством [Текст]/В.И. Гиссин. – Ростов-на-Дону: ИКЦ, 2003. – 400 с.
1.31 |
СРАВНИТЕЛЬНОЕ МИКРОСКОПИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАННЕЙ ГИДРАТАЦИИ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА В ПРИСУТСТВИЕ РАЗЛИЧНЫХ УГЛЕВОДОВ |
Шошин Е.А., Петров Р.В. (СГТУ, г. Саратов, РФ)
Изучение структуры модифицированного цементного геля с помощью сканирующей электронной микроскопии показало, что малые количества углеводов меняют как строение цементного геля, так и процесс гидратации на ранних сроках, причём структура различна для каждого углевода.
The studies of modified cement gel structure by scanning electron microscopy showed that the small amount of carbohydrates alters both the structure of cement gel and primary hydration process. Structure differs for every type of carbohydrate.
Разработка добавок для цементных бетонов на основе углеводов являются перспективным направлением химизации строительства в связи с высокой доступностью углеводного сырья и разнообразием структурных форм углеводов. Рост интереса к углеводам наблюдается и со стороны зарубежных исследователей [1-4]. Механизмы взаимодействия углеводов и гидратирующегося цемента не до конца ясны. Известно, что углеводы замедляют гидратацию и схватывание цемента, однако этот эффект неодинаков для различных углеводов. Принято считать, что замедление происходит потому, что углевод адсорбируется на поверхности гидратирующихся цементных частиц и/или на поверхности продуктов гидратации, образуя тем самым временное препятствие для дальнейшей гидратации, или связываются с цементными фазами путем комплексообразования [5-8]. В то же время, неясным является эффект ускорения схватывания цемента при превышении некоторой пороговой концентрации углеводов в цементе, а также причина увеличения площади удельной поверхности цементного камня, который гидратируется в присутствии углеводов [2]. В целом, присутствие простейших углеводов, таких как фруктоза, глюкоза, сахароза не останавливает гидратационный процесс, однако купирует формирование кристаллической фазы, что и приводит к катастрофическому искажению фазовой картины цементного камня, потере им физико-механических свойств, в частности, частично или полностью исключает эффект схватывания цементного теста [9, 10].
Изменение фазовой картины цементного камня возможно объяснить специфической адсорбцией углеводов на поверхностях силикатов и алюминатов [2], которая проявляется в изменении морфологии кристаллической фазы цементного камня. Причем даже незначительные изменения в структуре углевода способны кардинально повлиять на характер и силу адсорбционных взаимодействий углевода с минеральной поверхностью. В этой связи особый интерес представляет изменение характера структуры первичных гидратных новообразований, формирующихся в присутствие углеводов.
Для реализации поставленной задачи образцы цементных паст, отвержденных в присутствие дисахаридов – сахарозы, лактозы и мальтозы (0,003 моль/100г цемента), были подвергнуты помолу в агатовой шаровой мельнице в водной среде с последующей обработкой в ультразвуковом дезинтеграторе. Твердая фаза полученной суспензии отделялась и наносилась на полимерную подложку. Получаемые таким способом образцы содержат информацию как о первичных продуктах гидратации, так и продуктах их компактизации.
|
|
а) |
б) |
Рисунок 1 – Характеристические нано-структуры гидратирующегося портландцемента
Согласно общим представлениям о процессах гидратации немодифицированного цемента [5] среди продуктов гидратации в начальный период накапливаются алюминатные фазы – призматические кристаллы эттрингита (не показаны на рисунке) и продукты их трансформации кубической формы (рисунок 1 а). Одновременно в системе присутствуют развитые кластерные структуры из первичных сферических наночастиц, диаметром 30-40 нм, формирующих обширную пространственную гелевую сетку (рисунок 1 б).
В присутствие углеводов картина резко меняется, причем изменения носят индивидуальный характер. Так, присутствие сахарозы провоцирует накопление в жидкой фазе неструктурированных агрегатов первичных наночастиц, диаметром 30-70нм, склонных к уплотнению с образованием крупных изолированных частиц неправильной округлой формы (продукты компактизации) диаметром 300-400нм (рисунок 2 а, б), что, в целом, отвечает экспериментальным результатам исследований других авторов [2, 3, 11], свидетельствующих о преимущественном накоплении в системе зародышевой фазы.
|
|
|
а) |
б) |
в) |
Рисунок 2 – Характеристические нано-структуры портландцемента, гидратирующегося
в присутствие сахарозы
Характерно наличие в системе большого количества кубических алюминатов (рисунок 2, в) на фоне отсутствия призматических кристаллов эттрингита, что свидетельствует об отсутствии выраженных эффектов стабилизации эттригитовых фаз.
|
|
|
а) |
б) |
в) |
Рисунок 3 – Характеристические нано-структуры портландцемента, гидратирующегося
в присутствие мальтозы
В присутствие мальтозы активную трансформацию в ходе гидратации претерпевают эттрингитовые фазы, которые распадаются с образованием кластерных структур из сферических частиц нанометрового размера (рисунок 3 а). В то же время, в системе отмечается присутствие большого количества изолированных частиц (d = 150-250нм) неправильной формы - продуктов компактизации первичных наночастиц (рисунок 3 б). При этом первичные наночастицы образуют слаборазвитые гелеподобные структуры, аналогичные немодифицированной цементной системе (рисунок 3 в). Кубические и призматические частицы алюминатов представлены в равной степени.
|
|
|
а) |
б) |
в) |
Рисунок 4 – Характеристические нано-структуры портландцемента, гидратирующегося
в присутствие лактозы
Наибольшие отличия наблюдаются в присутствие лактозы, провоцирующей активное образование кристаллических фаз, склонных к фрагментации (рисунок 4 а), а так же изолированных частиц правильной кубической формы (рисунок 4б). При этом образования кластеров из первичных наночастиц почти не наблюдается (рисунок 4в). Призматические частицы эттрингитовых фаз так же отсутствуют.
Исследования выполнены на базе центра коллективного пользования «Симбиоз» при институте биохимии и физиологии растений и микроорганизмов (ИБФРМ) РАН.
Заключение
Присутствие дисахаридов кардинально меняет характер наноразмерных продуктов уже в первый час гидратации портландцемента и способно ориентировать процессы фазообразования в сторону преимущественного накопления аморфных сферических элементов или кристаллических с характерным габитусом продуктов гидратации в зависимости от вида модифицирующего углевода.
Литература
1 Bazid Khan The effect of sugar on setting-time of various types of cements/Bazid Khan, Bulent Baradan//Quarterly science vision Vol.8(1) July – September, 2002, p. 71–78.
2 Maria C. Garci Juenger New insights into the effects of sugar on the hydration and microstructure of cement pastes/Maria C. Garci Juenger, Hamlin M. Jennings //Cement and Concrete Research 32 (2002), p. 393–399.
3 Akogu Elijah Abalaka Effects of Sugar on Physical Properties of Ordinary Portland Cement Paste and Concrete/Akogu Elijah Abalaka//AU J.T. 14(3) (Jan. 2011), p. 225-228.
4 Benjamin J. Smitha Origins of saccharide-dependent hydration at aluminate, silicate, and aluminosilicate surfaces/Benjamin J. Smitha, Aditya Rawala, Gary P. Funkhouserb, Lawrence R. Robertsc, Vijay Guptad, Jacob N. Israelachvilia,1, and Bradley F. Chmelka//PNAS (May 31), 2011 (vol. 108), no. 22. P. 8949–8954.
5 Рамачандран, В. Наука о бетоне: Физико-химическое бетоноведение [Текст]/В. Рамачандран, Р. Фельдман, Дж. Бодуэн. – Под ред. В.Б.Ратинова. – М.: Стройиздат, 1986. – 278 с.
6 N.L. Thomas The retardation action of sugarson cement hydration/N.L. Thomas, J. D. Birchall//Cem. Concr. Res. 13 (6) (1983) 830–842.
7 N.L. Thomas A Reply to a Discussion by S. Chatterji of ‘The retarding action of sugars on cement hydration’/N.L. Thomas, J.D. Birchall//Cem. Concr. Res. 14 (1984) 761-762.
8 J.D. Birchall The mechanism of retardation of setting of OPC by sugars/ J.D. Birchall, N.L. Thomas//Br. Ceram. Proc. 35 (1984) 305–315.
9 Шошин, Е.А. Влияние видов углеводов на характер комплексов «углевод-продукты гидратации» в составе цементного камня [Текст]/Е.А. Шошин, Д.К. Тимохин, Н.А. Козлов, С.Д. Темралеева//Инновации и актуальные проблемы техники и технологий: материалы Всерос. научно-практ. конф. молодых ученых: в 2 т. – Т.2. – Саратов: СГТУ, 2009. – С. 183–186.
10 Тимохин, Д.К. Структурообразование цементного камня модифицированного гидроксилсодержащими добавками углеводов [Текст]/Д.К. Тимохин, Н.А. Козлов//Вестник ВолгГАСУ. – Серия: Стр-во и архитектура. – Волгоград, 2010. – вып. 19(38). – С. 69–76.
11 Глекель, Ф.Л. Физико-химические основы применения добавок к минеральным вяжущим [Текст]/Ф.Л. Глекель. – Ташкент: изд-во «ВАН», 1974. – 123 с.
1.32 |
ВОПРОСЫ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОЛОГИИ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ |
Янченко В.С., Федоренко Е.А., Выпова А.С., Колжикова О.Н.
(БГИТА, г. Брянск, РФ)
Рассмотрены понятия жизненного цикла и CALS-технологии применительно к производству строительных изделий.
Concepts of life cycle and CALS-technology with reference to manufacture of building products are considered.
Одним из направлений повышения эффективности производства строительных изделий является применение современных информационных технологий для обеспечения процессов, протекающих в ходе всего жизненного цикла (ЖЦ) продукции и ее компонентов.
Под жизненным циклом системы обычно понимается непрерывный процесс, который начинается с момента принятия решения о необходимости создания технической системы и заканчивается в момент прекращения ее эксплуатации [1, 2].
Например, в ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207-99 дается нижеследующее определение жизненного цикла:
«Модель жизненного цикла (life cycle model): структура, состоящая из процессов, работ и задач, включающих в себя разработку, эксплуатацию и сопровождение программного продукта, охватывающая жизнь системы от установления требований к ней до прекращения ее использования [3]».
Концепция ЖЦ возникла в 70-х годах прошлого века в оборонном комплексе США и получила название «Product Lifecycle Management» - PLM (Технология управления жизненным циклом изделия). Ее развитие связано с разработкой еще одной современной концепции – CALS (Continuous Acquisition and Life-cycle Support – непрерывная поддержка жизненного цикла продукта). Это технология комплексной компьютеризации сфер промышленного производства, цель которой – унификация и стандартизация спецификаций промышленной продукции на всех этапах её ЖЦ. Таким образом, CALS – это методология создания единого информационного пространства промышленной продукции, обеспечивающего взаимодействие всех промышленных автоматизированных систем (АС). Находит применение также понятие PLM (Product Lifecycle Management) – практический синоним CALS – технология управления жизненным циклом изделий. Это организационно-техническая система, обеспечивающая управление всей информацией об изделии и связанных с ним процессах на протяжении всего его жизненного цикла, начиная с проектирования и производства до снятия с эксплуатации.
Типичная схема жизненного цикла изделия на предприятии – производителе представлена на рисунке 1 [4]. Как видно из рисунка, первый этап жизненного цикла – процесс разработки – использует средства CAD (Computer Aided Design - система автоматизированного проектирования) и CAE (Computer-aided engineering – система автоматизации инженерных расчётов и анализа).
На втором этапе в процессе производства используется система CAM (Computer-aided manufacturing – система автоматизированной разработки программ обработки деталей для станков с ЧПУ или ГАПС).
Приведенная схема в большей степени соответствует разработке и производству промышленного (машиностроительного) изделия. При производстве строительных изделий, например, блоков, кирпича, плитки и т.п. разработка самого изделия фактически неотделима от разработки технологического процесса. Поэтому необходимо рассматривать ЖЦ системы, включающей разработку проекта технологического процесса и собственно технологического процесса (технологической линии) для производства изделий.
|
Рисунок 1 – Жизненный цикл изделия
Однако, процессы ЖЦ системы универсальны, в чем и состоит эффективность применения данной методики. Следуя [3], можно указать следующие процессы, распределенные по трем категориям:
1. Основные процессы жизненного цикла – Primary Processes
1.1 Заказ –Acqusition
1.2 Поставка – Supply
1.3 Разработка – Development
1.4 Эксплуатация – Operation
1.5 Сопровождение – Maintenance
2. Вспомогательные процессы жизненного цикла – Supporting Processes
2.1 Документирование – Documentation
2.2 Управление конфигурацией – Configuration Management
2.3 Обеспечение качества – Quality Assurance
2.4 Верификация – Verification
2.5 Аттестация – Validation
2.6 Совместный анализ – Joint Review
2.7 Аудит – Audit
2.8 Решение проблем – Problem Resolution
3. Организационные процессы жизненного цикла – Organizational Processes
3.1 Управление – Management
3.2 Создание инфраструктуры – Infrastructure
3.3 Усовершенствование – Improvement
3.4 Обучение – Training
В общем случае, разбиение каждого процесса на отдельные этапы можно обуществлять на основе широко распространенного PDCA-цикла:
«P» – Plan – Планирование
«D» – Do – Выполнение
«C» – Check – Проверка
«A» – Act – Реакция (действие)
Модели жизненного цикла.
В большинстве источников информации и практических разработок рассматриваются следующие модели ЖЦ:
каскадная (водопадная) или последовательная;
итеративная и инкрементальная – эволюционная (гибридная, смешанная);
спиральная (spiral) или модель Боэма.
Наиболее распространены в настоящее время две модели: каскадная и спиральная.
|
|
а) |
б) |
Рисунок 2 – Каскадные модели жизненного цикла:
а) каскадная модель ЖЦ, б) каскадная модель ЖЦ с промежуточным контролем
В каскадной модели (рисунок 2 а) осуществляемый проект разбивается на строго последовательные этапы. При этом на каждом этапе формируется законченный набор проектной документации. Каскадная модель дает возможность планировать сроки завершения работ и затраты на их выполнение. На рисунке 2 б изображена поэтапная модель с промежуточным контролем. Разработка системы ведется итерациями с циклами обратной связи между этапами. Межэтапные корректировки позволяют учитывать реально существующее взаимовлияние результатов разработки на различных этапах; понятно, что при этом время жизни каждого из этапов может быть растянуто на весь период разработки. Надежность модели повышается. Недостатком каскадных моделей является то, что согласование результатов возможно только после завершения каждого этапа работ. Время общей разработки затягивается. Оперативное вмешательство затруднено, контакты между разработчиками технологического проекта и специалистами, реализующими его в цеху, не предусматривают творческого взаимодействия.
Спиральная модель (рисунок 3) ориентирована на активную работу всех специалистов над системой, постоянно корректируемой во время разработки. В спиральной модели реализуемость технических решений проверяется путем создания прототипов.
|
Рисунок 3 – Спиральная модель ЖЦ
Итеративная разработка отражает объективно существующий спиральный цикл создания сложных систем. Она позволяет переходить на следующий этап, не дожидаясь полного завершения работы на текущем.
Основная проблема спирального цикла - определение момента перехода на следующий этап. Планирование приходится производить на основе статистических данных, полученных в предыдущих проектах, и личного опыта разработчиков.
Какая из моделей ЖЦ наиболее эффективна для разработки, анализа и внедрения технологических процессов строительных изделий, должны показать исследования производства различных продуктов и обобщение полученных результатов.
Существенно снизить время разработки и сэкономить материальные средства возможно за счет применения математического компьютерного моделирования технологического процесса. При этом возможно создавать и анализировать большое количество виртуальных ЖЦ. Наиболее приемлемым представляется использование при моделировании формализма гибридного автомата. Гибридный автомат позволяет реализовывать при моделировании дискретно-непрерывные алгоритмы, обеспечивая тем самым неограниченную универсальность. На рисунке 4 показана такая модель, разработанная в среде визуального моделирования MvS, для технологического процесса производства ЖБИ. Эта модель позволяет в интерактивном режиме изменять производительность технологических агрегатов, время операций, устанавливать новые посты, изменять связи между элементами модели и так далее.
|
Рисунок 4 – Гибридная модель технологического процесса производства ЖБИ
Дополняя гибридную модель технологического процесса новыми компонентами, возможно охватить весь ЖЦ исследуемой системы. Таким образом, математическое компьютерное моделирование становится важнейшим элементом при применении CALS-технологии в производстве строительных изделий.
Заключение
Рассмотрены основные определения, схемы и процессы жизненного цикла применительно к производству строительных изделий. Показана актуальность математического моделирования при описании жизненного цикла и применении CALS-технологии.
Литература
1 Bill Ausura, Mark Deck, The «new» Product Lifecycle Management systems: What are these PLM systems? And how can they help your company do NPD better? [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.pdma.org.
2 Product Lifecycle Management, «Empowering the Future of Business». CIMdata [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.acutyinc.com/News/articles/PLM_defined_CIMdata.pdf.
3 ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207-99 Информационная технология. Процессы жизненного цикла програмных средств [Текст]. – Введ. 1.07.2000.
4 Пестрецов, С.И. CALS-технологии в машиностроении: основы работы в CAD/CAE-системах [Текст]: учебное пособие/С.И. Пестрецов. – Тамбов: Изд-во ГОУ ВПО ТГТУ, 2010. – 104 с.
1.33 |
Влияние Оптимизации зернового состава органического заполнителя растительного происхождения на физико-технические характеристики древесно-цементных композиций |