3205

масса, мощность двигательной установки, рабочие скорости, надежность узлов и т.п.), причем между многими из этих параметров может и не существовать функциональная взаимосвязь.

Эти параметры изделия, как системы, могут быть выходными параметрами ее компонентов и параметрами процессов взаимодействия компонентов.

Любой выход системы может быть описан вектором Y y1, y2, ..., y j ,компоненты которого характеризуют параметры про-

цесса воздействия системы на внешнюю среду. Именно эти параметры, в первую очередь, интересуют потребителя данного изделия.

Для полного описания системы необходимо знать уравнения связи взаимодействия внешней среды и системы, как между параметрами системы, так и между параметрами системы и параметрами внешней среды (входа). Одна из форм записи такова

Y j a1 ,a2, ...,am ,x1 ,x2 ,...,xn ,(1)

где j 1,2,...,J .

Таким образом, векторы Х, А, Yописывают состояние объекта в один и тот же фиксированный момент времени. Анализ развития системы, выявление тенденций ее развития и разработка прогнозов ее будущего состояния вызывают необходимость представления ТС как динамической системы. В этом случае вход системы может

поненты, которых зависят от времени.

Соответственно уравнение связи между параметрами будет иметь следующий вид:

Решение уравнения (2), моделирование зависимости техни- ко-экономического уровня ССН от различных параметров и времени,– это конечная цель разработки прогноза развития изделия.

Данное уравнение связиможет выражать зависимость потенциального технико-экономического уровня ССН от параметров, характеризующихся как самой системой, так и еѐ прогнозным фоном.

Для установления более полных связи следует проанализировать два основных состояния ТС как объекта производства и как объекта эксплуатации (применения). В этих состояниях изделие

31

должно рассматриваться, как часть систем более высокого порядка. Для достоверности и результативности такого анализа необходимо поэтапно обособлять компоненты системы, все более сужая границу, выделяющую анализируемую часть системы.

Одной из основных задач анализа и совершенствования системы является достижение ее оптимизации, и приведение ее в оптимальное состояние в соответствии с целью функционирования. В этой связи можно выделить минимум две задачи оптимизации системы: это выбор наилучшего варианта из возможных состояний системы и выбор наилучшего направления поведения системы.

Обычно первая задача решается для статической системы, вторая –для динамической, но при решении любой из них необходимо сравнение достигаемого состояния системы с критерием (или критериями) оптимальности ее состояния. В общем случае могут существовать несколько критериев оптимальности разных уровней, поэтому могут быть не один, как на рисунке, а несколько контуров обратной связи.

Вывод. Предложено рассмотрение сложного объекта в виде машин различного назначения и технологического специального оборудования с учетом явлений технологической наследственности. Предложено математическое описание существующих взаимосвязи базовых факторов системы и процессов их функционирования, определяющих этапы изготовления, эксплуатации и развития технических систем, что является основными этапами жизненного цикла изделия. Полученные уравнения связимогут выражать зависимость потенциального технико-экономического уровня объекта от параметров, характеризующихся сложной системой.

Литература

1.Хубка В. Теория технических систем / В. Хубка – М.: Мир,

1987.– 208 с.

2.Старов В.Н. Моделирование технических систем с учетом технологической наследственности объектов машин и оборудования / В.Н. Старов, М.Н. Краснова.- Воронеж: ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2010. – 140 с.

Воронежский институт ГПС МЧС России, Воронеж Военный учебно-научный центр ВВС «ВВА» (г. Воронеж) Национальный авиационный институт. Украина, Киев

32

УДК 303.1

В.Н. Старов, В.А. Жулай, В.Ф. Лазукин, А.Н. Внуков

УЧЕТ СНИЖЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО УРОВНЯ СИСТЕМЫ

Исследованы технические системы специального назначения как объект эксплуатации и указаны взаимосвязи показателей технико-экономического уровня системы с временем их эксплуатации.

Любые технические системы (ТС) специального назначения, например, самолеты, вертолеты, автомобили и другие, а также технологическое оборудование (измерительные посты, комплексы управления и др.) являются сложными системами или объектами специального назначения – (ОСН), т.е. ТС ОСН.

Исследуемая ТС ОСН выступает, как часть средства труда, участвующих в производственном процессе. При этом совокупность свойств машины, составляющих качество, проявляется в полной мере только в сфере ее применения в соответствии с целевым назначением изделия. В процессе эксплуатации ТС ОСН ее исходные свойства изменяются вследствие физического износа ее элементов или по иным причинам, например, непредвиденных повреждений. Эти изменения зависят от исходных свойств систем и ее элементов, прежде всего таких, как безотказность, долговечность, ремонтопригодность, а также от условий их использования, имеется в виду, интенсивность и продолжительность эксплуатации, уровень квалификации персонала, уровень организации, качества процесса технического обслуживания и ремонта и других факторов.

Безусловно, при этом следует учитывать влияние или воздействия внешних нагрузок, например, в виде различных повреждений и т.п. В соответствии с этим изменяется эффективность использования ТС ОСН в эксплуатационных процессах, в котором она применяется. Это выражается прежде всего в том, что по мере изнашивания снижается производительность машин и повышаются затраты на ее эксплуатацию. При этом на эксплуатационные показатели изделий машиностроения большое влияние оказывает технологическая наследственность (ТН), формирующаяся в процессе создания и эксплуатации любого узла машины и еѐ в целом [1].

Известно, что учет происходящего снижения эксплуатаци-

33

онного технико-экономического уровня ТС ОСН, который обозначен как k ytý - коэффициент, характеризующий снижение времени

полезного использования ОСН для года эксплуатации (tЭ), а его можно вычислить по следующей формуле [2]:

ры весомости;

aT –доля затрат на топливо и смазочные материалы в годовых приведенных затратах на начальный год эксплуатации машины; aTP – доля затрат на техническое обслуживание и ремонты

(восстановление) в годовых приведенных затратах на начальный год эксплуатации ОСН;

kИtэ – коэффициент, характеризующий повышение затрат на

топливо, смазочные материалы, техническое обслуживание и ремонты.

Поэтому, используя показатель kИtэ по выражению (2) для

заданного времени эксплуатации (возраста) ТС ОСН, можно для каждого года (или периода) эксплуатации установить техникоэкономический уровень машины, а исходя из темпов снижения первоначального технико-экономического уровня ОСН, можно устанавливать эффективные сроки службы ОСН и эффективную длительность межремонтных циклов.

Однако в этих формах нет учета фактора технологической наследственности. Прогнозирование технико-экономического уровня ОСН анализ его поведения в конкретных условиях эксплуатации позволяет выделить наиболее существенные параметры, характеризующие эти условия, выделить из них, неизменяющиеся и изменяющиеся во времени. Так можно сформировать характеристики прогнозной сферы эксплуатации с учетом требований к ОСН как

34

объекту эксплуатации. В этой ситуации целесообразно ограничиться анализом системы «производственный процесс».

Причем систему следует анализировать с двух точек зрения: система «средства труда –человек –предмет труда»; система «технологический процесс– вспомогательный процесс» [3].

На основании этого в обоих случаях формируются эксплуатационные требования к системе ОСН со стороны оператора и изделия (объекта) труда с учетом влияние на эксплуатационные процессы технологической наследственности.

При этом следует учитывать также то, что при изменении одного показателя (даже наиболее важного) его влияния на рост обобщенного показателя постепенно затухает из-за ограничений, создаваемых другими показателями, которые остаются неизменными. Поэтому выделить строго доминирующий закон затруднительно.

Постоянный темп роста обобщенного показателя может быть при одновременном и пропорциональном изменении всех показателей, входящих в систему. Однако в технической литературе нет четко указанных взаимосвязей показателей ОСН с технологической наследственностью, обычно для каждого случая рекомендуются частные методики.

Если оценивается конкретная система с определенными значениями эксплуатационных показателей подсистем, то каждая из них имеет постоянную весомость. При этом, если в новой ТС, по сравнению с базовой, изменен хотя бы один показатель, то изменяются весомости всех показателей, входящих в иерархию.

Известно, что указанное явление затухания влияния одного показателя на обобщенный обычно характеризуется показательными или экспоненциальными зависимостями, имеющими участок насыщения. Эта зависимость выглядит так[4]:

где k - относительная скорость роста x есть константа, характеризующая (в среднем) отклики потребителя на изменения об-

где a – постоянная, характеризующая некоторый начальный уровень характеристики x .

При резком изменении внешних условий более приемлем за-

Тогда развитие ТС можно описать дифференциальным уравнением вида [4]:

момент времени; g t – функция, описывающая стимулирующее

развитие системы во времени с учетом технологической наследственности.

Таким образом, представленные в данной работе исследования позволяют определить основные характеристики эксплуатации системы. Предложенная постановка вопроса в некоторой степени отражает поведение ТС в жизненном цикле изделия, но не отражает влияния полного влияния технологической наследственности ТНО на ее разных стадиях изготовления и эксплуатации. Это требует углубленных исследований. Одним из основных законов развития любого изделия или ТС ОСН являются основные взаимосвязи эксплуатационных показателей, а они во многом зависят от технологической наследственности подсистем и системы в целом.

Литература

1.Ящерицын П.И. Технологическая наследственность в машиностроении / П.И. Ящерицын, Э.В. Рыжов, В.И. Аверченков.– Мн.: Наука и техника, 1977. – 256 с.

2.Крагельский И.В. Трение и износ / И.В. Крагельский. – М.: Машиностроение, 1993. – 480 с.

3.Старов В.Н. Моделирование технических систем с учетом технологической наследственности объектов машин и оборудова-

36

ния / В.Н. Старов, М.Н. Краснова.- Воронеж: ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2010. – 140 с.

4. Бочков А.П. Модели и методы управления развитием технических систем / А.П. Бочков, Д.П. Гасюк, А.Е. Филюстин. - Спб.: Союз, 2003. – 288 с.

Воронежский институт ГПС МЧС России, Воронеж Воронежский государственный архитектурно-строительный университет Военный учебно-научный центр ВВС «ВВА» (г. Воронеж)

УДК 621.1

В.Н. Старов, Д.В. Старов

АНАЛИЗ РАБОТЫ ИЗВЕСТНЫХ КОЛОНОК ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ОБЕДНЕНИЯ

Исследованы особенности «обеднение процесса» и технологии, зависящие от особенностей конструкций активных зон колонки.

Работа исследуемых колонок относится к области получения материалов по технологиям стекловарения, а именно, является средством обеспечения, т.е. устройством, предназначенным для реализации получения стеклообразного вещества, например, нестехиометрического состава.

Известные устройства обеспечивают возможностбю осуществления разных способов протекания физико-химических процессов в электрохимической колонке, предназначенных для изготовления вещества нестехиометрического состава посредством «обеднение процесса» и накопления энергетической составляющей.

Так, известна колонка, которая наиболее эффективна и является однотипным устройством, реализующим обеднение процесс. Основная суть конструкции таких колонок изложена в патентах № 2224725 C1 RU и его аналоге № 5964913 США.

Это - электрохимическая колонка, содержащая систему из двух одинаковых ванн, которые наполнены высокотемпературным расплавом из стеклообразующей многокомпонентной смеси, причем в одной ванне (анодной, это плюс) расположен анод, имеющий стержни-электроды, во второй (катодной - минус) помещен катод со своими стержнями-электродами, последние находятся в сопряжении

37

с проводником первого рода, при этом ванны-зоны разделены между собой проницаемыми для электронов твердыми стенками с образованием пространственных промежутков – зазоров. При подогреве расплава и подаче высоковольтного напряжения на ванны-зоны в них протекает искомый обеднение процесс.

Кнедостаткамуказанногоустройстваможноотнестиследующе е: во первых, это низкаяпроизводительность; второе, - устройство не позволяют иметь стабильный управляемый процесс во времени, так как существует длительный процесс «разгонки» системы, а время вывода колонки на рабочие режимы очень длительное. Более того, для каждого состава многокомпонентной питающей смеси требуется выбирать свои режимы разной продолжительности; к тому же у указанных устройств невысокая однородность структуры получаемых материалов.

Таким образом, до сих пор отсутствовал достаточный конст- рукторско-технологический набор комбинированных средств управления процессами работы электрохимической колонки , используемой для обеднение процесса.

Можно сказать, что в настоящее время необходимы работы, направленные на создание устройства, обладающего набором конст- рукторско-технологических компонентов, которые в совокупности обеспечат управляемое и ускоренное ведение «обеднение процесса», включая время выхода колонки на рабочие режимы и возможность получения высококачественных композиционных стеклополимеров.

До настоящего времени в литературе и среди патентов нет четкого, подробного описания, какие элементы должны быть в типовой колонке обязательно, чтобы реализовать обеднение процесс. Поэтом мы считаем, что на данном этапе развитии исследований необходимым определить базовый перечень к конструкторскотехнологических элементов типового устройства, предназначенного реализовать высокоэффективный «обеднение процесс».

Укажем особенности терминологий, используемых для описания понятий «электрохимическая колонка» в современной науке, которая предназначена для изготовления однофазного стеклообразного вещества путем проведения «обеднение процесса». Они взяты из научной литературы и описаний патентов № 2224725 C1 RU и № 5964913 США.

Обеднение процесс – совокупность процессов, происходящих в электрохимической колонке при наложении стационарного

38

электрического поля на находящийся в сопряжении с проводником первого рода расплав.

Электрохимическая колонка – электрохимическая система, в которой, при наложении стационарного электрического поля на находящийся в сопряжении с проводником первого рода, стеклообразующей многокомпонентной смеси расплав стехиометрического состава, происходит процесс вырыва электронов из расплава с необходимостью приводящего к приобретению расплавом избыточного положительного заряда и к возникновению в расплаве параллельного самостоятельного процесса, в котором носители избыточного положительного заряда, относительно подвижные (в расплаве) катионы (химически подобные натрию) удаляются к и саморазряжаются на (в) проводник первого рода, и их концентрация обедняется с понижением до заданной величины, с выделением на (в) проводнике первого рода массы веществ(а), включая металлы, сорта подвижных катионов и с изменением сочетания химических элементов, порождающего состояние вещества – химического соединения расплава, характеризуемое нестехиометрией химического состава.

Таким образом, изложенные в патенте № 2224725 C1 RU и патенте № 5964913 США идеи «обеднение процесса» указывают, какие подпроцессы происходят в электрохимической колонке, и как воздействуют возникающие при наложении стационарного электрического поля на находящийся в сопряжении с проводником первого рода расплав стехиометрического состава.В ней происходит удаление на (в) проводник первого рода и восстановление до состояния атома при изменении концентрации до заданной величины катионов типичных (или переходной группы) металлов относительно подвижных и являющиеся структурными элементами в расплаве, происходит в процессе вырыва электронов из расплава наложенным электрическим полем анода, не контактирующего с расплавом.

Далее расплав, обедненный химическими элементами типичных (или переходной группы) металлов и имеющий нестехиометрический химический состав, охлаждается с получением стеклообразного материала вещества нестехиометрического состава для изготовления изделий, производимых в стекольной промышленности, включая изделия из стеклокристаллического материала, и, кроме того, с получением металла, выделившегося на (в) проводнике первого рода в обеднения процессе.

Обеднение процесс с наложением электрического поля на

39

(в) протекающий в специального состава многокомпонентной среде осуществляется посредством системы (устройств), состоящей из расплава, ограниченного твердыми стенками, не препятствующих прохождению поля и анода, введенного в этот расплав. В растворе, в текущее время процесса, накапливается объемный положительный заряд сложением действующего потенциала заряда анода с потенциалом заряда расплава. При этом соответственно увеличивается напряженность электрического поля, наложенного на не контактирующий с системой стекло-расплав, приготовленный для изменения концентрации подвижных катионов типичных (или переходной группы) металлов, и входящих в состав используемы окислов.

Действие, в обеднение процессе, наложенного электрического поля дополняется формирующимся в процессе нестационарным магнитным полем стеклообразующего многокомпонентного расплава, находящегося в системе с анодом; при этом поляризованного собственным, накапливаемым в анодном процессе, объемным электрическим зарядом.

Из-за внутренних особых процессов и поляризации расплава, содержащего упорядоченные структуры, излучающие изменяющийся магнитный поток во времени, происходит возникновение ЭДС в не контактирующем с системой расплаве, специальный состав которого и особое приготовление, в итоге обеспечивают изменения концентрации подвижных катионов.

Проведенный нами анализ конструкции устройства (патент № 2224725 C1 RU) и типовой технологии получения в электрохимической колонке бертоллидов (нестехиометрических соединений) типа кристаллических фаз переменного состав, показывает, что количество разнородных атомов не может быть выражено малым целым,

например, фазы – SinO2n+3 .

Вышеуказанное описание процесса, к сожалению, на сегодняшнее время недостаточно изученной в научном и практическом планах, тем не менее, позволяет установить минимально необходимый перечень подсистем, которые обеспечивают гарантированное протекание процессов, известных под названием «способ получения однофазового стеклообразного материала», изложенных в научной литературе и патентах № 2224725 C1 RU, № 5964913 США и др. Для уточнения параметров процесса требуются длительные экспериментальные исследования.

Воронежский государственный технический универсистет

40