[ «БУДУЩЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ НАУКИ Сборник материалов XIII Международной молодежной научно-технической конференции Нижний Новгород, 23 мая 2014 г. Нижний Новгород 2014 УДК 62 ББК 30 Б 903 Будущее технической науки: сборник ...»
Один из принципов создания энергосберегающих вибрационных мельниц нового поколения основан на использование комбинационного параметрического резонанса, предложенного В.И. Антиповым. Им же разработан и запатентован параметрический вибровозбудитель, а также способы возбуждения резонансных механических колебаний. Параметрический вибровозбудитель выступает в роли инновационного вибрационного привода мельницы для возбуждения и поддержания резонансных колебаний. Основным его узлом является роторно-маятниковая система. Динамическая модель резонансной вибрационной мельницы представляется системой равноправных взаимодействующих нелинейных осцилляторов (маятников) и мелющих тел вращения (цилиндров, шаров). Один или несколько осцилляторов выполняют функции помольной камеры, а другие выступают в роли инерционного элемента (ИЭ) вибровозбудителя. Тела вращения устанавливаются внутри помольной камеры с возможностью совершать вращения вокруг собственной оси и планетарное движение вокруг центра помольной камеры. Вовлечение тел системы в коллективное резонансное взаимодействие осуществляется за счет самовозбуждения многократного комбинационного параметрического резонанса с реализацией синергетического эффекта. При этом мелющие тела вращения обкатываются по внутренней поверхности помольной камеры. Разрушение материала происходит в кольцевом зазоре между помольной камерой и указанными телами. В результате достигается самоуправляемое и самоподдерживаемое собственное движение машины (система приобретает элементы технического интеллекта), что приводит к самоорганизации процесса измельчения материала. Отметим, что принцип самосинхронизации колеблющихся тел типа маятников впервые используется для нужд вибротехники.
Приведенные принципы создания резонансных вибрационных мельниц позволяют снизить энергопотребление, существенно усовершенствовать современное помольное оборудование и повысить уровень наноиндустрии РФ.
УДК 621.
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДОВ
ДЛЯ ЩЕЛОЧНЫХ АККУМУЛЯТОРОВ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ
Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева Щелочные аккумуляторы занимают второе место среди источников тока по масштабам промышленного производства, уступая лишь свинцовым аккумуляторам. Щелочные аккумуляторы и батареи нашли широкое применение для обеспечения резервной энергии, в передвижных транспортных средствах, системах связи и сигнализации. Перспективность щелочных аккумуляторов определяется рядом преимуществ: это большой ресурс, достигающий 2000-3000 циклов, высокая механическая прочность, простота эксплуатационного обслуживания, хорошая обеспеченность сырьем.В настоящее время в щелочных аккумуляторах в качестве положительного электрода используется оксидно-никелевые электроды различных конструкций. Ламельные электроды просты в изготовлении, недороги, однако имеют низкие электрические характеристики и подвержены разбуханию. Применение металлокерамических и фольговых электродов снижает их разбухание и сохраняет работоспособность аккумуляторов до минус 50 градусов, а удельные характеристики примерно в 1,5 раза выше. Однако такие электроды очень дороги в изготовлении и требуют большего расхода никеля на единицу емкости. Исключают данные недостатки оксидно-никелевые электроды, изготовленные с применением пористых полимерных основах. Однако изготовление таких электродов включает в себя операцию химического никелирования, что существенно повышает их стоимость и сопровождается большим объемом сточных вод.
Также была разработана технология изготовления электрода на полимерной основе, включающая нанесение первичного электропроводящего слоя на основе сульфида свинца.
Однако сера, включаясь в слой гальванически осажденного никеля, неблагоприятно влияет на срок службы аккумулятора.
Разработанная нами технология включает в себя нанесение на предварительно подготовленную полимерную основу электропроводящего слоя меди. Далее полимерный материал никелируется в гальванической ванне специальной конструкции. После заполнения металлизированных основ гидроксидом никеля полученные электроды имеют на 10-15% более высокие удельные электрические характеристики, чем металлокерамические оксидно-никелевые электроды. Электроды, полученные таким способом, могут использоваться в никелькадмиевых, никель-железных и никель-цинковых аккумуляторах при значительном снижении затрат и уменьшении экологической опасности производства.
УДК 629.
ПОЛУЧЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ОБРАЗЦОВ ДЕТАЛЕЙ
БОЛИДА КЛАССА «FORMULA SAE» НА ОСНОВЕ УГЛЕПЛАСТИКОВЫХ
КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева Эксперименты в области работы с технологией вакуумной инфузии и композиционными материалами проводились на примере элемента коромысла подвески спортивного автомобиля класса Formula Student. Процесс создания был разделена на технологические задачи, включающие создание оснастки для получения необходимой формы, подготовку выкроек, разработку расположения дренажной системы, расчет количества слоев армирующего материала, объема армирующего материала для расчет объема связующего вещества.Задача изготовления необходимой формы была решена с использованием технологии цифрового производства и быстрого прототипирования, в частности с использованием трехмерного принтера. Посредством трехмерной печати была создана пластиковая форма, представляющая внешний периметр коромысла подвески. Особенностью пластиковой формы является заложенная на стадии трехмерной модели дренажная система для связующего вещества (рис. 1).
Рис. 1. Пластиковая оснастка Рис. 2. Выкройка армирующего материала Для получения выкроек из армирующего материала (рис. 2) были подготовлены соответствующие размерам внутреннего периметра оснастки шаблоны. Для получения требуемых параметров по высоте детали в 4 мм готовились 18 выкроек равного размера с различным направлением волокон.
В целях снижения адгезии связующего вещества и армирующего материала к поверхности основания и модельной оснастке на соответствующие поверхности перед укладкой армирующего материала наносился раствора церезина с растворителем в несколько слоев.
Выкройки с различной ориентацией волокон выкладывались последовательно в оснастку. Внешний периметр оснастки дополнительно оснащался дренажным каналом и двумя элементами, через которые осуществлялась подача связующего вещества и создание разряжения, а также проложен герметизирующий периметр Рис. 3. Технологическая оснастка участниками команды СКБ «Formula Student» в рамках расчетной и экспериментальной оценки.
УДК 621.
МАЛОГАБАРИТНАЯ УСТАНОВКА ОЧИСТКИ СОЖ
И КЛАССИФИКАЦИИ ШЛАМА НА ФРАКЦИИ ПРИ ШЛИФОВАНИИ
Арзамасский политехнический институт (филиал) НГТУ им. Р.Е.Алексеева Установка очистки смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) на операциях шлифования и классификации частиц шлама позволяет решить актуальную проблему ресурсосбережения, в частности:продление ресурса СОЖ за счет ее очистки от механических примесей на операциях шлифования, в особенности неметаллических материалов.
Рис. 1. Существующая (а) и предлагаемая (б) Основными элементами установки являются мешалка, ротор, приемник для сбора фракций, насос. Экспериментальные исследования опытного образца установки в сочетании с конечно-элементным моделированием гидродинамики потока жидкости на поверхности ротора позволили определить рациональные конструктивно-технологические параметры работы установки. Установлено, что поверхность ротора должна хорошо смачиваться СОЖ и иметь форму полусферы или полуэллипсоида. Для обеспечения устойчивости и безотрывности потока СОЖ ее оптимальный расход должен составлять 4-6 л/мин, а частота вращения ротора 1000-1500 об/мин.
Сопоставление математической модели с конечно-элементным моделирование показало хорошую сходимость длины высоты выхода частиц из потока от величины их диаметра.
Основываясь на положительных результатах проведенных исследований, логическим продолжением является модернизация конструкции установки с целью обеспечения минимальной себестоимости ее изготовления. Ресурсами снижения последней является снижение материалоемкости и количества электродвигателей, что приведет, как следствие, и к уменьшению габаритов и массы установки.
УДК 621. 923: 621.
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПЕРЕХОДНИКИ С УЛУЧШЕННОЙ
ВИБРОУСТОЙЧИВОСТЬЮ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬЮ
ДЛЯ ТОРЦЕВОЙ ОБРАБОТКИ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Арзамасский политехнический институт (филиал) НГТУ им. Р.Е. Алексеева В случаи торцевой обработки конструкционных материалов в системе СПИД возникают вибрации, связанные с ее недостаточной жесткостью. Наиболее негативное влияние на качество обрабатываемой поверхности, при данном виде обработки, оказывают продольные колебания шпинделя станка. При обработке пластичных материалов такое воздействие приводит к повышению шероховатости, отклонению геометрии поверхности. При обработке хрупких материалов, данное воздействие приводит к образованию сколов, трещин.Рис. 1. Конструкция переходника с виброгасителем в сочетании с торцевой фрезой Для обеспечения заданных параметров качества и точности необходимо использовать более жесткое оборудование и(или) инструменты, оснащенные виброгасящей системой.
Применение указанных способов зачастую приводит к большим затратам. Примером инструментов оснащенных антивибрационной системой является инструмент фирмы Sandvik Coromant серии Silent Tools, но конструкция данного инструмента не позволяет избавиться, от жесткого первоначального контакта, а также от продольных колебаний рабочего органа машины. На практике для достижения заданных параметров качества и точности приходится уменьшать толщину срезаемого слоя и уменьшать продольную подачу, что, в свою очередь, приводит к уменьшению производительности и, как следствие, увеличению стоимости готовой продукции. Нами предложено использовать виброгасящий переходник, который устанавливается на шпинделе станка, или же изготовляется в хвостовике инструмента, тем самым поглощая колебания, передаваемые на обрабатываемую поверхность. На рисунке представлена конструкция переходника с виброгасителем в сочетании с торцевой фрезой.
Такое решение позволит избежать жесткого первоначального контакта и избежать сколов, которые присущи обработке хрупких материалов в зоне врезания и выхода инструмента, уменьшить ударное воздействие в процессе прерывистой обработки конструкционных материалов, а также исключить применение дорогостоящей оснастки и оборудования.
1. Анализ и совершенствование шлифовальных кругов с виброгасителем для обработки хрупких материалов / В.В. Глебов [и др.] // Наука о резании в современных условиях: тр. Международной юбилейной научно-технич. конф. Ч. 2; ТулГУ. – Тула. 2005. С. 63–66.
УДК 776.17 + 541.14 + 66.023.
ПРИМЕНЕНИЕ «ВЗРЫВНОЙ» ФОТОЛИТОГРАФИИ
В МИКРОРЕАКТОРНЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ
Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского1, Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева Микрореакторная технология (МРТ) дает возможность сократить издержки производства за счет уменьшения производственных площадей в 100–1000 раз. Применение МРТ снижает экологические риски, связанные с химическими предприятиями, поскольку МРТ относится к так называемой "зеленой химии", уменьшает время производственного процесса, сокращает временной интервал от разработки химической технологического процесса и установки до их ввода в эксплуатацию. Особенно выгодно использование МРТ для небольших предприятий.МРТ широко применяются в мире в таких отраслях, как нефтепереработка, медицина, фармацевтика. Первоочередными задачами проекта по внедрению МРТ в России является разработка альтернатив экологически опасным производствам, оптимизация производств и уменьшение производственных затрат. Решение их невозможно без проведения физикохимических исследований МРТ. Следовательно, изучение особенностей МРТ и внедрение их актуально.
В настоящее время технология изготовления реакторов для МРТ следующая. На первой стадии на стеклянную или кремниевую подложку наносится слой хрома и слой фоторезиста. Полученная заготовка экспонируется через фотошаблон и проявляется. Хром в пробельных участках стравливают соляной кислотой. Затем стекло в пробельных участках вытравливают плавиковой кислотой.
Такая технология содержит определенные технологические риски, связанные с кислотным травлением материала подложки для формирования микроканалов в микрореакторе.
Целью работы является использование для изготовления микрореакторов аддитивных методов, а именно – «взрывной» фотолитографии.
На первой стадии предлагаемого процесса на подложке из кварца или кремния (основании микрореактора) формируется резистная маска из позитивного фоторезиста. Методом газофазного нанесения на полученную заготовку осаждается слой SiO2, причем толщина слоя не превышает 1/3 от толщины фоторезистной маски. “Взрыв” слоя SiO2 осуществляется при обработке образца органическим растворителем (ацетоном или диметилформамидом). В нем фоторезистная маска набухает и увеличивает свои размеры, что приводит к удалению SiO над защищенными маской участками. В пробельных участках резистной маски слой SiO остается без изменений. Затем подложка из кварца или кремния с напыленным слоем SiO обрабатывается в щелочи и под давлением и нагреваниием до 500-600 покрывается еще одной пластиной кварцевой пластиной. В результате в сформированной структуре образуются микроканалы, в которых осуществляются химические технологические процессы. Процесс изготовления микрореактора завершается присоединением к нему кварцевых трубок для подвода и отвода реагентов. Иногда процесс изготовления микрореактора дополняется стадией модификации свойств поверхности микроканалов для придания им специальных свойств, что приводит к увеличению химической селективности микрореакторов.
В этой технологии не применяется ни плавиковая, ни соляная кислота. Она экологически более выгодна, чем технология с травлением.
УДК 621. С.Н. МАЛОЗЕМОВ, А.А. БАСОВ, Р.Р. РЯЗАПОВ, А.Н. СЕМЕНЕНКО
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО РАДИОЭКОЛОГИИ «РАДОН»
Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева Радиационная авария на АЭС «Фукусима-1», как и авария на ЧАЭС, относится к седьмому уровню событий (крупная авария) по Международной шкале ядерных событий (INES). Подобные крупные аварии способствуют развитию негативного отношения населения к ядерной энергетике. В то же время, стратегия развития ядерной энергетики в России, предусматривает активное строительство и ввод в эксплуатацию новых энергоблоков (в настоящее время строится 9 энергоблоков). В связи с этим возникает необходимость повышения информированности населения о современном состоянии ядерной энергетики, уровне безопасности, радиоэкологической обстановке в нашей стране и за рубежом. Кроме того, остро стоит проблема повышения уровня знаний в области радиоэкологии и радиационной безопасности, а также, повышения «ядерной культуры» населения.Сегодня в сфере образования большое внимание уделяется экологическим проблемам, в том числе и вопросам радиоэкологии и радиационной безопасности. В Институте ядерной энергетики и технической физики НГТУ им. Р.Е. Алексеева разработан и создан учебнометодический комплекс по радиоэкологии «РАДОН», позволяющий выполнять следующие работы:
статистические законы в ядерной физике;
изучение характеристики счетчика Гейгера- Мюллера;
изучение бета- излучения (в том числе, обратное рассеяние бета- излучения);
изучение гамма- излучения;
исследование естественного радиационного фона;
исследование содержания продуктов бета- распада радона в воздухе;
радиоактивность материалов и продуктов питания.
При проектировании и создании учебно-методического комплекса «РАДОН», мы исходили из того, что основы методов лучше усваиваются при работе на простейших приборах, чем при использовании программируемых автоматических установок, с трудом доступных начинающему, к тому же мало наглядных и дорогих. В состав прибора входит источник излучений на основе естественного радиоактивного препарата- хлорида калия (КСl).
Для повышения наглядности результатов, значительного снижения трудоемкости обработки и анализа получаемых данных, учебно-методический комплекс «РАДОН» снабжен устройством ввода данных в персональный компьютер. С помощью пакета LabWIEV были созданы программы, позволяющие проводить трудоемкие статистические анализы и в наглядной, информативной форме выводить результаты на монитор компьютера.
Благодаря простоте, мобильности и сравнительно низкой стоимости оборудования, открываются широкие возможности для использования учебно-методического комплекса «РАДОН» в учебных заведениях (школы, высшие учебные заведения). По нашему мнению, использование учебно-методического комплекса «РАДОН» в учебном процессе будет способствовать уменьшению негативного отношения к ядерной энергетике и подготовке специалистов для строительства и эксплуатации ядерных объектов.
УДК 665. А.С. НЕГОДЯЕВ, М.Е. ФЕДОСОВА, Л.А. БЕРДНИКОВ, А.И. ШИШКИН
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ
ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ МЕХАНИЗМА ОБРАЗОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ
В ДВИГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева При эксплуатации двигателей внутреннего сгорания происходит накопление отложений – нагара и лака, что в дальнейшем приводит к существенному снижению экономичности и сокращению ресурса двигателя, вызываемого, прежде всего, ухудшением работы деталей и механизмов вследствие их локальных перегревов. Поэтому на данный момент изучение причин и механизмов образования отложений в ДВС представляет большой интерес. Выявление закономерностей процессов нагарообразования в ДВС, в конечном итоге, будет способствовать разработке рецептур новых эффективных антинагарных и моющих присадок.Исследования показывают, что особенно интенсивно отложения образуются на деталях цилиндропоршневой группы, кривошипно-шатунного механизма и во впускном коллекторе. Основной причиной появления отложений в двигателе являются термические превращения компонентов топлива и масла в зонах высоких температур, чаще всего, на стенках камеры сгорания, днище поршней и седлах впускных клапанов.
Для изучения механизма нагарообразования предполагается применение комплексного подхода, в том числе, современных методов аналитической химии, в частности, ИКспектроскопии для определения основных функциональных групп вещества нагара. Метод инфракрасной спектроскопии дает возможность получить сведения об относительных положениях молекул в течение очень коротких промежутков времени, а также оценить характер связи между ними, что является принципиально важным при изучении структурноинформационных свойств различных веществ. Кроме того, логичным этапом исследования механизма нагарообразования представляется определение основных эксплуатационных характеристик горюче-смазочных материалов.
Типичный спектр нагара, полученный на приборе IRAffinity-1 (Shimadzu) в таблетках KBr (апертура 8 мм) в интервале частот 400-4000 см-1, приведен на рис. 1.
Расшифровка спектров проводится двумя способами: с помощью обобщенных таблиц характеристических пиков, приведенных в литературе [1], либо методом сравнения полученного спектра с имеющимися в базе данных программного обеспечения прибора.
В конечном итоге, метод ИК-спектроскопии позволяет с достаточно высокой точностью идентифицировать химический состав нагара.
1. Смит, А.Л. Прикладная ИК-спектроскопия: [ пер. с англ.] / А.Л. Смит. – М.: Мир, 1982. – 328 с.
УДК 691.
ВЫСОКОПРОЧНЫЕ ПОЛИМЕРБЕТОННЫЕ КОМПОЗИТЫ
ДЛЯ ДОРОЖНЫХ РАБОТ
Дзержинский политехнический институт (филиал) НГТУ им. Р.Е. Алексеева Получение новых композиционных материалов для дорожных покрытий и их ремонта в Центральной России из-за высокой нагрузки на транспортные магистрали является актуальной проблемой. В связи с этим необходимы новые материалы, характеризующиеся высокой прочностью и трещиностойкостью. Кроме того, климатические особенности эксплуатации мостов и дорог в России, когда колебания температуры составляют десятки градусов, определяют особенно высокие требования к морозостойкости и влагонепроницаемости материалов дорожных покрытий. Важную роль играет и время отверждения материалов.Бетоны обладают высокой прочностью на сжатие, но характеризуются относительно низкой прочностью на растяжение и изгиб, низкой адгезией. Высокая пористость бетонов может привести к износу, эрозии, химическому разрушению и низкой морозостойкости. Их существенным недостатком является также большое время распалубки. Полимерные материалы не обладают высокой прочностью на сжатие, но обеспечивают высокую адгезию к другим материалам, а также характеризуются устойчивостью к агрессивным средам. Сочетание бетонов и полимеров позволяет использовать их полезные свойства и получать композиты, характеризующиеся высокой прочностью, долговечностью, химической стойкостью, экологичностью и относительно низкой стоимостью.
Нами разработаны составы и методика приготовления композиционного полимербетонного материала для дорожного строительства. Полученные лабораторные образцы характеризуются высокой химической стойкостью, морозостойкостью и высокой прочностью.
Прочность полученного полимербетонного образца через два часа после приготовления составила 6,8МПа, при этом прочность традиционного бетона через 28 суток составляет не превышает 3,2 МПа.
В настоящее время для повышения прочности бетонов предлагается введение в состав наноматериалов. Введение углеродных нанотрубок позволяет существенно увеличить прочность и долговечность бетонов, однако при этом существенно возрастает их стоимость. По нашему мнению, наиболее перспективным является использование в качестве наполнителей для бетонов порошков карбида бора. Карбид бора (B4C) имеет уникальный набор свойств (температура плавления – 2300 °С, температура начала разложения - более 2450 °С). По твёрдости карбид бора занимает третье место после алмаза и кубического нитрида бора (боразона), опережая электрокорунд, карбид кремния и другие известные высокотвердые материалы. Прочность полученного лабораторного образца полимербетона с содержанием карбида бора 0,05% составила более 10МПа.
В настоящее время на ОАО «Авиобор» накоплено более 600 т и постоянно пополняются (не менее 60 т/год) отходы производства треххлористого бора. Содержание карбида бора в них достигает 15%. В ходе выполнения проекта будет разработана технология переработки данных отходов в карбид бора и его селективной химической очистки. Использование полученного карбида бора в качестве наполнителя для полимербетонов позволит создать высокопрочный долговечный материал для дорожного строительства, характеризующийся относительно низкой стоимостью за счет использования отходного промышленного сырья. При этом будет ликвидирован источник высокой экологической опасности – склад токсичных отходов производства треххлористого бора.
УДК 629.124.
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ДНИЩЕВОЙ ЧАСТИ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ
ВСТАВКИ КОРПУСА СУДНА С МЕЛКО-БИТЫМ ЛЬДОМ
Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева Продление навигации на внутренних водных путях России является важным резервом в развитии работы флота. Перед российским судостроением встают задачи создания судов, в том числе и баржевых составов способных работать в битых и мелкобитых льдах. Продолжение работ по продлению навигации на внутренних водных путях России позволит добиться следующих результатов: 1) выравнивания сроков начала навигации; 2) транспортного освоения малых рек; 3) прогнозирования затрат и сроков, связанных с выполнением ледовых проводок транспортных судов.Значительная часть транспортного, несамоходного и технического флота представляют суда, имеющие большой коэффициент общей полноты корпуса.
На основе обработанных ранее натурных наблюдений, экспериментов и литературных источников строится физическая картина взаимодействия корпуса баржи с битым льдом, которая представляет два сценария движения в условиях битых льдов: 1) выделяется масса льда толкаемого судна впереди в виде «ледовой наделки»; 2) при определенных значениях скорости движения судна и отношения осадки судна к толщине слоя битого льда. Наблюдается срыв некоторой массы битого льда под днище цилиндрической вставки корпуса. Данный процесс является причиной чрезвычайного роста ледового сопротивления движению судна ввиду того, что сильно возрастает площадь поверхности корпуса контактирующей со льдом. При данном сценарии образование ледовой наделки впереди корпуса так же имеет место.
Проведенные модельные эксперименты в ледовом опытовом бассейне НГТУ им. Р.Е. Алексеева позволили исследовать величину объемов льда попадающих под днище цилиндрической вставки.
При модельном эксперименте изменяли отношение осадка, толщину слоя битого льда, скорость движения судна. Измерялась длина объема льда, попадающая (l) под днище корпуса. Результаты модельных испытаний баржи позволили определить зависимость изменения длины объема льда под днищем в зависимости от скорости движения судна при различных отношениях осадки к толщине льда, что позволяет в дальнейших исследованиях построить математическую модель данного физического явления.
УДК 631.3.018.2:628.8-
РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА
«АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ТЕПЛОВОЙ ПУНКТ» ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ
ИССЛЕДОВАНИЙ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЯМИ
Нижегородский государственный инженерно-экономический институт Целью разработки экспериментального лабораторного стенда «Автоматизированный тепловой пункт» является: увеличение компактности размещения испытательного и испытуемого оборудования, а также повышение эффективности выявления наиболее рациональных, с точки зрения энергопотребления, конструкций подогревателей воды, используемых в технологических процессах сельскохозяйственных производств, путем обеспечения исследований их энергопотребления в одинаковых условиях.Поставленная цель достигается благодаря тому, что технологическая схема стенда (рис. 1) включает в себя три типа подогревателей воды, в которых происходит преобразование электрической энергии в тепловую, отопительный прибор (ОП), бойлер (Б) со змеевиком, насос (Н), термодатчики Т1…Т9, щит управления (ЩУ) с приборами замера расхода электроэнергии, рабочего напряжения, температуры нагрева воды, тока и потребляемой мощности ЭПВ и насосом, расходомер воды (РВ) и электромагнитные клапаны ЭК1…ЭК9.
На данное оборудование направлена заявка в ФИПС на изобретение, регистрационный номер № 2014106449 от 20.02.2014 г.
При исследованиях ЭПВ осуществляются замеры: потребляемой мощности – с помощью ваттметра или с помощью амперметра и вольтметра; времени нагрева воды – с помощью термометра и секундомера; расхода электроэнергии – с помощью элетросчетчика;
уровня шума – с помощью шумомера, количества воды, нагреваемой в контуре, контролируется с помощью расходомера.
Коммерциализация проекта может быть осуществлена в виде дальнейшей продажи стенда в другие высшие учебные заведения для проведения лабораторных работ по дисциплине «Электротехнология», а также при проведении платных испытаний конструкций электрических подогревателей воды, используемых в технологических процессах сельскохозяйственными предприятиями Нижегородской области.
УДК 66.098.
ЛОКАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ
СТОЧНЫХ ВОД КОТТЕДЖНЫХ ПОСЕЛКОВ
Дзержинский политехнический институт (филиал) НГТУ им. Р.Е. Алексеева В последние годы в России наблюдается существенное увеличение темпов развития малоэтажного строительства. Этому способствует как активная поддержка этого сектора экономики со стороны государства, так и усиливающееся желание среднего класса населения обособиться от городских условий жизни в «каменных джунглях». Вместе с тем, загородный образ жизни вместе с очевидными достоинствами, накладывает и серьезные ограничения комфорта в первую очередь в виде удаленности, а подчас и отсутствия традиционных централизованных систем водоснабжения и водоотведения. В такой ситуации в плане очистки сточных вод бытового характера на помощь приходят локальные очистные сооружения (ЛОС).На данный момент рынок подобных установок насыщен множеством предложений однотипного характера, принцип работы которых в основном связан с анаэробным сбраживанием продуктов жизнедеятельности человека в подземных емкостях септического типа. К недостаткам подобных решений можно отнести, в первую очередь, невысокое качество воды на выходе (степень очистки не превышает 60%). В силу этого вода из септика обычно направляется на доочистку в дренажные устройства (так называемые поля фильтрации), что не только усложняет обслуживание системы, но и увеличивает необходимую площадь для сооружения подобной системы. Кроме того, данные установки требуют регулярного технического обслуживания.
Более современным и технически совершенным решением является применение установок аэробного биологического обеззараживания, в которых в качестве активного компонента применяется взвешенный ил, насыщенный аэробными микроорганизмами. Наиболее известным представителем конструкций этого типа является установка «ТОПАС» двухфазного принципа действия с рециркуляцией активного ила. В отличие от установок септического действия, в этом случае возможен отвод очищенной воды непосредственно на нужды ирригации, а также для накопления в буферной емкости или водоеме рыбохозяйственного назначения.
Несмотря на качественно иной уровень очистки сточных вод (эффективность достигает 99%), установка обладает недостатками, в числе которых можно отметить неравномерность обработки отходов микроорганизмами и нестабильность аэрации вследствие гетерогенности поступающих в систему веществ. Также можно отметить невысокую интенсивность процесса перемешивания стоков и активного ила на стадии рециркуляции вследствие применения пневматического способа перемешивания.
С целью устранения недостатков был разработан проект локальной очистной установки для коттеджа средней численностью населения пять человек. За основу данной разработки был взят принцип действия ЛОС «ТОПАС». Расчетная производительность по сточным водам составляет 1 м3/сут. Отличительными чертами разработанной установки являются гомогенность веществ на входе за счет внедрения стадии измельчения, применение принудительного перемешивания стоков и активного ила на стадии рециркуляции. Применение композиционных материалов в качестве основного конструкционного материала и иной силовой схемы корпуса позволяет говорить об уменьшении массы и габаритов установки без потери в ее прочностных качествах. В перспективе дальнейшего развития проекта планируется разработать более широкий типоразмерный ряд установок и затронуть весьма актуальный в последнее время вопрос децентрализованной очистки промышленных стоков.
УДК 621.
АКУСТИЧЕСКИЙ ВОЛНОВОДНЫЙ УРОВНЕМЕР
Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева Контроль уровня жидкости является важной задачей во многих областях промышленности. Практически на любом производстве имеются емкости, в которых необходимо контролировать уровень. В настоящее время на рынке присутствует большое разнообразие уровнемеров и сигнализаторов уровня предназначенных для решения различных задач. Основная масса применяемых приборов основана на поплавковом принципе. Однако область применения каждого из известных приборов довольно ограничена. Нами предлагается конструкция и технология изготовления сигнализатора и уровнемер на основе акустических волноводов, способных работать как обычных условиях, так и при высоких значения температуры, давления, ионизирующего излучения, кислоты, реализуемых в передовых отраслях промышленности и энергетики.Наша разработка представляет собой акустический волноводный уровнемер. Чувствительная часть уровнемера представляет собой цельносварную конструкцию из нержавеющей стали. Полученные сигналы обрабатываются электронным блоком, который передает информацию в компьютер. Принцип его работы основан на изменении амплитуды и времени задержки акустического сигнала, зависящего от уровня контролируемой среды. Уровнемер не имеет подвижных частей, чувствительные элементы находятся внутри защитной трубы, материал – нержавеющая сталь устойчив к воздействию агрессивных сред, все это обеспечивает надежность и долговечность предлагаемой разработки.
Датчик сигнализатора уровня включает одиночный волноводный чувствительный элемент прямоугольного сечения. На поверхности чувствительного элемента размещены отражатели ультразвука. Для защиты от внешних воздействий чувствительный элемент размещен в защитном чехле. Волновод связи, изолированный от контакта с теплоносителем, расположен в защитной чехловой трубе, и оснащен преобразователем крутильных волн. Рабочая частота преобразователя – 700 кГц.
Работает сигнализатор следующим образом. При осушенном датчике акустический импульс, сгенерированный преобразователем электромеханических волн, отражается последовательно от каждого отражателя и возвращается в преобразователь, где регистрируется электроникой. Постепенное погружение чувствительного элемента в жидкость приводит к поглощению энергии импульсов, распространяющихся в чувствительном элементе под уровнем жидкости, и соответственно к уменьшению амплитуды сигналов отражения вначале от кончика чувствительного элемента, а затем и от отражателей, погружающихся в жидкость вплоть до их полного исчезновения.
Применение стержневых чувствительных элементов позволяет значительно уменьшить массо-габаритные характеристики датчика сигнализатора.
Испытание опытных образцов сигнализаторов проводились на теплофизическом стенде электрическая мощность 360 кВт. Температура жидкости составляла (3455)С, давление - (15,00,5) МПа. Режимы отличались между собой средой, находившейся над уровнем жидкости. Применялись пар и парогазовая смесь. И при температуре жидкости (205) С, атмосферном и повышенном давлениях.
Полученные данные позволяет сделать вывод о надежном функционировании акустозондового уровнемера при работе в различных температурных режимах, различных давлениях.
УДК 623-
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕРМОСТОЙКИХ НАНОПОКРЫТИЙ
НА СТОЙКОСТЬ СТВОЛОВ АРТИЛЛЕРИЙСКИХ ОРУДИЙ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И ВИБРОАКУСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева На вооружении современных армий стоят различные по своему устройству и назначению артиллерийские и ракетные комплексы. Основным агрегатом артиллерийского орудия является ствол. Непрерывный рост мощности артиллерийских орудий сопровождается повышением начальной скорости снаряда, максимального давления пороховых газов, увеличением массы заряда и повышением скорострельности, что приводит к интенсивному разогреву стенок ствола при выстреле. Повышение температуры внутренней поверхности ствола приводит к увеличению перепада температур по толщине его стенок. Вследствие этого увеличиваются температурные напряжения в стволе, результатом чего является повышение интенсивности износа при значительном снижении живучести стволов Для уменьшения вредных последствий нагрева ствола и увеличения срока службы артиллерийского орудия на практике прибегают к установлению предельных режимов стрельбы. В целях уменьшения нагрева стволов и обеспечения более высоких режимов огня за последнее время находят широкое применение так называемые холодные пороха и флегматизаторы. Имеют место конструктивные мероприятия, в частности, применение быстросъемных стволов и увеличение массы ствола. Однако перечисленные меры по увеличению режима огня и живучести стволов не являются достаточно эффективными. Одной из наиболее эффективных мер борьбы с нагревом и его нежелательными последствиями является охлаждение стволов.Профессор О.В.Кретинин предложил идею термической защиты стволов путем нанесения на внутреннюю поверхность ствола термостойких нанопокрытий. В настоящее время существует отработанная методика определения интенсивности износа и влияния нанопокрытий из различных материалов на износостойкость режущего инструмента при обработке металлов резанием. Методика основана на исследовании сигнальных полей термо-ЭДС и виброакустической эмиссии (ВАЭ), образующихся в зоне контакта инструмента и заготовки. Результатом применения методики явилось создание покрытий, повышающим износостойкость инструмента в два раза по сравнению с наиболее применяемыми в настоящее время материалами покрытий. Данная методика применима не только в случае обработки металлов резанием, но и для любых тяжелонагруженных пар трения, поскольку термо-ЭДС и ВАЭ являются следствием контакта металлических поверхностей.
Таким образом, данная методика применима и для пары снаряд – ствол.
При постановке экспериментов существует два основных ограничивающих фактора:
1) определение диапазона частоты снятия показаний; 2) отделение чистого сигнала от разнообразных шумов. Решение указанных проблем во многом зависит от оборудования испытательного стенда. Эксперименты при исследовании обработки резанием проводились в диапазоне кГц. В ближайшее время необходимо приобретение современного оборудования, которое позволяет фиксировать показания в диапазоне МГц, чтобы повысить информативность снимаемых сигналов. Также нынешний уровень аппаратных средств измерения имеет значительно более широкие возможности для фильтрации шумов. Коммерциализация проекта будет способствовать созданию нового лабораторного стенда для применения вышеуказанной методики для решения задачи повышения износостойкости орудийных стволов. Кроме того, необходимы средства на создание и нанесение нанопокрытий, а также на проведение натурных испытаний, т.е. стрельб на полигоне.
Ожиданием от реализации проекта является повышение срока службы ствола орудия на 25-50% и увеличение кучности стрельбы за счет создания новых и применения существующих материалов нанопокрытий для внутренней поверхности ствола.
УДК 621.74:669.13.
РАЗРАБОТКА И ОСВОЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЧУГУННЫХ
ОТЛИВОК СТЕКЛОФОРМ С ПОВЫШЕННОЙ РЕСУРСОСПОСОБНОСТЬЮ
Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева Детали стеклоформующей оснастки эксплуатируются при знакопеременных термических нагрузках в сочетании с абразивным износом и окислением рабочих поверхностей – поверхностей, контактирующих с расплавленным стеклом.В качестве материала для деталей стеклодувных автоматов авторами предлагается использовать легированный – преимущественно кремнием – чугун с градиентной структурой литья высокой гетерогенности, представляющей собой послойное расположение зон с различным комплексом свойств материала и выполняемой функциональной задачей (композиционное строение). Для создания повышенной износо- и термостойкости детали ее рабочий слой (на глубину до 10 мм) предлагается формировать исключительно из чугуна с шаровидной формой графита (ШГф5) в ферритной металлической основе. Минимизация зерна чугуна – за счет принципа литья расплава на металлический холодильник – позволяет повысить прочность рабочих кромок (250-350 МПа) и снизить способность чугуна против выкрашивания отдельных структурных составляющих (графит, цементит). Промежуточный («переходный») слой детали (10-50 мм), являющийся каркасом металлоизделия и – по результатам исследования авторов – концентратором различных структурных и тепловых напряжений в процессе эксплуатации детали, предлагается формировать из чугуна с вермикулярной формой графита (ВГф3) ввиду высокой прочности такого чугуна (~250 МПа) и теплопроводности ~40-50 Вт/м·К. Наружный слой детали стеклоформы предлагается формировать из чугуна с пластинчатой формой графита, с целью максимальной теплоотдачи энергии разогрева металлоформы в окружающую среду цеха и создания направленного отвода тепла по сечению изделия.
Таким образом, формирование градиентной структуры, состоящей из чугуна с различной степенью глобуляризации графита по сечению отливки, позволяет повысить ресурсоспособность изготовленной детали до 0,8-1 млн теплосмен при неизменной трудоемкости ее изготовления, что позволяет предприятию-потребителю стеклоформ получить больший экономический эффект за счет более надежной работы оборудования стеклотарного завода.
УДК 621.
СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ЛИНИЙ ОСВЕЩЕНИЯ
Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева На данный момент системы управления и контроля линий уличного освещения обладают очень широким функционалом, но они не способны централизованно отслеживать выход из строя приборов освещения и несанкционированные подключения к линиям электроснабжения приборов освещения. Учитывая важность своевременного ремонта или замены приборов освещения и необходимость препятствованию хищения электроэнергии, решение данной проблемы сейчас особенно актуально. Данная разработка позволит эффективно решить эту проблему.Особенность данной разработки заключается в том, что измерительные модули будут отслеживать состояние нагрузок на линиях освещения и передавать данные на сервер. В случае неисправности на линии сотрудник, отвечающий состояния линий освещения, увидит уведомление с указание возможной причины неисправности.
Предполагается за первый год изготовить опытный измерительный модуль. К концу второго года планируется написать серверное ПО, изготовить ещё несколько образцов модулей и провести испытания.
Учитывая низкую эффективность методик обнаружения и поиска неисправных приборов уличного освещения, применяемых в данный момент на многих участках, а также стремление пресекать хищение электроэнергии, предполагается высокий спрос на разрабатываемую систему. В случае успешной разработки и внедрения данная система станет важным дополнением к существующим системам управления линиями уличного освещения.
УДК 629.
КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ СУДОВ,
ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ
ДЛЯ ПЕРЕВОЗКИ ЗЕРНА
Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева Техническое задание предусматривает проект судна – класса КМ Ice2R1Aut РМРС. Сухогрузный теплоход универсального типа дедвейтом 6500 т., основное назначение – перевозка зерна и контейнеров; район плавания – Каспийское море, линия порт Актау (Казахстан) – порт Энзели (Иран); скорость хода – 11 узлов; автономность плавания – 15 суток;экипаж/мест – 10/13; тип ГСУ – дизельная; люковое закрытие – сдвижное.
Исходя из класса, R1 – показатель ограниченности района плавания судна, с учетом эксплуатационных условий на Каспийском море, данное судно сможет эксплуатироваться на заданной линии в течение всего года, без простоя в зимнее время. Будет спроектирован теоретический чертеж с такими обводами, чтобы обеспечить коэффициент общей полноты 0,85.
Чтобы эффективнее использовать судно, оно будет обладать возможностью перевозки контейнеров международного образца, или каких-либо крупногабаритных грузов. Для этого будет подобрана оптимальные размеры трюмов, и возможность механизированной очисткой трюмов от остатков зерна. Конструкция мидель-шпангоута исключит наличие набора внутри трюмов и комингсах с внутренней стороны, и будут установлены гофрированные переборки в трюмах, что подвергнет меньшему засорению трюмов зерном при погрузке навалом.
План машинного отделения будет разработан с учетом такого расположения главного двигателя и дизель-генераторов, чтобы оптимально разместить топливные цистерны и другое оборудование. Будет установлен валогенератор-электродвигатель на гребном валу судна, для того чтобы при выходе из строя главного двигателя, валогенератор-электродвигатель полностью смог обеспечить судно скоростью, примерно до 5 узлов, с тем чтобы судно смогло бы добраться до порта и отремонтироваться. На судне будет установлен винт регулированного шага и активный руль с закрылком. Исходя из класса, Aut1 – объем автоматизации позволит эксплуатацию механической установки без постоянного присутствия обслуживающего персонала в машинных помещениях и в центральном посту управления. Также это дает возможность обслуживать судно экипажем в 10 человек.
Суда, длиной порядка 140 м, обычно имеют четыре трюма, но из-за специально подобранной длины трюмов, судно получит возможность разбивки на три трюма, один из которых определенной длины, а остальные два равны его половине. Это позволит установку сдвижного люкового закрытия, которое будут иметь горловины, и через них можно будет осуществлять погрузку зерна, и все это существенно упростит сохранение и погрузку при плохих погодных условиях. При перевозке зерна для предотвращения опасного накренения судна будут приняты меры, сводящиеся к устройству временных питателей (фидеров) и продольных переборок (шифтинг-бордсов).
На судне будут установлены типовые надстройка, с расположением экипажа на палубу выше машинного отделения, для создания условий с меньшей шумностью и вибрациями, и рулевая рубка, с обзором для рулевого на весь горизонт, как это выполнено на последних проектах ОАО КБ «Вымпел».
В заключение можно сделать вывод, что спроектированное судно будет являться новым образцом судов, конкурентноспособным и превосходящим ранее построенные суда и удовлетворять требованиям Правил РМРС и международных конвенций.
УДК 620.
ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЕ ИНГИБИТОРЫ КОРРОЗИИ
НА ОСНОВЕ ПРОМЫШЛЕННОГО ОТХОДНОГО СЫРЬЯ
Дзержинский политехнический институт (филиал) НГТУ им. Р.Е. АлексееваЗащита нефтепромыслового и нефтеперерабатывающего оборудования, трубопроводов систем сбора и транспорта обводненной нефти, утилизации сточных вод и системы поддержания пластового давления от коррозии позволяет в значительной степени увеличить срок службы и снизить затраты на ремонт оборудования. Особенно актуальной защита от коррозии стала в последние годы в условиях закисления нефтескважин с целью увеличения нефтеотдачи. Наиболее эффективным и перспективным способом защиты оборудования нефтепромыслов от коррозии является применение ингибиторов коррозии - поверхностноактивных веществ, растворимых в воде или в жидких углеводородах. Ингибиторы образуют на поверхности металла защитные адсорбционные пленки, препятствующие доступу агрессивной среды к поверхности металла. Введение в агрессивную среду даже небольших количеств ингибиторов значительно снижает скорость коррозии металла. Ингибиторы можно использовать, не изменяя соответствующих технологических процессов и их аппаратурного оформления.
В настоящее время на российском рынке предложен широкий ассортимент ингибиторов коррозии для нефтепромыслового и нефтеперерабатывающего оборудования. К ним относятся ингибиторы фирмы Бейкер Петролайт (США) - Петротек и Сепакорр НТ; фирмы Клариант (Германия) - Додиген 481; фирмы Ай-Си-Ай Кемеликс (Великобритания) – Кемеликс, ЗАО «Колтек Инт.» (Россия) - ингибитор Геркулес 30617 и др. Предлагаемые ингибиторы коррозии демонстрируют достаточно высокую защитную способность, однако, характеризуются высокой стоимостью. Таким образом, поиск эффективных и одновременно дешёвых ингибиторов коррозии представляет большой интерес. На наш взгляд, одним из наиболее перспективных путей решения данной проблемы является использование для получения ингибиторов дешевого промышленного отходного сырья.
В настоящее время на территории завода ОАО «ДОС» (г. Дзержинск) скопилось большое количество трудноутилизируемых отходов, представляющих собой кислые растворы органических азотсодержащих соединений, замещенных аминов, производных метакриловой кислоты и полимеров. Нами разработана технология выделения из отходов ОАО «ДОС» органических соединений и их очистки от неорганических примесей. На основе выделенной органической фракции и таловых кислот получен опытный образец ингибитора коррозии. Испытания ингибитора по ГОСТ 9.506-87 показали его высокую эффективность в водно-нефтяных средах. При средней рабочей дозировке 100 ppm был достигнут защитный эффект 98,5%.
Варьируя условия переработки, из отходов можно получить смеси солей аминов, амидов и имидазолинов различного состава, проявляющие высокую эффективность в различных средах (водных, органических и водно-органических). Исследование влияния условий на состав продукта позволит разработать дешевые, высокоэффективные ингибиторы коррозии на основе отходного сырья для различных отраслей, в том числе нефтепереработки, производства охлаждающих жидкостей, для систем водоподготовки и водоснабжения и др. Кроме того, в результате реализации проекта будет решена важная задача утилизации опасных промышленных отходов.
СЕКЦИЯ
ФИЛОСОФСКИЕ ВОПРОСЫ
ТЕХНОЗНАНИЯ
УДК 1(091)+РАЦИОНАЛЬНОСТЬ, ПОЛЕЗНОСТЬ, ЭФФЕКТИВНОСТЬ
КАК ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОСНОВАНИЕ СИСТЕМЫ МЕНЕДЖМЕНТА
Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева Управление любым предприятием предполагает адекватное грамотное каждодневное принятие решений. Процедура принятия решений связана с серьезными рисками как в области выпуска продукции и возможности причинения вреда потребителю, так и в области экономического состояния производства. Поэтому процесс принятия решений включает основные понятия, на которые должно опираться принимаемое решение. Этими понятиями являются: рациональность, эффективность, полезность. Собственно, задачей тезисов и является рефлексия относительно данных понятий.Рациональность – одна из культурных ценностей. Без опоры на неё человек не смог бы действовать и познавать. Рассматривая понятие рациональности, следует обратить внимание на достаточно принципиальный элемент – субъект рациональной деятельности. Так, например, при разработке новой модели автомобиля субъектом рациональной деятельности может выступать инженер-конструктор, который определяет цель деятельности, принимает рациональные решения для ее достижения. Инженер-конструктор, принимая решение, также будет руководствоваться понятиями полезности и эффективности.
Д. Бернулли выдвигает тезис о том, что ценность чего-либо должна иметь основанием не цену, но скорее полезность. Понятие полезности ассоциируется с пользой, желательностью или удовлетворением. Такой же принцип применяется сейчас в международных требованиях к системе менеджмента качества производственных предприятий. Полезность выпускаемой продукции ассоциируется с пользой, которую получит покупатель и удовлетворенностью его потребностей.
Эффективность – способность выполнять работу и достигать необходимого или желаемого результата с наименьшей затратой времени и усилий. Так, эффективность производственного предприятия зависит от системы менеджмента качества, рациональности и полезности принимаемых решений сотрудниками и от умения исполняющего директора грамотно управлять производственным процессом.
Процесс принятия решения начинается с возникновения проблемной ситуации и заканчивается выбором решения – действия, которое должно ее преобразовать. Рациональность предполагает рациональный выбор целей и подбор наиболее эффективных средств их осуществления. Основным критерием, по которому оценивают рациональность предпринятых действий, является полезность, отражающая пользу выпущенной продукции и удовлетворенность потребителя. В свою очередь, полезность произведенных автомобилей обеспечивает высокий спрос на продукцию, что говорит об эффективности производства.
УДК 378. А.Е. БАРИНОВ, А.Е. ЗАКОЛОДКИН, С.Н. МАЛОЗЁМОВ, Т.Л. МИХАЙЛОВА
ТЕОРИЯ РЕШЕНИЯ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ
В СТАНОВЛЕНИИ СОВРЕМЕННЫХ МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ
Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева ТРИЗ – Теория Решения Изобретательских Задач. Разработана Г. Альтшуллером в ХХ веке. ТРИЗ призвана развивать изобретательское мышление у человека, помогая решать задачи, ответ на которые невозможно получить традиционным путём. ТРИЗ неоднократно пытались ввести в систему образования советских вузов, но потерпели неудачу. У студентов не было желания учиться изобретать, да и консерватизм администрации, как всего общества был велик. Для интеграции новых навыков мышления необходимо время и регулярные тренировки, которые не вписывались в лозунг «стране нужна продукция». С переходом на болонскую систему обучения как раз и появляется та недостающая потребность в сильном научном мышлении у студентов старших курсов, которую и может дать ТРИЗ.Путь молодого учёного для многих, вступивших на стезю науки, начинается в магистратуре. Изучив базовые дисциплины за первые четыре года обучения, получив полезные навыки в своей профессии, молодые люди дерзают продолжить учёбу, став магистрантами.
И тут же наталкиваются на «подводный камень» этого обучения – стиль получения знаний кардинально меняется. Вместо постоянных лекций и практических занятий в институте и на предприятиях, курсовых работ и стандартного диплома, студенты получают практически полную свободу действий и огромное количество времени в придачу. Их обучение переходит в самообучение.
Появляется необходимость вести научный поиск, зачастую изучая опыт зарубежных коллег из непереведённых первоисточников. Конечно, накапливание информации жизненно необходимо для написания научной работы, но часто разбираясь в чужих научных трудах, видишь скорее тупиковые ветви развития, чем потенциал для научного роста. Важно иметь механизм для сбивания психологической инерции человека, завязшего в специальных терминах и определениях, умение смело фантазировать и решать сложные задачи, подчас уходя от привычной логики.
Таким образом, мы имеем в качестве ресурса для внедрения ТРИЗ в современном социуме и время, и желание студентов решать изобретательские задачи. Известно, что тренировка социальных навыков и навыков мышления, усвоение больших и сложных массивов знаний эффективно проходит на занятиях в формате активного обучения, то есть тренингов.
Например, можно выделить для магистров специальный день для тренирования способности смело и научно мыслить (как для уроков труда в школе), и в этот день вести такое активное их обучение в форме лекций, диалогов, разборов домашних заданий и т.д. Вначале можно провести эксперименты на нескольких факультетах или университетах, с помощью различных методик преподавания и подачи материала, и на основе этого разработать единую эффективную систему преподавания предмета, доработать существующие учебники, а затем начать более глобальное внедрение. Можно ввести в качестве домашнего задания обязательное решение задач в области своей научной работы с помощью элементов ТРИЗ – это ускорит процесс создания диссертаций, и повысит эффективность занятий, ведь большинство студентов занимаются написанием дипломов в последние полгода перед защитой.
ТРИЗ позволяет человеку, имеющему хорошую теоретическую и практическую базу знаний, самосовершенствоваться в современном мире, в котором прогресс шагает десятимильными шагами, а техника развивается неимоверными темпами, разрешать неразрешимые на первый взгляд противоречия и улучшать окружающий его мир.
УДК 116.01.
РЕФЛЕКСИЯ КАК СОСТАВЛЯЮЩАЯ КОЛЛЕКТИВНОГО ПОВЕДЕНИЯ
Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева Рефлексия, как тип философского мышления, предполагает процедуру обращения сознания на себя. Целенаправленное изучение рефлексии велось в различных философских системах, начиная с античности. Греция, будучи родиной европейского социокода, где на рубеже первого тысячелетия происходило его зарождение, неминуемо отсылает нас к образу Сократа. Этот «практикующий» философ, пробуждающий афинян к активной жизни, – всегда присутствует в пространстве рассуждения относительно рефлексивных процедур, что сохраняет актуальность и сегодня при обсуждении сценариев поведения человека в мире глобальной коммуникации.Естественно, рефлексия трактовалась по-разному: у Сократа – как самопознание, у Платона и Аристотеля – как один из атрибутов Божественного разума (наряду с мышлением); в средневековой философии – как самовыражение «умной энергии» Бога. Р.Декарт придал рефлексии статус основного методологического принципа философии, коррелирующего с самой природой философского знания. Дж. Локк разработал вопросы эмпирической рефлексии, а В.Лейбниц – логической. Трансцендентальная рефлексия И.Канта – это синтез логической и эмпирической трактовок рефлексии. У Гегеля рефлексия снимает собственные моменты в движении ко всеобщему, репрезентируя бесценные моменты этого движения. В психологии рефлексия рассматривается как процесс самопознания индивидом внутренних психических актов и состояний. Систематическая разработка психологических аспектов рефлексии началась в 60-е годы XX века в школе В.А. Лефевра.
Для прояснения значения рефлексии стоит сначала рассмотреть ситуацию одного субъекта. У него есть представления об объективной реальности. Но он может и осознавать, т.е. рефлексировать относительно этих представлений, а также понимать осознание этих представлений, осознавая осознание. Так мы формируем рефлексивную реальность. Рефлексия субъекта относительно своих собственных представлений о реальности, принципах своей деятельности и называется авторефлексией или рефлексией первого рода. Кстати, в большинстве гуманитарных исследований речь идет, в первую очередь, об авторефлексии, под которой в философии понимается процесс размышления индивида о происходящем в его сознании. Рефлексия второго рода имеет место относительно представлений о реальности, принципах принятия решений, авторефлексии других субъектов.
Не меньшее значение имеет рассмотрение рефлексии в коллективном поведении, что особенно актуализируется сегодня, в мире глобальной коммуникации, отличающемся невероятной сложностью пересекающихся кооперативных эффектов от взаимодействий большого числа акторов. Сегодня разобраны две составляющие в моделях принятия коллективных решений. Во-первых, это концепция общего знания, суть которой в том, что вся существенная информация, принципы принятия агентами решений всем известны. Другими словами, «всем известно, что всем это известно». Во-вторых, концепция собственного решения:
каждый агент следует некоторой процедуре принятия решений, «не задумываясь» над тем, что знают и как ведут себя остальные агенты. Это две крайности, между которыми есть некоторое число вариантов развития событий. Предположим, что актор может спрогнозировать поведение других агентов; тогда соответственно он конструирует свой сценарий действия с учетом этого прогноза. Данный прогноз можно считать информированностью актора о возможных действиях других агентов-акторов соответственно. Информированность есть результат отражения объективной реальности в сознании. В общем смысле с этим фундаментальным свойством бытия человека и связан термин «рефлексия». Между объективной реальностью и ее образом в сознании, трактуемого как «образа части особой рефлексивной реальности», –существует неизбежный зазор, несовпадение, из-за которого рассматривается не один исход развития событий, а множество вероятных вариантов. Кстати, именно этот зазор, понимаемый как несовпадение смыслов-событий, и создает возможность коммуникации, этого базового элемента мира глобализации.
Представляется, что процесс рефлексии в коллективном поведении как процесс взаимного «отражения» и обсуждения действий, становится особенно актуальным. И разработка проблем рефлексии продолжается, как важнейшая составляющая процесса принятия решений в сложных системах, характеризующихся нестабильностью, нелинейностью и неоднозначностью их развития.
УДК
ЭПИСТЕМОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТРУМЕНТАРИЙ
КАК ВАРИАНТ РАЗРЕШЕНИЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИХ СПОРОВ
Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева Объекты высоких степеней сложности и дальних порядков в связи с отсутствием инструментов познания, зачастую, порождают невозможность дальнейшего изучения некоторых теорий. Такой факт вызывает размножение конкурирующих или спорных взглядов во многих отраслях науки. Как гипотезу, можно сформулировать догадку о наборе современных гносеологических теорий, которые помогут разобраться с подобной ситуацией.Во времена современного прогресса разногласия в рядах ученых из-за отсутствия инструментов познания, тесно связанных с процедурой рефлексии касательно многих вариантов большинства технических теорий и невозможностью признания единственной версии как основополагающей, являются нормальным положением. Выяснить причины и возможный результат таких вариаций возможно посредством рассмотрения двух эпистемологических теорий: эпистемологического анархизма и синергетики.
Теории в технической сфере, как и теории, исследующие человекоразмерные системы, являются открытыми для научно-познавательных вливаний извне, включают в себя большое количество подтеорий – элементов, нередко, которые, входят в дискурс друг с другом. Большинство теорий существуют в стационарном устойчивом положении, невзирая на взаимное воздействие элементов с хаотическими чертами и периодически рождающиеся новации и открытия, что позволяет применять их для разрешения практических задач.
В рамках неклассического типа научной рациональности противоречивые гипотезы создают сумятицу и беспокойство, с точки же зрения постнеклассической науки отрицательные факторы исчезают. Именно из-за этого многие положения в теориях, не воспринимающиеся со стороны только неклассической науки, можно объяснить с помощью феномена постнеклассической рациональности – синергетики.
Последнее предположение как раз и соответствует обозначенному нами ранее одному из течений теории познания – эпистемологическому анархизму, основателем которого считается Пол Фейерабенд. Согласно этому учению, всеобщих мерил истинности познания не существует, а единственное правило, которого следует придерживаться, это принцип «anything goes» – дозволено все. Любому ученому позволено изобретать свою собственную доктрину, защищая ее и ведя пропаганду всеми имеющимися способами.
Опыт применения метода Пола Фейерабенда может стать одним из тех инструментальных способов, с помощью которого возможно объяснение развития техники по новому, ранее неизвестному пути, придающему большую ценность новым акцентам и приоритетам, возможно, определяющим кардинально иной уровень человеческого познания.
Анализируя приведенные доводы, можно сказать, что взаимодействие философии и науки обладает более крепкой связью, чем казалось ранее. Изучение методологии, во-первых, придает науки ориентацию, указывающую пути дальнейшего совершенствования; вовторых, объясняет необходимость комплексного взаимодействия разных дисциплин; втретьих, отчуждает закостенелость научных подходов в различных теориях, в которых необходимо изменить отношение к новым задумкам; в-четвертых, разрешает защищать эти новые мысли любыми доступными аргументами.
УДК
ДИССИПАТИВНАЯ САМООРГАНИЗАЦИЯ КАК ОБЛАСТЬ ИЗУЧЕНИЯ ТЕОРИИ
ЗАТВЕРДЕВАНИЯ: ФИЛОСОФСКО-МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева Сложные саморегулирующиеся системы можно рассматривать как устойчивые состояния еще более сложной целостности – саморазвивающихся систем. Со второй половины XX века развиваются междисциплинарные исследования сложных систем, характеризующиеся развитием, в ходе которого происходит переход от одного типа саморегуляции к другому, обладающих иерархией уровней организации элементов. Зарождается новое междисциплинарное направление науки – синергетика, изучающая общие закономерности явлений и процессов в сложных неравновесных самоорганизующихся системах. Область исследований синергетики чётко не определена и вряд ли может быть ограничена, так как её интересы распространяются на все отрасли естествознания. Общим признаком является рассмотрение динамики любых необратимых процессов и возникновения принципиальных новаций.В основе синергетики первоочередным понятием является самоорганизация. Самоорганизация – в самом общем понимании означает самодвижение, самоструктурирование, самодетерминацию природных, естественных систем и процессов. Сама концепция самоорганизации – одно из наиболее ярких многообещающих направлений в научной жизни последнего десятилетия, причём её теоретико-познавательный статус чётко не определён до сих пор.
Фундаментальным принципом самоорганизации служит возникновение нового порядка и усложнение систем через флуктуации (случайные отклонения) состояний их элементов и подсистем. При охлаждении расплава до температуры кристаллизации необходимо обратить внимание на флуктуации теплоты. На микроуровне тепловая энергия некоторых локальных участков может быть меньше, чем средняя в расплаве, и именно в этих участках начнётся процесс формирования зародыша кристалла.
Переход из жидкого в твердое состояние, возможен тогда, когда твердое состояние более устойчиво, имеет более низкое значение свободной энергии. Но сам переход из одного состояния в другое требует затраты энергии на образование поверхности раздела жидкость – кристалл. Превращение произойдет тогда, когда выигрыш в энергии от перехода в более устойчивое состояние будет больше потери энергии, идущей на образование поверхности раздела.
И так, флуктуация тепловой энергии является начальным толчком для перехода к самоорганизации. Она ведёт систему к точке бифуркации, то есть к критическому состоянию системы, при котором система становится неустойчивой относительно флуктуаций и возникает неопределенность, выражающаяся в том, что станет ли состояние системы хаотическим или она перейдет на новый, более дифференцированный и высокий уровень упорядоченности.
В разобранном примере зародыш кристалла образуется, если за счёт флуктуаций возникнет достаточных размеров локальный участок расплава, обладающий относительно низкой теплотой. Если же размер флуктуационного отклонения будет недостаточным, то начавший было образовываться зародыш кристалла, расплавится, перейдёт в хаотическое состояние. Разобранный пример ярко выражает присутствие основных принципов синергетики в теории кристаллизации.
Динамичность (процесс перехода системы из одного состояния в другое) и нелинейность теории кристаллизации с точки зрения диссипативной структуры не вызывает сомнения.
УДК
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ТЕОРИИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ
Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева Разработка научных основ литейного производства и металловедения началась в конце 20-х – начале 30-х годов XX века на базе трудов Дмитрия Константиновича Чернова. В своих работах по кристаллизации стали и строению слитка Чернов изложил основные положения теории литья, не утратившие своего научного и практического значения в настоящее время. Взгляды этого выдающегося ученого на проблему кристаллизации отливок являются и по настоящее время основополагающими для всех учёных-металловедов.Теория кристаллизации, которую также называют теорией затвердевания, находится в состоянии диалога на протяжении века. Его суть заключается в том, что большое количество авторитетных учёных постоянно развивают свои предположения многих ответвлений этой теории, которые в свою очередь являются довольно противоречивыми или не до конца сформированными.
Проблема затвердевания отливок с точки зрения современных задач литейного производства и металловедения есть, прежде всего, проблема управления процессом формирования кристаллического строения реальных отливок с целью повышения конструкционных, технологических и служебных свойств литого металла. Впервые она привлекла внимание металлургов и литейщиков в конце позапрошлого века.
Развитие учения о кристаллизации привело к созданию ряда гипотез, объясняющих процесс формирования кристаллического строения реальных отливок. Однако среди них нет теории, которая могла бы с определенностью, достаточной для практики, указать эффективные способы управления процессом кристаллизации отливок. Поэтому для поиска правильных решений необходимо сопоставление взглядов представителей различных научных школ.
Любая научная работа начинается с анализа поставленного вопроса – обзора существующих взглядов на решение какой-либо проблемы. Многогранный анализ положений данного вопроса позволяет правильно решить задачи, решение которых необходимо для достижения поставленной цели.
Современная теория кристаллизации была создана работами Д.К. Чернова, Я.И. Френкеля, Г.П. Иванцова, Б.Чалмерса, Г.Ф. Баландина, В.И. Добаткина, Н.И.Хворинова, Б.Б. Гуляева, А.А. Рыжикова, Ю.А. Нехендзи, Н.Г. Гиршовича и др.
Для подтверждения концепции несостоятельности настоящего положения дел в литейном производстве перечислим ещё несколько спорных гипотез, противоречащих друг другу, неявно дополняющих друг друга или же являющиеся таковыми лишь из-за того, что они являются чисто теоретическими, эмпирический результат которых невозможно проверить, даже находясь на современном уровне человеческого развития. Таковыми гипотезами являются: формирования поверхностных зон мелких и столбчатых кристаллов; образование дендритов; образование конуса кристаллов; внеосевая неоднородность и другие.
Изложение основных представлений о механизмах, имеющих место в этих гипотезах, является демонстрацией невозможности дать исчерпывающие объяснения всем особенностям теории затвердевания.
Если воспринимать такую ситуацию как область только неклассической науки, то навряд ли мы сможем дать объективную оценку происходящему в соответствующих теориях. Но в контексте постнеклассической науки становится возможным понимание и развитие таких теорий.
УДК 165.
ЭПИСТЕМОЛОГИЧЕСКИЙ АНАРХИЗМ КАК ИНСТРУМЕНТ ИССЛЕДОВАНИЯ
ТЕОРИИ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ
Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева Суть эпистемологического анархизма заключается в провозглашении отсутствия универсальных критериев истинности науки, причем навязывание разнообразных критериев государственными структурами или обществом приравнивается к препятствию для свободного разностороннего развития научного знания. Любой ученый может развивать свою собственную идею, какой бы абсурдной или устаревшей она не была, а любой из нас должен быть свободен в выборе, с какими из таких теорий соглашаться.Согласно эпистемологической теории познания, один единственный принцип, которому стоит следовать это принцип «дозволено все». Согласно этому принципу, каждый ученый может придумывать свою личную концепцию и защищать ее любыми способами.
Его аргументы отбираются как угодно, в произвольном направлении, соглашаясь с личными интересами, желанием произвести впечатление на других, от скуки и от других причин.
Они не должны соответствовать требованию эмпиризма, фальсифицируемости или какомулибо другому, кроме требования максимального убеждения для остальных ученых или простых обывателей. Ученый может проводить пропаганду своих взглядов любыми доступными методами.
По отношению к теории затвердевания большинство ученых скептически относятся к доводам своих оппонентов. Отвергаются их гносеологические подходы, не воспринимаются новые методологические аспекты. Гипотезы ad hoc, т.е. гипотезы, которые предназначены для объяснения отдельных явлений, невозможно объяснить в рамках данной теории. Они находятся для ученых-металлургов в сомнительном положении, а в большинстве случаях от них отказываются вовсе. Гипотеза ad hoc делает предсказания относительно тех явлений, которые нужно открыть. Среди закостенелых ученых должны происходить качественные совершенно непредсказуемые с позиции научного познания изменения. Чтобы достичь успеха, необходимо отойти от очевидности, сократить степень подтверждаемости опытом наших теорий, отвернуться от ранее приобретенного и начать сначала. Это и будет тем принципиально новым, взятым из методологического арсенала науки, что подтверждается современным веянием.
Создание довольно четких универсальных стандартов в градации истинного и ложного знаний является искусственным, плохо влияющим на развитие знания. Положения об образовании дендритов, которые находятся в постоянной пролиферации, являются наглядным примером, подтверждающим это высказывание. Наложение таких правил и стандартов к металлургии, которая на протяжении века «мыслит» одинаковыми принципами, не приведет к наилучшему исходу.
Идеи, образующие в настоящее время подлинный базис науки, существуют только благодаря тому, что живут предрассудки – именно они противопоставляются разуму и по мере возможности проявляются. Исходя из этого, мы должны заключить, что даже в науке разум не может быть всевластным и должен оттесняться в пользу других побуждений. Не существует правила, сохраняющего свое значение при любых обстоятельствах, к которому можно ссылаться всегда.
Эпистемологический анархизм может явиться одним из тех инструментов, который способен разъяснить развитие металлургии по особому пути, внося в нее новые, немыслимые в прошлом и настоящем, принципы.
УДК 165.
«