Инновационные технологии / vniinmash_11_2012-itogovyi-variant

ные частицы. Для машиностроительных предприятий аэрозольное загрязнение ха рактерно для литейных производств (в про цессах приготовления формовочной и стержневой массы, очистке и обрубке ли тья, при плавке и заливке металла, сушке ковшей, изготовлении стержней и приме нении стержневых автоматов с нагревае мой оснасткой, выбивки отливок из форм, прокатке и пр.), для кузнечных и термиче ских цехов (в процессах горения при неу довлетворительном отводе продуктов го рения, цементации, азотирования, циани рования и пр.), для механических цехов (в процессах штамповки, обточки, шлифовки, полировки с применением смазочно ох лаждающих жидкостей), для механосбо рочных цехов (в сварочных процессах, про цессах нанесения металлических покры тий, гальванических и окрасочных опера циях, включая предшествующую им меха ническую очистку изделия). Длительное пребывание в такой неблагоприятной воз душной среде человека может влиять на его самочувствие, работоспособность, здоровье. Следовательно, необходимо проведение мероприятий по коррекции аэ роионного состава воздушной среды. Осо бое внимание, согласно общепринятому мнению, следует уделить концентрациям отрицательных легких аэроионов.

В настоящее время в санитарно эпиде миологических правилах и нормативах [1] для отрицательных аэроионов регламенти рованы только количественные характери стики – минимальные (600 см–3) и макси мальные (50 000 см–3) объемные концен трации. Однако, несмотря на то, что в тех ническом отношении задача проведения мероприятий по искусственной отрица тельной аэроионизации путем применения наиболее широко распространенного спо соба коррекции аэроионного состава – ио низации при помощи электрических корон ных разрядов не представляет каких либо трудностей, следует помнить, что гигиени ческие особенности искусственной иони зации являются достаточно сложными и, следовательно, при искусственной иониза ции требуется комплексный контроль, в том числе и за качественными характери стиками аэроионного состава.

Одной из важнейших качественных ха рактеристик аэроионного состава является спектральное распределение (спектр) объемных концентраций аэроионов по

электрической подвижности, характери зующее физико химическую природу аэ роионов [2]. До настоящего времени ис следования спектра подвижности аэрои онов недостаточно внедрены в практику, так как технические, эксплуатационные и стоимостные характеристики измеритель ной аппаратуры, пригодной для спектро метрии аэроионов, не полностью удовле творяют современным требованиям.

Целью настоящей статьи является на примере проведенных автором исследова ний показать важность учета особенностей изменения как объемных концентраций аэ роионов, так и спектрального распределе ния концентраций аэроионов по электри ческой подвижности при регламентации и нормировании аэроионного состава, а так же определить возможные способы реше ния определенных актуальных задач, свя занных с оценкой аэроионного состава как параметра качества воздушной среды по мещений и с разработкой методических рекомендаций по применению устройств и систем аэроионизации.

Предметом исследований выступали концентрации отрицательных аэроионов подвижностью более 0,1 см2/(В•с), спек тральное распределение отрицательных аэроионов по электрической подвижности и его модификация по мере удаления от аэ роионизатора. Исследования проводились в помещении объемом 30 м3 в отсутствии людей (кроме исследователя). Воздух ио низировался при помощи электрического коронного аэроионизатора с напряжением на коронирующих электродах равным 36 кВ. Измерения спектрального распределения аэроионов проводились интегральным ас пирационным счетчиком аэроионов [3] с высокой разрешающей способностью в ди апазоне подвижностей 0,1–7,9 см2/(В•с) (значения предельных подвижностей пере крываются пределами 0,1; 0,13; 0,16; 0,2; 0,25; 0,32; 0,4; 0,5; 0,63; 0,79; 1,00; 1,26; 1,58; 2,00; 2,51; 3,16; 4,00; 5,00; 6,30; 7,90).

Поскольку человеческий организм на иболее приспособлен к природным воз душным средам, результаты исследова ний спектра отрицательных аэроионов в искусственно ионизированном воздухе помещения сравнивались со спектраль ным распределением в чистом природном воздухе, заимствованном статистически достоверных результатов научных иссле дований [4].

Распределения отрицательных аэ роионов по подвижности и модификация спектра аэроионов в зависимости от

Рис. 1.

Спектральные распределения по подвижности отрицательных аэроионов, сгенерированных коронным ионизатором и аэроионов чистого атмосферного воздуха (по данным [4])

В распределении аэроионов, создан ных аэроионизатором, по сравнению с ра спределением атмосферных ионов [4], значительную долю составляют аэроионы средней промежуточной группы подвижно сти. В непосредственной близости от аэ роионизатора в спектральном распределе нии наблюдаются ярко выраженные две моды средних промежуточных аэроионов с подвижностью порядка 0,5 и 0,1 см2/(В•с) соответственно. По мере удаления от аэ роионизатора мода 0,5 см2/(В•с) посте пенно вырождается, при этом наблюдается усиление моды 0,1 см2/(В•с). При дальней шем увеличении расстояния от аэроиони затора мода 0,5 см2/(В•с) не наблюдается, мода 0,1 см2/(В•с) имеет тенденции к вы рождению.

Появление аэроионов с подвижностя ми 0,1–1,0 см2/(В•с) согласно [5, 6] наблю дается при облучении интенсивным иони зирующим излучением, концентрации и размер образующихся в результате дей ствия источника ионизации аэрозольных частиц зависят главным образом от актив ности и времени действия источника иони зации. При ионизации воздуха слабыми ионизирующими излучениями (например, подобными обычным атмосферным интен сивностям ионообразования порядка 10 см 3с 1) не происходят конверсионные переносы «газ частица», не формируются ощутимые количества аэроионов промежу

расстояния d до аэроионизатора пред ставлены на рис. 1 и на рис. 2 соответ ственно.

Рис. 2

Зависимость распределения аэроионов

от расстояния d до коронного аэроионизатора

точной (подвижности порядка 0,1 см2/(В•с)) группы, в спектральном распределении аэ роионов по подвижности отсутствует или незначительна фракция средних аэрои онов. Ситуация изменяется по мере увели чения уровней интенсивности ионообразо вания – происходит формирование аэро зольных частиц в результате газо химиче ских превращений, в спектральном ра спределении средние аэроионы появляют ся в значительных количествах. Возмож ным механизмом формирования фракции средних промежуточных аэроионов в таком случае видится конденсация вновь образо ванных аэрозольных частиц на легкие аэ роионы. В результате конденсации аэрои оны тяжелеют, формируется фракция сред них промежуточных аэроионов. В дальней шем средние промежуточные аэроионы принимают участие в образовании более тяжелых частиц, концентрации как легких, так и средних промежуточных аэроионов уменьшаются из за образования значи тельного количества более тяжелых фрак ций ионов. По своей химической природе средние аэроионы, образованные описан ным выше способом, являются ионами, в своем составе содержащими гидроксоний, озон, оксиды азота, или являются каплями азотной кислоты [7, 8, 9].

На основании выполненных исследова ний, при малых временах облучения (при измерении спектра в непосредственной

близости от коронного аэроионизатора) в воздухе формируются средние промежу точные аэроионы с модой по подвижности порядка 0,5 см2/(В•с). По мере удаления от аэроионизатора (увеличении времени облучения) доля средних промежуточных аэроионов в суммарной концентрации аэ роионов уменьшается, формируются преи мущественно менее подвижные аэроионы и форма спектра приближается к природной.

Таким образом, несмотря на широко известные результаты научных исследова ний о позитивном влиянии на человеческий организм отрицательной аэроионизации в помещениях, нельзя считать их оконча тельно готовыми к широкому применению. Проведение мероприятий по искусствен ной ионизации воздушной среды в поме щениях не ограничивается только установ кой коронного аэроионизатора, а требуют проведения всесторонних количественных (объемные концентрации аэроионов) и ка чественных (спектральное распределение аэроионов по электрической подвижности) исследований с целью достижения макси мального положительного эффекта влия ния ионизированного воздуха на организм человека.

Проведенные исследования показыва ют, что не все типы аэроионизаторов соз дают в воздухе аэроионный состав с каче ственными параметрами, подобными на блюдаемым в чистом природном воздухе. Обнаруженные в значительных концентра циях вблизи коронных аэроионизаторов средние промежуточные аэроионы по сво ей химической природе могут являться ча стицами вредных веществ.

Поскольку в современной литературе отсутствуют данные о биологическом дей ствии средних промежуточных аэроионов ввиду их незначительного количества в природных условиях, учитывая возможное негативное влияние средних промежуточ ных аэроионов на самочувствие человека, для широкого применения искусственной отрицательной аэроионизации (особенно коронных аэроионизаторов с большой про изводительностью, например, «люстр Чи жевского») необходимо проведение анало гичных представленным выше исследова ний с целью выявления характеристик ге нерации дополнительных заряженных ча стиц в воздухе, выбора благоприятных мест расположения и режимов эксплуата ции аэроионизаторов.

Использование не только количествен ных, но и качественных нормируемых пара метров аэроионного состава при контроле качества воздушной среды помещений де лает возможным более полное обеспече ние безопасности и поддержания работос пособности человека в помещениях раз личного назначения, и, кроме того, позво ляет научно обоснованно разрабатывать методики применения аэроионизаторов и проводить новые исследования в области искусственной аэроионизации.

Список использованной литературы

1.Гигиенические требования к аэроионно му составу воздуха производственных и общественных помещений: СанПиН 2.2.4.1294 03: Санитарно эпидемиоло гические правила и нормативы Рос. Фе дерации: утв. Главным государственным санитарным врачом Рос. Федерации 18 апреля 2003 г.

2.Мещеряков А.Ю., Федотов Ю.А. Пробле мы оценивания аэроионного состояния среды обитания. // Приборы и системы управления. 1998. № 11. С. 75–79.

3.Черный К.А. Физические параметры и способы формирования биопозитивной воздушной среды в замкнутых помеще ниях: дис. … канд. техн. наук. Пермь, 1999. С. 49–59.

4.Horrak U., Salm J., Tammet H. Statistical characterization of air ion mobility spectra at Thkuse Observatory: Classification of air ions // Journal of Geophysical Research: At mospheres. 2000. Vol. 105. P. 9291 9302.

5.Ветчинин С.П., Якубов И.Г. О подвижно сти тяжелых комплексов // Журнал теоре тической физики. 1976. № 10. С. 2162– 2167.

6.Корниенко В.И., Смирнов В.В. Количе ственная модель аэрозолеобразования при радиолизе воздуха // Тр. ин та экс периментальной метеорологии. 1989. Вып. 48 (138). С. 71–78.

7.The effect of wire heating and configuration on ozone emission in a negative ion genera tor / L. Liu [et al.] // Journal of Electrosta tics. 2000. – Vol. 48. P. 81–91.

8.Rehbein N., Cooray V. NOx production in spark and corona discharges // Journal of Electro statics. 2001. Vol. 51 52. P. 333–339.

9.An analysis of the evolution of negative ions produced by a corona ionizer in air / K. Naga to [et al.] // International Journal of Mass Spectrometry. 2006. Vol. 248. P. 142–147.

Вступление России в ВТО и перспекти вы создания единого экономического и таможенного пространства в Республике Беларусь, Республике Казахстан и Россий ской Федерации обусловливают необходи мость разработки новых подходов в области обеспечения качества и конкурентоспособ ности отечественных предприятий и выпу скаемой ими продукции. Эта проблема осо бенно актуальна в сфере производства ма шиностроительной продукции ответствен ного назначения, изготавливаемой на пред приятиях авиастроительного, судостро ительного, ракетно космического и оборон но промышленного комплексов [1–4].

Предприятия машиностроительного профиля, в своем большинстве, имеют

сертифицированные в соответствии с тре бованиями международного стандарта ISO 9001:2008 (ГОСТ Р ИСО 9001–2008) системы менеджмента качества (СМК), ориентированные на применение «процес сного подхода» при разработке, внедре нии и улучшении результативности СМК с целью повышения удовлетворенности по требителей путем выполнения их требова ний. В рамках функционирования СМК должен осуществляться менеджмент про цессов управленческой деятельности ру ководства, обеспечения ресурсами, жиз ненного цикла продукции, измерения, ана лиза и улучшения, а также экологический менеджмент на основе серии стандартов ISO 14000 [5–10].

Однако создание и применение СМК не исчерпывает всех аспектов управления каче ством продукции, поскольку на предприя тиях широко применяются также системы управления качеством продукции, разрабо танные и апробированные в прошлые деся тилетия. В современном представлении под термином «система качества» можно пони мать комплексный подход к менеджменту качества процессов и продукции предприя тия, сочетающий применение СМК, различ ных моделей совершенства и методов упра вления качеством продукции с учетом отра слевой специфики и др. В условиях рефор мы технического регулирования производ ство высококачественной продукции об условливает необходимость соблюдения требований технических регламентов, ори ентированных на обеспечение безопасности продукции. С учетом этого современная си стема качества предприятия должна иметь развитую структуру, отвечающую, в первую очередь, требованиям основополагающих международных стандартов [1, 3, 4, 5].

В этой связи для развития отечествен ного машиностроения первостепенное зна чение имеет разработка национальных стандартов, гармонизированных с осново полагающими международными стандарта ми. Это особенно актуально для предприя тий, выпускающих продукцию для внутрен него и внешнего рынков, что обусловливает необходимость соблюдения требований на циональных и международных стандартов. Устранение этих противоречий должно ос новываться не только на принятии междуна

родных стандартов в качестве националь ных, но и на опережающей разработке соб ственных национальных стандартов, соот ветствующих общей концепции CALS техно логий (ИПИ технологий) и принципов упра вления жизненным циклом продукции.

Отечественный и зарубежный опыт по казывает [7–10], что разработка и эффек тивное применение компьютерных систем качества требует создания средств инфор мационной поддержки, интегрированных в информационную среду предприятия или корпорации. Решение этой задачи пред ставляет большую сложность, поскольку информационная среда большинства предприятий (CAD/CAE/CAM/PDM/PLM/ ERP) создавалась стихийно на протяжении десятилетий и, как следствие, имеет гете рогенный характер.

Создание компьютерных систем каче ства, являющихся системным элементом ин формационной среды предприятия, должно основываться на эффективном информа ционном обмене с другими системами авто матизации и обеспечении их интеропера бельности. В работе [7] обоснована необхо димость создания интегрированной инфор мационной поддержки системы качества на базе системы ERP и обеспечения интеропе рабельности с другими системами (CAD/CAE/CAM/PDM/PLM) информацион ной среды предприятия (см. рис. 1). В этой связи большое значение имеет концептуаль ный выбор программной платформы и функ циональности для базовой ERP системы.

Рис. 1

Создание корпоративных информа ционных систем, отвечающих современ ным требованиям по обеспечению взаимо действия предприятий, потребует принци пиально новых подходов к формированию единого информационного пространства в сфере промышленности, организации эф фективного информационного обмена данными об изделиях, созданию распреде ленных баз данных, формализации проект ного и производственного опыта в эксперт ных системах. Комплексное решение этой проблемы возможно на основе системного подхода к созданию нормативного, органи зационного, технического, методического

икадрового обеспечения.

Внастоящее время в индустрии САПР появилось новое направление PLM (Pro duct Lifecycle Management), ориентирован ное на управление всеми аспектами жиз ненного цикла изделий, начиная с выработ ки требований и проектирования и закан чивая производством, поставками, сервис ным обслуживанием и утилизацией. По мнению аналитиков, PLM сейчас находится в том состоянии, в котором несколько лет назад была ERP, – ее время наконец то пришло. На основе PLM должны быть инте грированы традиционные системы автома тизации проектирования (CAD), инженер ных расчетов (CAE), управления производ

ством (CAM) и управления инженерными данными (PDM), что связано с необходимо стью решения многих технических, органи зационных и финансовых проблем. Еще один аспект связан с обеспечением функ ционального взаимодействия PLM и ERP. По этому вопросу у специалистов пока нет единого мнения в связи с отсутствием ре ального опыта внедрения таких комплекс ных систем.

Основой для создания компьютерной системы качества является реализация процессного подхода и обеспечения си стемного управления процессами и этапа ми жизненного цикла машиностроительной продукции.

На рис. 2. представлена многоуровне вая декомпозиция процессов, отражающая сложную структуру машиностроительной продукции и взаимосвязанная с основны ми этапами ее жизненного цикла (рис. 3):

I – маркетинговые исследования; II – составление ТЗ;

III – проектирование;

IV – технологическая подготовка произ водства;

V – изготовление; VI – поставка;

VII – эксплуатация; VIII – ремонт;

IX – утилизация.

При проектировании средств инфор мационной поддержки основное внима ние должно быть направлено на анализ процессов и этапов, оказывающих наи большее влияние на качество. В первую очередь это относится к двум группам процессов ЖЦП: проектирование и разра ботка (III) и производство (V). Для указан ных процессов ЖЦП должны быть разра ботаны функциональные и информацион ные модели, соответствующие уровням (2, 3 или 4). Применительно к этапам ЖЦП исследованы этапы разработки ТЗ (II), проектирования (III), технологической подготовки производства (IV) и производ ства (V) изделия. На основе структурной декомпозиции и анализа взаимосвязей функциональных моделей должны быть сформулированы принципы интегриро ванной информационной поддержки для наиболее ответственных этапов ЖЦП: проектирования и производства (изгото вления).

В настоящее время в Государствен ном инжиниринговом центре (ГИЦ) по станкостроению ФБГОУ ВПО МГТУ «Стан кин» в рамках подпрограммы «Развитие отечественного станкостроения и ин струментальной промышленности на 2011–2016 гг.» федеральной целевой программы «Национальная технологиче ская база» создан Центр разработки си стем качества (ЦРСК), выполняющий кру пный проект по созданию отечественной компьютерной системы информацион ной поддержки системы качества при производстве сложных изделий, харак терных для высокотехнологичных отра слей машиностроения. В качестве базо вой платформы будет использоваться продукт «1С: Предприятие 8.2» и конфи гурация «1С: Машиностроение 8», вклю чающая более 30 локальных програм мных средств. В результате выполнения этого проекта отечественные машино строительные предприятия получат эф фективные информационные средства для поддержки менеджмента качества и формирования интегрированной среды предприятия.

Список использованной литературы

1.Клюшников В.Н. Международные стан дарты – создание пространства всеоб щего доверия // Вестник ВНИИМАШ. – 2011. № 10. С. 2–9.

ВЕСТНИК ВНИИНМАШ

2.Бунин Г.П., Мазур А.П. Концепция нор мативного обеспечения разработки и производства вооружения и военной техники на современном этапе // Вест ник ВНИИМАШ. – 2011. № 10. С. 13–32.

3.Пугачёв С.В. Стандарты и технические регламенты – диалектическое единство.

//Стандарты и качество. 2008. № 5. С. 20–24.

4.Пугачёв С.В., Самков В.М. О программе гармонизации национальных стандар тов в научно технической и производ ственной сферах на период до 2012 г. // Стандарты и качество. 2008. №10. С. 18–20.

5.Российская энциклопедия CALS. Авиа ционно космическое машиностроение / Гл. ред. А.Г. Братухин. М.: ОАО «НИЦ АСК», 2008. 608 с.: илл.

6.Соломенцев Ю.М., Митрофанов В.Г., Павлов В.В., Рыбаков А.В. Информа ционно вычислительные системы в ма шиностроении CALS технологии. – М.: Наука, 2003, 292 с.

7.Позднеев Б.М., Тихонов А.Н., Соломен цев Ю.М. Компьютерный менеджмент качества в аспекте интегрированной ин формационной поддержки жизненного цикла изделий: сб. материалов научно технического совещания «Современные наукоемкие технологии в промышленно сти России: высокопроизводительные вычисления и CALS технологии» (тезисы доклада). Уфа: Изд во УГАТУ, 2005. С. 30–36.

8.Позднеев Б.М., Тихонов А.Н. Обеспече ние информационной поддержки жиз ненного цикла изделий на основе ком пьютерного менеджмента качества. Тру ды международной научно технической конференции «Информационные сред ства и технологии». В 3 т. Т. 3. (Москва, 18–20 октября 2005 г.) (тезисы доклада). М.: Янус К, 2005. С.166–172.

9.Григорович В.Г., Юдин С.В., Козло ва Н.О., Шильдин В.В. Информацион ные методы в управлении качеством. – М.: РИА «Стандарты и качество», 2001. – 208 с.

10.Лютов А.Г., Загидуллин Р.Р., Схиртла дзе А.Г., Огородов В.А., Рябов Ю.В., Чу гунова О.И. Компьютерные системы управления качеством для автоматизи рованных производств: учебник. – М.: Машиностроение , 2010. 717 с.

териалов (полиэтилена, полиамида, поли винилхлорида, поликарбоната, полиими дов и др.).

В настоящее время широко применя ются изделия аэрокосмической техники из плёночных материалов. При разработке и производстве данных изделий в основном используют ПЭТ плёнки, т. к. данный мате риал имеет низкую газопроницаемость [1]. Данное свойство полезно для сохранения несущего газа в изделии, обеспечения ва куума упаковки, сохранения свойств изде лий в течение длительного времени. Изде лия производятся из двух типов плёнок: обычной и металлизированной (алюмини рованной). К данным изделиям предъявля ются высокие требования по качеству изго товления и срокам гарантийного хранения. Например, некоторые изделия из ПЭТ плё нок должны сохранять работоспособность при гарантийном сроке хранения в двад цать три года! [2].

Основные операции по производству и контролю плёночных изделий: входной контроль материалов (для ПЭТ плёнок вы сшего качества 100% контроль согласно [3]), раскрой, сравнение с шаблоном, скле ивание (нагретыми роликами или термо электродами), визуальный контроль, испы тание пробных образцов (обычно 2–3 шва длиной не менее 0,6 м) на расслаивание (сопротивление расслаиванию должно быть не менее 150 Н/м) и сдвиг (сопротив ление сдвигу не менее 1500 Н/м) и 100% проверка изделий на герметичность.

Основные дефекты, возникающие при склеивании плёночных материалов:

смятие;

морщины в околошовной зоне;

следы от складок;

деструкция материала (пережог или снятие металлизированного слоя);

отслаивание;

вытяжки;

следы клеевой полосы из под шва более 1 мм в стороны от шва;

смещение оси соединительной ленты относительно оси шва более ±1 мм;

мягкие включения в швах (например, ворсинки);

наличие пузырьков воздуха в шве. Перечисленные выше дефекты клее

вых швов определяются визуально или с применением простых средств контроля и измерений, например измерительной ли нейки.

Установлено, что основной причиной изменения эксплуатационных свойств из делий из полимеров является окислитель ная, в том числе фотоокислительная де струкция или физические процессы струк турообразования. При изучении старения ПЭТ и поликарбоната окислительных про цессов в этих полимерах не обнаружено [4]. Основные факторы, влияющие на ста бильность свойств изделий: воздействие тепла, влаги, отрицательных температур, температурных перепадов. Следователь но, свойства готового изделия в течение гарантийного срока могут измениться только за счёт внешних условий и допущен ных дефектов при изготовлении.

Наиболее опасный дефект – пузырьки воздуха в клеевом шве. В процессе хране ния пузырьки воздуха, находящиеся в шве, дрейфуют и могут объединяться в более крупный пузырь. Накопление крити ческого количества воздуха в шве может привести к расслоению шва в условиях высокого разрежения (абсолютное давле ние 1 кПа и менее) и невыполнению изде лием функционального назначения («рас ползание по швам» и потеря объёма). Так, даже мелкие и удалённые друг от друга пузырьки воздуха способствуют разруше нию металлизированных плёнок за счёт взаимодействия атомарного кислорода с ионами металла [5].

В процессе склеивания плёнок исполь зуется подложка из офсетного полотна, имеющая сеточную структуру (с размера ми ячейки порядка 0,25х0,25мм при скле ивании нагретым роликом и тефлоновая сетка с шагом 0,2 мм при склейке термо электродом). Сеточная структура инстру ментов для склеивания позволяет выхо дить воздуху из зоны шва и облегчает про цесс визуального контроля.

Основная проблема состоит в том, что в технических условиях на изделие и инструк циях по контролю отсутствует чёткое описа ние типов дефектов клеевых швов и исполь зуются довольно расплывчатые формули ровки: «Наличие крупных пузырьков возду ха не допускается», «Допустимы точечные воздушные пузырьки в шве». Такие форму лировки вводят в заблуждение контролёров и рабочих, выполняющих склейку, и не обеспечивает объективность контроля. Та ким образом, без чёткого описания дефек тов клеевых швов невозможно сформули ровать требования к разработке ИИС для