Учебное пособие 2221

ВЫПУСК № 1 (19), 2020

ISSN 2618-7167

Казанский государственный энергетический университет

Kazan State Power Engineering University

студент Э.Р. Галиуллина, тел.: 8-843-519-4326, Россия, г. Казань

Student E.R. Galiullina, Ph.: 8-843-519-4326, Russia, Kazan

Казанский государственный энергетический университет

Kazan State Power Engineering University

канд. техн. наук, доцент Р.С. Зарипова, e-mail: zarim@rambler.ru

Cand. tech. Sci., Assoc. R.S. Zaripova, e-mail: zarim@rambler.ru

Россия, г. Казань

Russia, Kazan

Э.Р. Галиуллина,

Р.С. Зарипова

Фоторефрактивный6 эффект – это явление,

использованы в волоконно-оптических устрой-

при котором локальный показатель преломления

ствах, таких как модуляторы, переключатели,

изменяется пространственным изменением ин-

компенсаторы дисперсии, фильтры, мультиплек-

тенсивности света [1]. Изменение простран-

соры / демультиплексоры с разделением по

ственного индекса приводит к искажению вол-

длине волны и др.

нового фронта, и такой эффект называют «опти-

Считается, что фоторефрактивный эффект

ческим повреждением». С тех пор фоторефрак-

возникает от оптически генерируемых носителей

тивный эффект наблюдался во многих электро-

заряда, которые мигрируют, когда кристалл под-

оптических кристаллах. Фоторефрактивные ма-

вергается пространственно изменяющейся схеме

териалы, безусловно, являются наиболее эффек-

освещения фотонами, имеющими достаточную

тивными носителями для записи динамических /

энергию. Миграция носителей заряда из-за

статических голограмм. На этих носителях ин-

дрейфа, диффузии и фотоэлектрического эффек-

формация может храниться, извлекаться и сти-

та приводит к разделению пространственного

раться при освещении [2]. В дополнение к голо-

заряда, что приводит к появлению сильного поля

графическим свойствам происходит энергетиче-

пространственного заряда [1]. Такое поле вызы-

ская связь между записывающими лучами, а

вает изменение показателя преломления посред-

также между считывающим лучом и дифрагиро-

ством электрооптического эффекта (эффект Пок-

ванным лучом. Фоторефрактивные носители яв-

кельса). Эта простая картина фоторефрактивного

ляются многообещающими в информационных

эффекта может быть использована для объясне-

системах благодаря своим уникальным свой-

ния нескольких интересных оптических явлений

ствам, таким как низкая интенсивность работы,

в этих средах. Нелинейно-оптические процессы,

большой объем памяти, направленная передача

включая двух-, четырехволновое смешение и

энергии, отклик в реальном времени и большой

фазовое сопряжение, являются типичными ха-

динамический диапазон [3]. Эти особенности

рактеристиками фоторефрактивного эффекта [3].

делают их привлекательными материалами для

С момента своего открытия фоторефрактивный

хранения объемных голографических данных,

эффект применяется для оптического хранения

системы обработки изображений стимулировали

данных и обработки информации.

продвижение фоторефрактивных устройств. Фо-

В последние годы исследования в области

торефрактивные материалы были предложены и

применения фоторефрактивных материалов бы-

ли сосредоточены на хранении объемных голо-

©

Галиуллина Э.Р., Зарипова Р.С., 2020

конкурентоспособным из-за его большой емко-

ВЫПУСК № 1 (19), 2020

ISSN 2618-7167

сти (ТБит / см3) и высокой скорости доступа

мы формирования решеток в светочувствитель-

(Гбит / с). Несколько голограмм могут быть за-

ном стекле все еще изучаются. Считается, что

писаны в фоторефрактивном кристалле или фо-

два из этих механизмов участвуют в формирова-

тополимере последовательно с использованием

нии индексных решеток в германосиликатных

графика экспозиции, который уравнивает эффек-

волокнах: формирование центров окраски, кото-

тивность дифракции или коэффициент ошибок

рые изменяют показатель преломления через со-

по битам. Различные углы опорного пучка, или

отношение Крамерса-Кронига, и уплотнение,

длины волны, или фазовые распределения могут

которое происходит внутри стеклянных волокон

быть выбраны для различных воздействий; из-

при освещении УФ-светом.

вестный как мультиплексирование по длине вол-

Поскольку скорость передачи увеличива-

ны, угловое мультиплексирование и фазовое

ется от 2,5 до 10 Гбит/с и выше, а диапазон кана-

мультиплексирование соответственно [1]. Как

лов уменьшается от 200 до 50 ГГц, хроматиче-

только информация сохраняется на голографиче-

ская дисперсия и наклон дисперсии становятся

ском носителе, ее можно извлечь и использовать

ограничивающими факторами в системах WDM.

в качестве библиотеки для распознавания обра-

Было предложено несколько методов для ком-

зов или другой обработки. Уникальным преиму-

пенсации дисперсии и наклона дисперсии, вклю-

ществом такой системы является параллельный

чая компенсационное волокно, фазированную

характер считывания, когда входной опорный

матрицу виртуального изображения, обычную

луч может считывать всю страницу информации,

решетку из чирпированного волокна и т. д. Ре-

или, альтернативно, входной объект может срав-

шетка из чирпированного волокна идеальна для

ниваться со всеми сохраненными изображениями

компенсации дисперсии и может использоваться

одновременно для достижения высокой скорости

для компенсации наклона с нелинейным ЛЧМ,

распознавания образов.

но требует большой длины решетки для покры-

Новые и улучшенные фотополимеры были

тия достаточного количества каналов и точного

разработаны в результате поиска лучших голо-

контроля периода для достижения желаемой

графических материалов для оптического хране-

компенсации.

ния данных. Фотополимер перед воздействием

В заключение, фоторефрактивные устрой-

света состоит из фотополимеризуемых мономе-

ства становятся все более важными в информа-

ров, диспергированных в матрице. При освеще-

ционных системах [4]. В этой статье мы кратко

нии пространственно изменяющимся световым

рассмотрели предыдущие работы по примене-

рисунком мономеры в ярких областях становятся

нию фоторефрактивных материалов при обра-

полимерами. В то же время оставшиеся мономе-

ботке и хранении информации и описали наши

ры будут диффундировать, образуя равномерное

недавние работы по применению новых фоторе-

распределение по всей массе среды. Сумма по-

фрактивных материалов в волоконно-оптической

лимеров и мономеров образует решетку плотно-

связи. В частности, мы разработали перестраива-

сти, которая может быть зафиксирована равно-

емый WDM-фильтр с плоской вершиной, вклю-

мерным освещением после того, как диффузия

чающий зеркала DBR, записанные голографиче-

мономеров достигнет устойчивого состояния.

ски в фотополимерах, продемонстрировали из-

Поскольку показатель преломления полимера

бирательное переключение по длине волны на

зависит от его плотности, в результате решетча-

основе переключаемых решеток в жидких кри-

той плотности образуется индексная решетка [2].

сталлах, диспергированных в голографических

Поскольку процесс фотополимеризации необра-

полимерах, и построили многоканальный ком-

тим, решетки, записанные в фотополимерах, яв-

пенсатор наклона дисперсии с использованием

ляются постоянными и оптически не стираемы-

нового образца FBG с выдержками после записи.

ми. Преимуществами фотополимеров являются

Эти работы продемонстрировали возможность

их относительно большой динамический диапа-

использования новых фоторефрактивных мате-

зон и нелетучая природа. Одна проблема с фото-

риалов в волоконно-оптических устройствах для

полимерами заключается в том, что материал

систем WDM.

сжимается во время полимеризации, что приво-

Библиографический список

дит к несоответствию Брэгга при считывании.

Фоточувствительность в стекле была впер-

1. Барачевский В.А. Современное состоя-

вые обнаружена в оптических волокнах Кеном

ние разработки светочувствительных сред для

Хиллом. в 1978 г., за которым последовал про-

голографии (обзор) // Оптика и спектроскопия. –

рыв Мельца и в 1989 г., в котором сообщалось о

2018. – Т. 124. – № 3. – С. 371-399.

голографической записи решеток с использова-

2. Антипова Р.С. Влияние RAID - техно-

нием однофотонного поглощения при 244 нм.

логии на производительность систем хранения

После этого волоконные брэгговские решетки

данных / Т.С. Антипова, Р.С. Зарипова / Ученые

(FBG) нашли многочисленные применения в во-

записки ИСГЗ. – 2018. – Т. 16. – № 2. – С. 24-29.

локонно-оптических устройствах, хотя механиз-

3. Гапонов А.Ю., Сюй А.В., Максименко

– 2013. – Т. 1. – С. 224-228.

В.А. Исследование фоторефрактивных свойств

4. Антипова Т.С. Перспективы и пробле-

кристаллов ниобата лития по угловым характе-

мы импортозамещения информационных техно-

ристикам индикатрисы фотоиндуцированного

логий в России / Т.С. Антипова, Р.С. Зарипова /

рассеяния света // Научно-техническое и эконо-

Наука Красноярья. 2019. – Т. 8. – №4-4. –С.11-14.

мическое сотрудничество стран АТР в XXI веке.

УДК 642.073

Введение. 7 Развитие BIM - технологий в

работы с данными, которые можно вложить в

строительстве идет нарастающими темпами. Раз-

модель, а затем в виде спецификаций вывести в

работаны и внедрены строительные нормативные

нужном формате для ознакомления.

документы, регламентирующие единые стандар-

При проектировании необходимо соблю-

ты проектирования [1-3]. Создание моделей для

дать требования строительных норм и правил

строительства различных объектов становится

РФ. Представление информации по армирова-

нормой. Разные фирмы предлагают использовать

нию при разработке проекта по разделу «железо-

разработанные ими программные продукты для

бетонные конструкции» осуществляется по че-

моделирования зданий и сооружений. Наиболее

тырем спецификациям [4].

распространенным на российском рынке проек-

Первая представляет собой «ведомость де-

тирования для строительства из BIM-продуктов

талей», в ней эскизно показываются гнутые

является Revit, как преемник программного про-

стержни с указанием длин прямых частей, углов

дукта AutoCAD компании Autodesk.

загибов и т.д., прямые же стержни не указывают-

На основе опыта в сфере проектирования

ся (рис. 1). Данная спецификация предназначена

железобетонных конструкций с использованием

для заготовки на заводе гнутых стержней и дета-

программного комплекса (ПК) Revit в данной

лей для последующей установки на строитель-

статье будут разобраны некоторые особенности

ной площадке.

Вторая спецификация на изделия необхо-

дима для сборки отдельных изделий в виде сеток

© Васильев А.В., Васильева Н.А., 2020

ВЫПУСК № 1 (19), 2020

ISSN 2618-7167

или каркасов, закладных деталей и др., в ней

количестве и массе изделий для изготовления

приводятся данные для сборки, указываются

той или иной конструкции, а также отдельные

марка самого изделия и его масса, а также пози-

детали, не вошедшие в сборные изделия.

ции стержней и деталей, составляющих ее (рис.

Четвертая спецификация - это ведомость

2). Например, если деталью является стержень,

расхода стали, где указана масса всего рассмат-

то указывается диаметр, класс арматуры, длина

риваемого армирования, необходимого для воз-

стержня, их количество, необходимое для изго-

ведения конструкции, здания или сооружения.

товления изделия, и массы одного и всех стерж-

Ведомость расхода стали необходима для оценки

ней этого изделия.

стоимости строительства.

Таким образом, цель

анализа

данных

из модели заключается в получении корректной

информации по армированию, которую можно

быстро проверить по разным спецификациям.

Для этого необходимо решить ряд задач:

Определить формат

округления

длины

арматуры как основу для будущего расчета мас-

сы арматуры.

По возможности объединить специфика-

ции в одну для стандартизации расчетов.

Определить инструмент и порядок под-

счета каркасов и сеток.

Настройка сортировки.

Настройка округления.

При решении поставленных задач опишем,

Рис. 1. Пример ведомости деталей, где

почему возникли такие задачи и какими путями

указываются отгибы арматурных стержней

их можно решить. Ответы на поставленные во-

просы дают полную картину, необходимую для

Третья спецификация сборочных единиц

выработки стандарта работы со спецификациями

предназначена для установки изделий на строи-

в рабочей модели.

тельной площадке, где приводятся сведения о

поперечной и предварительно напряженной ар-

просмотра. Таким образом, можно не ограничи-

матуры. Наибольший разброс значений будет по

ваться длинной самой спецификации. Примеры

параметру «длина», увеличивающий количество

создания спецификаций изложены в общедо-

позиций в спецификациях. Поэтому стандарти-

ступных разнообразных формах [6-8].

зация в спецификациях параметра «длина» явля-

При наполнении модели информацией ис-

ется наиболее распространенной. Если округлять

пользуют параметры, отражающие определенные

длину только до 1 мм, то даже в одинаковых

значения. Эти значения обрабатываются в полях

конструкциях при разных защитных слоях по-

таблицы. При создании разных спецификаций

явятся отличающиеся позиции. В некоторых

основной результат может отличаться из-за оши-

проектах больших объектов длина округляется

бок, возникающих при применении параметров

до величин, кратных 20 мм, тем самым снижает-

со схожими названиями, при разных последова-

ся количество разнотипных позиций до опреде-

тельностях операций с ячейками, при округлении

ленного минимума.

значений в таблицах на разных стадиях расчета и

Однако помимо указания числовых значе-

т.п. Чтобы избежать таких ошибок, следует орга-

ний в спецификациях также приводятся эскизные

низовывать одну общую спецификацию, из кото-

формы стержней в ведомостях деталей (рис. 1),

рой можно создать две и более необходимых

где указываются размеры разных участков этих

спецификаций. Например, сделать спецификацию

стержней. Размеры тонких конструкций, отгибы

на арматуру, учитывающую изделия полностью и

и загибы установленной поперечной арматуры,

по отдельности. Из такой спецификации можно

определенные по диаметру [5], накладывают

получить копированием и скрытием лишних

свои правила округления длины. Округление в

столбцов отдельную спецификацию на изделие и

размере 5 мм предлагается для встроенных до-

отдельную спецификацию сборочных единиц.

полнительных отгибов окончаний стержней в ПК

Определение инструмента

и

порядка

Revit (рис. 3). Поэтому наиболее предпочтитель-

подсчета каркасов и сеток. Для правильного

ное округление длины арматуры достигается при

подсчета каркасов и сеток необходимо понять,

значении 5 мм.

как собираются арматурные стержни в группы и

сборки. Сборка в Revit представляет собой ин-

струмент объединения элементов с возможно-

стью получить чертежи только с входящими в

нее элементами, при этом элементы, соприкаса-

ющиеся с ней, но не принадлежащие ей в сборке,

не отображаются. Например, арматурные стерж-

ни, расположенные в конструкции, объединен-

ные в сетку сборкой, легко отображаются на от-

дельном чертеже без самой конструкции (рис. 4).

Группа в Revit представляет собой инструмент

объединения элементов для последующего копи-

рования, причем изменение длины стержня в

группе приведет к изменению во всех идентич-

ных раскопированных группах.

Для подсчета количества раскопированных

на данный момент одинаковых групп нет специ-

ального параметра. Поэтому лидеры в этой от-

расли придумали следующий маневр – ввели до-

Рис. 3. Параметры формы арматурного

полнительный параметр для всех

арматурных

стержней – «главная деталь сборки». При этом

стержня по концам

только один стержень в группе должен иметь

Объединенные спецификации как вари-

данную пометку. При копировании группы рас-

тет и количество помеченных стержней с пара-

ант стандартизации расчетов. Большинство

метром «главная деталь сборки». Поэтому по-

подсчетов значений в выходных спецификациях

считав количество стержней с включенным этим

производится в этих же спецификациях. Ненуж-

параметром, мы определим, сколько

каркасов

ные ячейки в дальнейшем просто скрываются от

ВЫПУСК № 1 (19), 2020

ISSN 2618-7167

ВЫПУСК № 1 (19), 2020

ISSN 2618-7167

доли

российского

не сырьевого

экспорта

контроля призвано

повысить

продуктивность

на международном рынке, неспособностью кон-

производства и генерировать добавленную стои-

курировать с зарубежными аналогами и отстава-

мость;

нием от стран, которые уже инвестируют значи-

цифровые фабрики (Digital Factories): по-

тельные средства в собственное технологическое

вышение качества проектирования продуктов и

оснащение.

производственных систем позволяет лучше кон-

Итак, фабрики будущего представляют со-

тролировать жизненный цикл продукта и дает

бой подход, в основе которого лежит идея мак-

больше возможностей для прогнозирования и

симальной цифровизации производства при ми-

внесения изменений на самых ранних стадиях

нимальном использовании человеческих ресур-

(начиная со стадии концепта) за счет моделиро-

сов для получения «умной» продукции.

вания и управления знаниями, благодаря чему

Термин «Фабрика Будущего» получил ши-

возможно принятие более взвешенных решений.

рокое распространение после запуска государ-

Фабрики Будущего объединяют передовые

ственно-частного партнерства Factories of the

технологии, обеспечивающие высокую добав-

Future, которое является частью программы тех-

ленную стоимость для создания высокопроизво-

нологического развития стран Европейского со-

дительных экологически безопасных производ-

юза Horizon 2020. Партнерство FoF охватывает

ственных площадок, способствующих устойчи-

все производственные сферы и подразумевает

вому социальному развитию. В период с 2014 до

мероприятия по модернизации в следующих об-

2020 г. на создание «фабрик будущего» планиру-

ластях: логистика, обработка и перемещение ма-

ется выделить 1,15 млрд евро. Еще до включения

териалов, программирование и планирование,

партнерства «фабрик будущего» в состав про-

клиентоориентированный дизайн, энергоэффек-

граммы Horizon 2020 в 2010–2012 гг. было запу-

тивность, сокращение вредных выбросов, новые

щено 36 проектов: 8 – по цифровой фабрике, 18 –

технологии обработки, новые материалы, усо-

по «умной», 10 – по виртуальной.

вершенствование существующего оборудования

С институциональной точки зрения ключе-

и производственных технологий. Драйверами

вым игроком в инициативе по созданию «фабрик

развития этих направлений являются: стремле-

будущего» является промышленная ассоциация

ние к снижению финансовых издержек, обеспе-

EFFRA (European Factories of the Future Research

чение энергоэффективности, снижение материа-

Association), поддерживающая развитие иннова-

лоемкости производства, повышение гибкости и

ционных технологий. Ассоциация объединяет

безопасности производства, ускорение сроков

более 1200 организаций, университетов, а также

вывода продукции на рынок при одновременном

малых, средних и крупных промышленных пред-

повышении ее качества, увеличение производи-

приятий. Проекты EFFRA направлены на прове-

тельности труда, а также создание принципиаль-

дение исследований в области производственных

но новых продуктов.

технологий, их результаты ложатся в основу но-

В рамках партнерства FoF выработана до-

вых технологических решений в различных от-

статочно стройная и ставшая широко известной

раслях.

классификация «фабрик будущего», каждая из

С момента создания FoF было запущено

которых характеризуется развитием определен-

208 проектов, каждый из которых нацелен на

ной группы технологий:

развитие определенных технологий, которые

«умные» фабрики (Smart Factories): гибкое

впоследствии предполагается внедрить на «фаб-

(быстропереналаживаемое) производство и при-

риках будущего».

менение автоматизированных систем управления

Одним из проектов объединения Future

производственными процессами и планировани-

Internet PPP, является FITMAN, стартовавший в

ем обеспечивает энергоэффективность и конку-

апреле 2013 г. и завершенный в сентябре 2015

рентоспособность производства. Большое значе-

года. Бюджет проекта составил около 18,5 млн

ние придается роботам, которые выполняют всё

евро, из которых немногим менее 13 млн было

более сложные производственные операции. Со-

выделено Европейским Союзом. FITMAN за-

вокупность этих технологий должна обеспечить

ключался в создании 10 пробных промышленных

повышение общего уровня интеллектуализации и

модулей (4 на крупных предприятиях и 6 на

эффективности производства, повышение отка-

средних и малых) в трех разных составляющих

зоустойчивости, а также создать плацдарм для

«фабрики будущего». Тестировать и отрабаты-

дальнейшего развития новых рынков инноваци-

вать инновационные

технологические решения

онных производственных решений;

должны были реальные промышленные компа-

виртуальные фабрики (Virtual Factories):

нии: «умная» фабрика – TRW (Испания),

управление цепочками поставок и распределен-

Whirpool (Италия), Placenza (Италия); виртуаль-

ными производственными активами, увязывание

ная фабрика – ComPlus (Германия), TANeT (Ве-

продуктов и услуг и

налаживание

удаленного

ликобритания), APR

(Франция);

цифровая фаб-