«Секция 2 Научные и методические аспекты технического образования Содержание НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ СУХИХ ОТСЕКОВ РАКЕТ Абдурахимова Р.И., Фролова О.А РЕЙТИНГОВАЯ СИСТЕМА ОЦЕНКИ УСПЕВАЕМОСТИ ...»

-ввод и предварительная обработка данных вихревого датчика;

-занесение результатов проведенных экспериментов в архивный файл с целью их последующего просмотра и математической обработки;

-измерение, установка и автоматическое поддержание с помощью компьютерных средств скорости потока в рабочей части аэродинамической трубы. С помощью программы обработки и представления результатов измерений возможно получение следующих параметров и характеристик регистрируемого процесса:

а) среднее значение;

б) дисперсия;

в) текущее значение.

При этом производится отображение изучаемого процесса на экране монитора с настраиваемым масштабом по обеим осям.

Структурная схема информационно-измерительного комплекса, изображена на рисунке 1.

Информационно-измерительная система состоит из следующих компонентов:

- датчики;

- подсистема сбора и обработки экспериментальных данных с датчиков аэродинамической трубы;

Подсистема сбора и обработки экспериментальных данных с датчиков аэродинамической трубы. Подсистема сбора и обработки экспериментальных данных возможна на базе крейта LTR-EU-8 российской фирмы L-CARD.

Разработанная система будет привязана к ПУТВ (пульт управления тензовесами), с помощью которого имеется возможность автономно настраивать тензовесы. На аналоговые входы модуля LTR-24 подаются сигналы с тензовесов (X, Y, Mz соответственно); сигналы с датчиков давления, температуры, скорости, угла, подключен по аналоговому каналу к модулям LTR-27.

Крейт LTR-EU-8 подключен к компьютеру через USB-порт. Программа сбора данных опрашивает данные аналоговых каналов и производит соответствующую обработку и отображение измеренных параметров на экране компьютера.

Отображение информации и взаимодействие оператора с программой будет осуществляться с помощью ряда вкладок, которые отображаются непосредственно на экране монитора. Информация, выводимая на вкладки, будет постпупать из компьютера, а также заносится оператором с помощью «мыши» и клавиатуры.

Заключение. Таким образом, представляемый в данной работе автоматизированный информационно-измерительный комплекс предназначен для ввода данных аэрофизического эксперимента непосредственно в компьютер. Использование системы автоматизации позволяет существенно увеличить эффективность проведения агрофизического эксперимента.

Разработанный комплекс имеет значительные резервы по модернизации и, в дальнейшем, полной автоматизации процесса аэродинамических испытаний.

Рисунок 1 – Структурная схема.

СИСТЕМА РАЗДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА, ТРАНСПОРТИРОВКИ И

ПОТРЕБЛЕНИЯ МЕДИЦИНСКИХ ГАЗОВ

Стрекаловская А.Д., Дудко А.В., Рачинских А.В., Санеева Т.А.

Оренбургский государственный университет, г. Оренбург Многие учреждения здравоохранения используют системы для подачи медицинских газов и обеспечения вакуума в местах, где они используются для лечения больных или для привода такого оборудования, как аппараты искусственной вентиляции легких и хирургические инструменты. Это и определяет требования к трубопроводным системам сжатых медицинских газов, газов для привода хирургических инструментов и вакуума. Они предназначены для использования лицами, вовлеченными в процессы проектирования, разработки, проверки и функционирования учреждений здравоохранения, работающих с людьми.

Техническое обслуживание систем подачи кислорода - это комплекс регламентированных нормативной и эксплуатационной документацией мероприятий и операций по поддержанию и восстановлению исправности и работоспособности систем подачи кислорода при их использовании по назначению, а также при хранении и транспортировании отдельных их частей [1].

Каждая система подачи кислорода должна содержать, по крайней мере, три независимых источника подачи, которые могут включать в себя следующее:

1) газ в баллонах или блоках баллонов;

2) систему концентратора кислорода (по ИСО 10063).

Емкость и запас систем подачи кислорода должны основываться на предполагаемом уровне использования и частоте подачи. Системы подачи медицинского кислорода должны быть сконструированы таким образом, чтобы обеспечивать непрерывность системного расчетного расхода при давлении подачи, удовлетворяющем требованиям в нормальных условиях и условиях единичного нарушения.

Для достижения этих целей:

1) системы подачи кислорода должны содержать, по крайней мере, три источника подачи, первичный, вторичный и резервный источники подачи;

2) планировка и положение трубопровода должны снижать риск его механического повреждения до приемлемого уровня.

Рисунок 1 – Одноступенчатая система с системой подачи кислорода Q - Блок компрессоров K - Блок генератора J - Накопитель-рессивер G - Подсоединенный напрямую пациент (кислородная маска) С - Рампа с баллонами 1 - Запорный вентиль источника (вентиль аварийного источника) 2 - Линейный регулятор давления 3 - Основной запорный вентиль 4 - Клапан сброса давления 5 - Переключатель сигнализации давления 6 - Запорный вентиль ветви 7 - Обратный клапан 8 - Сборка обслуживания подачи 9 - Запорный вентиль стояка Система подачи медицинского кислорода и кислорода для аппаратов ИВЛ содержит систему подачи с концентраторами кислорода (QKJ). При этом, кислород для аппаратов ИВЛ может подаваться из тех же источников, что и для медицинского кислорода [1].

Система подачи кислорода содержит три источника подачи, два из которых являются концентраторами кислорода. Система подачи создана так, чтобы установленный системный расход мог обеспечиваться при неисправности любых двух других источников подачи.

В нашей схеме источниками подачи являются:

1) Первичный источник подачи (концентратор кислорода) Первичный источник подачи должен быть постоянно присоединен к медицинскому трубопроводу и должен являться основным источником подачи газа.

2) Вторичный источник подачи (концентратор кислорода) Вторичный источник подачи должен быть постоянно присоединен к медицинскому трубопроводу и должен автоматически питать трубопровод в случае, если первичный источник вышел из строя.

3) Резервный источник подачи (рампа с баллонами) Резервный источник подачи должен быть постоянно присоединен к медицинскому трубопроводу. Резервный источник подачи в случае, если как первичный, так и вторичный источники подачи неспособны питать трубопровод или в случае технического обслуживания, может включаться как автоматически, так и вручную.

Блок компрессоров (Q) имеет автоматическое устройство для предотвращения обратного потока газа во время нерабочей части цикла и запорный вентиль (1) для изоляции этого блока от трубопроводной системы и от других источников кислорода [2].

Система концентратора кислорода для медицинского кислорода включает в себя следующие устройства:

1) Блок компрессоров 2) Блок генератора 3) Накопитель-рессивер Блок компрессоров (Q) содержит два компрессора, которые подают воздух в систему. Каждый компрессор имеет отдельный выключатель и предохранитель. Компрессорный блок подает сжатый воздух в блок генератора.

Непосредственно следом за блоком компрессоров устанавливают пробоотборники с запирающими вентилями.

Блок генератора (K) содержит колонки, клапана и другие узлы. Внутри генераторного блока сжатый воздух подается на систему подачи/сброса. Набор клапанов контролирует и дозирует подачу воздуха в каждую колонку. Кроме того, клапаны соединяют колонки с двумя глушителями, через которые удаляется обедненный воздух из колонок. Молекулярное сито, находящееся в колонках, адсорбирует (задерживает) азот и пропускает кислород. С верхней части колонок кислород подается на систему подачи готового продукта. Также эта система контролирует подачу части кислорода из одной колонки в другую.

Во время сброса давления на колонке осуществляется процесс очищения (восстановления) адсорбента. Через обратный клапан кислород попадает на контроллер потока. Контроллер потока защищает от получения кислорода низкой концентрации при превышении расхода. Затем кислород проходит через клапан продукта, который закрывается, когда установка находится в ждущем режиме. Небольшая часть кислорода после клапана продукта постоянно поступает через регулятор по плату анализатора, которая проводит мониторинг концентрации кислорода.

К блоку генератора (K) подключен воздушный ресивер (J). Ресивер - это сосуд для скапливания газа, поступающего в него и расходуемого через трубы меньшего сечения, а также для сглаживания колебаний давления, вызываемых пульсирующей подачей и прерывистым расходом, также предназначен для охлаждения газа и отделения капель масла и влаги.

Воздушные ресиверы должны:

1) Соответствовать ЕН 286 - 1 или эквивалентным национальным стандартам.

2) Быть оборудованы запорными вентилями, автоматическим дренажом, измерителем давления (мембранным датчиком давления) и клапаном ограничения давления.

В дополнение к системам концентрирования кислорода подключена рампа с баллонами (C) с отдельным запорным вентилем (1), используемая только при неработоспособности двух концентраторов кислорода (Q) одновременно [3].

В системе подачи с концентраторами кислорода каждый концентратор имеет такую схему управления, чтобы выключение или неисправность одного из них не влияло на работу другого. Автоматическое управление параллельно соединенных концентраторов должно быть таким, чтобы все блоки питали систему поочередно или одновременно. Данное требование должно выполняться в нормальных условиях и условиях единичного нарушения.

Система подачи с концентраторами кислорода для медицинского воздуха, предназначенная для питания одноступенчатой трубопроводной системы подачи, содержит два постоянно подключенных линейных регулятора давления (2). Установленный поток для трубопроводной системы подачи должен обеспечиваться регуляторами давления (2). После них устанавливаются основные запорные вентили (3).

В зависимости от назначения кислород может подаваться в аппараты ИВЛ (F) или в подсоединенные напрямую к пациент кислородные маски (G).

После основных запорных вентилей к системе подачи кислорода подключаются клапаны сброса давления (4), переключатели сигнализации давления (5), запорные вентили ветви (6).

Перед одноступенчатым трубопроводом для медицинского воздуха (G) подключается обратный клапан (7) со сборкой обслуживания подачи (8) и запорные вентили стояка (9) для каждой ветви трубопровода.

К техническим опасным факторам при проведении работ по обслуживанию системы подачи кислорода относятся:

- возможность поражения электрическим током в результате касания токоведущих частей блока питания концентратора кислорода;

- возгорание оборудования, трубопроводов и арматуры, работающих с кислородом или воздухом с повышенным содержанием кислорода;

- возгорание одежды и волосяных покровов обслуживающего персонала, находящегося в среде газообразного кислорода или воздуха с повышенным содержанием кислорода;

- взрыв углеводородов и других взрывоопасных примесей при превышении их содержания в жидком кислороде;

- опасность пожара в результате короткого замыкания в электрической схеме блока питания;

- опасность взрыва и пожара в результате разгерметизации баллонов с кислородом или нарушении целостности кислородопровода;

- опасность поражения электрическим током из-за неисправности в используемых приборах [4].

Для создания экологически безопасных условий для персонала, работающего в помещении, где используется система подачи кислорода, необходимо соблюдение следующих требований:

1) помещение инженера рекомендую отделать негорючими и нетоксичными материалами, предлагаю использовать экологически чистых диффузно-отражающих материалов с коэффициентом отражения для потолка от 0,7 до 0,8; для стен от 0,5 до 0,6; для пола от 0,3 до 0,5; для улучшения отражения света и создания более равномерного освещения на рабочем месте, снизив общий контраст предметов;

2) оборудовать помещение, где используется система подачи кислорода, системами отопления, кондиционирования воздуха и эффективной приточновытяжной вентиляцией для того, чтобы обеспечить оптимальные значения микроклимата [5]:

- температура воздуха в холодный период года от 18 оС до 24 оС, в теплый период года от 20 оС до 25 оС;

- относительная влажность – от 40 % до 60%;

- скорость движения воздуха 0,1 м/с) 3) снижение уровня шума при помощи звукопоглощающих материалов с максимальным коэффициентом звукопоглощения в области частот от 63 до 8000 Гц для отделки стен и потолка помещений.

4) проведение чистки стекол оконных проемов и светильников не реже раз в год, а также своевременная замена перегоревших ламп [6].

Благодаря созданию одноступенчатой трубопроводной системы подачи кислорода будет обеспечиваться непрерывная подача кислорода под определенным давлением от соответствующих источников при неисправности любых двух других источников подачи.

Подключение резервного источника подачи кислорода позволит обслуживающему персоналу, в случае если ни один из основных источников подачи неспособен питать трубопровод или в случае технического обслуживания, без остановки подачи обеспечить необходимый установленный системный расход кислорода потребителям. Также за счет того, что уменьшится время нахождения оборудования системы подачи в нерабочем состоянии, это будет способствовать эффективному использованию системы подачи кислорода.

Отлаженная система мониторинга и сигнализации, а так же правильное оперативное управление системой подачи кислорода позволит обеспечить надежность системы, соблюдение правил охраны труда обслуживающим персоналом и создание безопасных условий пациентам путем бесперебойной подачи кислорода.

1. ГОСТ Р ИСО 7396-1-2011. Системы трубопроводные медицинских газов.

Часть 1. Системы трубопроводные для сжатых медицинских газов и вакуума.

– Введ. 01.09.2012. – М. : Издательство стандартов, 2012. - 167 с.

2. Правила применения технических устройств на опасных производственных объектах. Постановление правительства РФ №1540 от 25.12.1998г.

3. ВСН 478-86. Производственная документация по монтажу технологического оборудования и технологических трубопроводов. – Введ.

01.06.1986. – М.: Издательство стандартов, 1985. - 36 с.

4. ГОСТ Р 52318-2005. Трубы медные круглого сечения для воды и газа.

Технические условия. – Введ. 01.01.2006. – М. : Издательство стандартов, 2005. - 24 с.

5. ГОСТ Р 50662-94. Концентраторы кислорода для использования в медицине.

Требования безопасности. – Введ. 30.06.1995. – М. : Издательство стандартов, 1995. - 27 с.

6. ГОСТ 12.1.010-76. Система стандартов безопасности труда. Взрывобезопасность. Общие требования. – Введ. 01.01.1978. – М. : Издательство стандартов, 1977. - 7 с.

СИСТЕМА ХРАНЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРНОГО МАСЛА

Стрекаловская А.Д., Дудко А.В., Рачинских А.В., Санеева Т.А.

Оренбургский государственный университет, г. Оренбург Трансформаторное масло, будучи продуктом переработки нефти, широко используется сегодня в электроэнергетике. Без него невозможно обеспечить нормальное функционирование измерительных и силовых трансформаторов, а так же вакуумных высоковольтных автоматических выключателей.

Трансформаторное масло не только выполняет роль электроизоляционной среды между корпусом трансформатора и его обмотками, но и обеспечивает охлаждение и отвод лишнего тепла.

Трансформаторные масла — минеральные масла высокой чистоты и низкой вязкости. Применяются для заливки силовых и измерительных трансформаторов, реакторного оборудования, а также масляных выключателей.

Трансформаторные масла выполняют функции дугогасящей среды.

Электроизоляционные свойства масел определяются в основном тангенсом угла диэлектрических потерь. Диэлектрическая прочность трансформаторных масел в основном определяется наличием волокон и воды, поэтому механические примеси и вода в таких маслах должны полностью отсутствовать.

Низкая температура застывания масел (минус 45 °С и ниже) нужна для сохранения их подвижности в условиях низких температур. Для обеспечения эффективного отвода тепла трансформаторные масла должны обладать наименьшей вязкостью при температуре вспышки не ниже 95, 125, 135 и 150 °С для разных марок.

Наиболее важное свойство трансформаторных масел — это их стабильность против окисления, то есть, способность сохранять свои параметры при длительной работе.

Обычно все сорта отечественных масел содержат эффективную антиокислительную присадку [1].

В качестве основы для разработки системы хранения трансформаторного масла для заправки рентгеновских трубок и высоковольтных генераторов рассматривается отработавший паровой стерилизатор ВК - 75 - 01. В процессе создания системы хранения необходимо произвести ряд конструктивных изменения и добавление некоторых элементов. Необходимые элементы приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Состав системы хранения трансформаторного масла показывающий электроконтактный Разрабатываемая система позволит осуществлять термовакуумную обработку трансформаторного масла. Герметичность установки обеспечит сохранение качества масла на длительный период.

Главным этапом в разработке системы хранения трансформаторного масла является демонтаж некоторых узлов и элементов, а также внесение конструкционных изменений в состав стерилизатора парового ВК - 75 - 01.

Устройство системы хранения трансформаторного масла на основе отработавшего стерилизатора парового ВК - 75 - 01 представлено на рисунке 1.

Заливку трансформаторного масла в систему хранения предлагается осуществлять путем открытия герметичной крышки 11.

По закону сообщающихся сосудов масло заполнит стерилизационную 2 и водопаровую камеру 3 через кран 18 [2].

электронагревателями 5 до температуры от 50 °С до 60 °С. Трубчатые нагреватели имеющиеся в составе стерилизатора должны быть заменены на нагреватели меньшей мощности.

Отключение электронагревателей 5 осуществляется автоматически, при помощи манометрического термометра 8, термодатчик 13 которого предлагается расположить вместо датчика уровня воды. Для автоматического отключения электронагревателей во избежание перегрева, термометр необходимо подключить к электрощиту 14 [3].

Вакуумирование системы предлагается осуществлять при помощи вакуумного насоса 7, предварительно соединенного шлангом с краном 15.

После откачки воздуха, кран 15 следует перекрыть.

Слив подготовленного масла предлагается осуществлять при помощи крана 12. Слив осадка при помощи крана 4.

Для удобства использования и простого доступа к кранам, следует разместить систему хранения на металлической подставке с высотой не менее 0,4 м. Расстояния до стен не должно быть менее 0,5 м.

Отверстия на месте удаленных узлов необходимо закупорить при помощи стальных заглушек 17 [4].

1 – кожух; 2 - камера стерилизационная; 3 – камера водопаровая; 4 - кран 1/2`; 5 – электронагреватель; 6 – коробка; 7 - вакуумный насос; 8 – термометр;

9 - клапан предохранительный; 10 – прижим; 11 – крышка; 12 - кран 1/2`; 13 термодатчик термометра; 14 – электрощит; 15 - кран 1/2`, 16 - лампа Рисунок 1 - Устройство системы хранения трансформаторного масла При разработку системы хранения трансформаторного масла рассмотрены основные теоретические положения, дана общая характеристика безопасности проектируемого объекта, описано влияние воздействия электромагнитного излучения на организм работающих и установлено, что это влияние не представляет экологической опасности, и значения всех физических факторов находятся в пределах установленных соответствующей нормативной документации. Также предложены мероприятия по уменьшению оказываемого воздействия на работающих, медицинскую аппаратуру и окружающую среду.

Таким образом, в помещении мастерской, оснащенной системой хранения трансформаторного масла, рекомендую принимать всевозможные меры по защите от электромагнитного излучения в качестве защиты от неблагоприятного воздействия на организм человека и электронную аппаратуру, а именно производить:

- оценку уровней интенсивности излучений на рабочих местах и их сопоставление с действующими нормативными документами;

- выбор необходимых мер и средств защиты, обеспечивающих степень защищенности в заданных условиях;

- организацию системы контроля над функционирующей защитой;

- уменьшение излучения непосредственно у источника;

- экранирование источников излучения и рабочих мест.

А также, соблюдать требования к микроклимату, освещению в помещении мастерской по ремонту медицинской техники, требования к площади и отделке помещения, указанные в данном разделе. При соблюдении этих требований, интенсивность работоспособности обслуживающего персонала будет расти, а уровень безопасности будет максимальным [5].

Качество трансформаторного масла является основополагающим фактором в обеспечении длительного и надежного функционирования различного электрооборудования.

Современный опыт комплексных обследований электрооборудования показывает, что порядка 30 % трансформаторных масел, залитых в силовые трансформаторы, находятся в «области риска». Это обуславливается естественным ухудшением качества масла в процессе работы за счет термоокислительного старения, а также увлажнения и загрязнения механическими примесями.

Разработана система хранения трансформаторного масла на основе парового стерилизатора ВК - 75 - 01, предложена принципиальная электрическая схема устройства. Разработанная установка может применяться инженерными службами и сервисными организациями, осуществляющими ремонт и техническое обслуживание небольших маслонаполненных систем, таких как излучатели и высоковольтные генераторы рентгеновских установок в лечебно - профилактических учреждениях.

Нагрев трансформаторного масла и вакуумирование камеры хранения позволяют очистить масло от излишков влаги, что улучшает эксплуатационные характеристики. Благодаря герметичности установки возможно сохранить качество масла на длительный период.

Также произведен анализ опасных и вредных факторов, влияющих на инженера в процессе использования системы хранения трансформаторного масла.

1. Липштейн, Р. А. Трансформаторное масло / Р. А. Липштейн, М. И.

Шахнович.- 3-е изд., перераб. и доп. - М. : Энергоатомиздат, 1983. - 296 с. :ил. Библиогр.: с. 285-294.

2. Рябцев, Ю. И. Справочник по монтажу распределительных устройств выше 1000 В / Ю. И. Рябцев, Г. Г. Тирановский / под ред. Н. А. Иванова, С. Г.

Ляуэра, Н. Г. Этуса. - М. : Энергия, 1971. - 272 с.

3. Шателен, М.А. Справочная книга для электротехников /М.А. Шателен.-М.

: Высшая школа, 1930.- 521с.

4. Иванова, Г. М. Теплотехнические измерения и приборы: учеб. для вузов / Г.

М. Иванова, Н. Д. Кузнецов, В. С. Чистяков. - М. : Энергоатомиздат, 1984. – 232 с.

5. Белов, С.В. Безопасность производственных процессов / Бринза В,К [и др.].

М. : Машиностроение, 1985г. – 449 c.

МАГИСТРАТУРА НА КАФЕДРЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ

ПРОИЗВОДСТВА АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА ОГУ

Оренбургский государственный университет, г. Оренбург В 2010 году на кафедре cистем автоматизации производства Аэрокосмического института ОГУ организована магистратура по направлению «Автоматизация и управление», с магистерской программой «Автоматизация технологических процессов и производств» (руководитель – д.т.н., профессор Николай Жежера).

Разработан и утверждён на два учебных года учебный план, в котором прописаны дисциплины как федерального, так и регионального компонента.

Федеральный компонент:

- «Современные проблемы автоматизации и управления»;

- «История и методология науки об управлении»;

- «Компьютерные технологии в области автоматизации и управления»;

Национально-региональный (вузовский) компонент:

- «Техническое обеспечение автоматизированных производств»;

- «Информационное обеспечение систем управления»;

- «Автоматизированные технологические процессы и производства»;

- «Измерительные преобразователи автоматики»;

- «Монтаж и наладка устройств автоматики».

А так же специальные дисциплины и дисциплины по выбору.

Специальные дисциплины:

- «Технология объектно-ориентированного программирования»;

- «Бизнес-планирование и управление проектами»;

- «Идентификация систем управления»;

- «Гибкие производственные системы»;

- «Автоматизированное проектирование систем управления».

- «Математические методы обработки экспериментальных данных»;

- «Педагогика и психология высшей школы»;

- «Программное обеспечение автоматизированных систем».

Выпускной квалификационной работой в магистратуре, является магистерская диссертация, которая отражает в себе результаты исследований, проведенных магистрантом за срок обучения.

Задействованные в процессе обучения дисциплины федерального и национально-регионального компонентов, специальных дисциплин магистерской программы позволяют освоить магистрантом методы и приемы написания магистерской диссертации.

После успешной защиты магистерских диссертаций 7 июня 2012 года на кафедре САП, присуждены степени магистров техники и технологии следующим выпускникам: Варавиной Елене, Калмыкову Алексею и Самойлову Николаю. Государственная аттестационная комиссия отметила высокий уровень представленных диссертаций (рис. 1).

Рис. 1 – На защите магистерских диссертаций Защита магистерских диссертаций проводилась в Государственной аттестационной комиссии под председательством главного инженера ООО «Газпромавтоматика» Сергея Костюкова и члена ГАК - представителя промышленного производства, начальника отдела ОАО «ПО «Стрела»

Владимира Конарева.

Первые магистерские диссертации:

- Елены Варавиной (инженера метрологической службы ООО «ВолгоУральского научно-исследовательского и проектного института нефти и газа») на тему «Метрологическое обеспечение автоматизированной системы управления Среднекаменноугольной газонефтяной залежи Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения»;

- Алексея Калмыкова (инженера по метрологии первой категории отдела физико-химических средств измерений ФБУ «Государственный региональный центр стандартизации, метрологии и испытаний в Оренбургской области») на тему «Автоматизация лаборатории для поверки средств измерений в ФБУ «Государственный региональный центр стандартизации, метрологии и испытаний в Оренбургской области»;

- Николая Самойлова (инженер-конструктор первой категории проектно-конструкторского бюро газоперерабатывающего завода ООО «Газпром добыча Оренбург») на тему «Автоматизация производства сорбента органических соединений из углеродного остатка пиролиза изношенных шин».

Двухлетний процесс обучения рассмотрим на примере Николая Самойлова. После успешной сдачи вступительных экзаменов, были определены научный руководитель (д.т.н., профессор Николай Жежера) и тема диссертационного исследования (Автоматизация производства сорбента органических соединений из углеродного остатка пиролиза изношенных шин).

Составлен план работы по написанию магистерской диссертации; поставлены задачи по участию в конференциях различного уровня с материалами исследований и по их опубликованию в различных изданиях на весь срок обучения.

Во время аудиторных занятий (полтора года обучения) изучались дисциплины федерального и национально-регионального компонентов, специальных дисциплин магистерской программы, дисциплины по выбору, а также очень объемная дисциплина «Работа магистра» (половина всей часовой нагрузки по учебному плану). По дисциплинам сдавались зачеты, экзамены, курсовые проекты и работы в соответствии с учебным планом.

После сдачи третьей сессии были двухнедельные каникулы, а затем сдача государственных экзаменов.

В соответствии с утвержденной «Программой итоговой государственной аттестации выпускников по специальности (направлению)…» определена следующая форма госэкзамена: форма проведения – комбинированная:

одновременно в устной и письменной форме. В письменной форме выполняется минипроект по экзаменационному билету из группы А.

Выполненный минипроект защищается перед членами ГЭК. Члены ГЭК задают различные вопросы по представленному выпускником минипроекту.

После завершения защиты выпускником минипроекта, он берет билет из группы Б, в котором имеется четыре вопроса. Два вопроса в этом билете сформулированы по дисциплинам федерального и национально-регионального циклов, а два вопроса - из цикла специальных дисциплин магистерской программы. По каждому из этих 4 вопросов выпускник отвечает, а членами ГЭК могут быть заданы дополнительные вопросы. Времени на подготовку отводится пять часов с перерывом на обед 25-30 мин. Презентация проекта и ответы на вопросы не превышают 0,5 часа.

После сдачи комбинированного госэкзамена, в соответствии с учебным планом, выполняется выпускная работва (магистерская диссертация). Для этого отведено 20 недель. Выполненная магистерская диссертация подписывается магистрантом, научным руководителем, руководителем магистерской программы, проходит нормоконтроль и утверждается заведующим кафедрой, тем самым магистрант допускается к защите своей диссертации. На защите представлено и портфолио соискателя магистерской степени (рис. 2).

Рис.2 – Портфолио магистра Защита магистерских диссертаций проводилась в Государственной аттестационной комиссии под председательством главного инженера ООО «Газпромавтоматика» Сергея Костюкова и члена ГАК – представителя промышленного производства, начальника отдела ОАО «ПО «Стрела»

Владимира Конарева.

Пример. Магистерская диссертация Николая Самойлова посвящена решению экологической проблемы, а именно утилизации изношенных шин путем пиролиза и производства на основе органического остатка пиролиза сорбента. Этот сорбент может использоваться для сбора разливов нефтепродуктов на поверхности почв и водной поверхности (рис.3).

Рис. 3- Линия утилизации шин путем пиролиза Целью представленной работы является: повышение эффективности процесса производства сорбента органических соединений из углеродного остатка пиролиза изношенных шин за счет совершенствования технологических процессов и разработки специальных систем автоматизации и управления.

Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи:

Первая задача это - совершенствование существующих процессов производства сорбента. В рамках решения первой задачи проведены исследования о текущей обстановке на рынке производства и применения сорбентов и получено три патента на способы получения сорбента органических соединений (рис.4).

Рис. 4 - Патенты на способы получения сорбента органических соединений Вторая задача связана с разработкой специальных систем автоматизации и управления. Для ее решения разработана функциональная схема автоматизации установки производства сорбента. Получен патент на устройство для измерения переменной составляющей расхода газа. Для объекта управления – реактора производства сорбента, разработано математическое описание (модель). Представлены результаты исследования влияния коэффициентов на параметры реактора и его переходные характеристики (рис.

5).

Рис. 5 - Решение второй задачи Третья задача диссертации это – разработка информационного обеспечения автоматизированной системы управления производством сорбента. Создано приложение в программной среде Делпфи. Оно позволяет отслеживать при помощи генерируемых графиков характеристики производимого сорбента (рис. 6).

Экономическое обоснование работы выполнено в виде бизнес-плана внедрения автоматизированного производства сорбента на ГПЗ ООО «Газпром добыча Оренбург». Показатель рентабельности равен 1,2. Срок окупаемости составляет 2 года и 8 месяцев (рис. 7).

Рисунок 6 - Решение третьей задачи исследования Рис. 7 - Бизнес-план внедрения автоматизированного производства сорбента на ГПЗ ООО «Газпром добыча Оренбург»

К диссертации приложены четыре патента РФ на способы получения сорбента и на устройство для измерения расхода динамической составляющей газа, сборники с докладами на различных конференциях, в том числе и за рубежом. Опубликовано 12 работ, в том числе и в издании из «Перечня…» ВАК РФ.

Как отмечается в отзыве и рецензии на магистерскую диссертацию, а также в решении ГАК, рекомендуется Николаю Самойлову после доработки представить материалы на кафедре САП в виде диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

В январе 2012 года, Николай Самойлов признан одним из победителей ежегодного городского конкурса «Студент года - 2011» в номинации «За успехи в научной деятельности»

В настоящее время Николай Самойлов обучается в аспирантуре ОГУ, количество опубликованных работ достигло 20, в ближайшее время планирует представить материалы исследований на кафедре САП.

Из трех выпускников 2012 года магистерской программы «Автоматизация технологических процессов и производств» двое получили дипломы с отличием (рис. 8).

Рис.8 – Первые магистры и члены ГАК Государственная аттестационная комиссия в своем заключении отмечает, что:

- диссертации магистров выполнены применительно к производственным процессам предприятий, на которых они работают, а поэтому рекомендуются к внедрению в производство;

- в диссертациях отражены математические модели элементов и систем, что характеризует их теоретическую значимость и владение магистрами методами математического моделирования;

экспериментальные исследования, которые характеризуют их практическую значимость и умение магистров проводить необходимые исследования;

- многие результаты магистерских диссертаций опубликованы в печати.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРУЖКООТВОДОВ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ

СТАНКОВ

ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет», Решение задач, поставленных перед машиностроением, неразрывно связано с необходимостью как совершенствования имеющейся, так и с проектированием и внедрением новой, прогрессивной технологической оснастки, в том числе приспособлений. Правильно спроектированное и изготовленное приспособление является эффективным средством повышения производительности труда и качества изделий, снижения их себестоимости, облегчения труда рабочих и повышения его безопасности.[1] В процессе проектирования станочного приспособления необходимо соблюдать правила выбора баз, стабильного взаимного положения заготовки и режущего инструмента при обработке, удобную установку, контроль и снятие детали, свободное удаление стружки, удобство управления станком и приспособлением, а также условия, обеспечивающие безопасность работы и обслуживания данного приспособления.[1] После расчета точности изготовления приспособления и силового расчета необходимо подобрать материалы для деталей приспособления, назначить термическую (химико-термическую) обработку, или вид покрытия и рассчитать размеры элементов из условий прочности. К таким элементам также предъявляются требования точности, прочности, жесткости, износостойкости.[1] Износостойкость, прочность и жесткость элементов и компактность приспособлений в большей части зависят от правильного выбора конструкционных материалов, химико-термической и отделочной обработки.[1] При обработке материалов резанием часть материала заготовки превращается в стружку; эта часть составляет в среднем 15–25% общего веса металла. Стружку, которая скапливается у станков, в обычных условиях убирают вручную при помощи лопаты и тачки. Такой метод уборки стружки недопустим в автоматических линиях, где должны быть предусмотрены устройства как для стружкозавивания или дробления стружки, так и автоматически действующие конвейеры для ее уборки.[2] Оставаясь в отверстиях после сверления, при нарезании резьбы стружка вызывает поломку метчиков и т. п. Для предотвращения поломки инструментов стружку выдувают из отверстий сжатым воздухом или высыпают с помощью специальных встряхивающих устройств. Для облегчения отвода стружки из рабочей зоны суппортам придают вертикальное или наклонное положение, а в станинах делают окна и каналы для удобного отвода ее.[2] Применяются следующие способы уборки стружки из рабочей зоны станков:

- механический с помощью транспортеров, скребков, щеток;

- гравитационный, при котором стружка падает на наклонные поверхности приспособлений и станков и затем сваливается на транспортер под станками;

- смывание стружки струей эмульсии;

- отсасывание стружки сжатым воздухом;

- удаление стружки электромагнитом;

- комбинированный способ.[2] Для облегчения удаления стружки из зоны резания и дальнейшего ее транспортирования необходимо, чтобы длина стружки была не более 200 мм, а диаметр ее спирального витка составлял не более 25-30 мм. Существует три системы уборки стружки от станков:

– автоматизированная с применением средств непрерывного транспорта – линейных и магистральных конвейеров;

– механизированная с использованием ручного труда, средств малой механизации и колесного транспорта, доставляющего стружку в конвейерах в отделение переработки;

– комбинированная, когда линейные конвейеры доставляют стружку в тару, а затем колесный транспорт – в отделение сбора и переработки.[2] Большую опасность представляет собой сливная (ленточная) стружка при точении вязких металлов. Проблема устойчивого изменения формы сливной стружки в процессе течения сталей и организованного ее отвода из зоны резания уже давно находится в поле зрения отечественных и зарубежных специалистов. В этой области известны:

- работы ЭНИМСа по дискретному резанию прерывистой подачей режущего инструмента;

- МВТУ им. Баумана по осциллирующему точению;

- ВНИИ по исследованию дробления сливной стружки мелкоразмерными лунками на многогранных неперетачиваемых пластинках и ряда других организаций.[2] Все известные средства управления стружкой делятся на две группы:

устройства, отводящие сливную стружку без изменения ее формы, и устройства, изменяющие форму стружки в процессе резания на более безопасную и транспортабельную.[2] Организованный отвод сливной стружки без изменения ее формы достигается главным образом соответствующей компоновкой узлов станка, обеспечивающей сход стружки на заднюю сторону станка в специальный стружкосборник. В связи с большой упругостью, сливная стружка часто находит выход в сторону рабочего места, и требуется дополнительное управление ее посредством ручных инструментов. Кроме того, в связи с большим объемом, занимаемым сливной стружкой, приходится часто освобождать от нее стружкосборник. Не решает задачу и встроенные в нижнюю часть станка шнековые транспортеры.[2] Наилучший выход в управлении сливной стружкой – изменение формы стружки в процессе точения: завивание и дробление стружки. Для непрерывного удаления стружки и пыли из зоны резания при обработке хрупких материалов применяют различные пылестружкоотводчики.[2] Время организационного обслуживания станков можно уменьшить при создании в приспособлениях окон и лотков для отвода стружки, устройств для автоматической очистки от стружки и ее транспортирования.[1] Проведенные ранее исследования показали, что неорганизованное поступление материала приводит к существенному разбросу траекторий его полета, даже за пределы зоны, в которую необходимо окончательно привести стружку. Качество распределения в основном зависит от параметров подающих устройств, величины подачи и количества стружки.

Качество стружкоотведения зависит от многих факторов, один из основных – степень равномерности распределения элементов по ширине скатного лотка. В связи с этим было предложено такое направление совершенствования стужкоотводов, при котором равные элементарные площади подачи соответствуют равным площадям поперечного сечения. Это условие выполняется, если каждый сектор подачи распределителя подает стружку по направлениям множества лучей, делящих ширину на равные участки. По уравнению множества лучей была описана ортогональная кривая, определяющая форму контура горизонтального сечения распределителя, обеспечивающего равномерное распределение стружки.

На основании вышеизложенного был разработан питатель с распределительными устройствами, обеспечивающими ввод исходного материала, равномерно распределяя его по всей площади поперечного сечения.[3] Формулировка задачи также должна учитывать существующие в реальности силы сопротивления движению, и возможные требования к начальным условиям поступления продукта, форму какой кривой должна иметь линия наикратчайшего спуска разделяющей поверхности, чтобы частица продукта под действием приложенных к ней сил тяжести и трения прошла путь от начальной до конечной точки кривой, не лежащей на той же вертикали, за кратчайшее время.[3] Диктуемый условиями решаемой задачи характер перемещения частиц стружки по скатному лотку, т.е. однонаправленное, ориентированное по линии наикратчайшего спуска скольжение без ударных воздействий реализуют скатные лотки, угол установки которых уменьшается по закону брахистохроны, начиная с верхнего. Они отвечают ряду требований модели идеального устройства, обеспечивают высокие технико-экономические показатели работы и представляют большой интерес с точки зрения расширения областей ее использования.

При этом фрикционные свойства и износостойкость поверхности является одним из важнейших факторов, обеспечивающих высокие эксплуатационные свойства.

Для обеспечения необходимой прочности, жесткости и износостойкости скатные лотки изготавливаются, например, из углеродистых сталей У7А...У10А с последующей закалкой до твердости 56...61 HRC или из сталей 20Х и 15ХМ с цементацией и последующей закалкой до той же твердости. Кроме того, контактирующие поверхности этих элементов тщательно обрабатываются с обеспечением шероховатости по параметру Rа = 0,63...0,16 мкм.

Полученные научные положения о сущности различных процессов стружкоотведения обуславливают не только создание новых машин, но и обоснование оптимальных параметров эксплуатации имеющихся машин, сокращение сроков внедрения новой техники, усовершенствование технологических резания в металлообработке.

Данные теоретические математические модели будут с успехом реализованы на практике, только при условии отведения небольшого количества стружки, которое характерно при оптимальной работе станка, а также с учетом того, что отводится стружка однородного материала приблизительно не отличающейся по геометрическим размерам частицам, например отвод чугунной стружки при обработке поршневых колец.

Кроме того, необходимо детально проработать концепции теории трения и прийти к оптимальной, либо к их комбинации, чтобы учесть все факторы, существующие при отведении стружек разных конфигураций из зоны резания.

1 Ванин В.А. Приспособления для металлорежущих станков : учеб. пособие / В.А. Ванин, А.Н. Преображенский, В.Х. Фидаров. –Тамбов :Изд-во Тамб. гос.

техн. ун-та, 2007. – 316 с. – ISBN 5-8265-0602-4 (978-5-8265-0602-8).

2 Проектирование заводов [Электронный ресурс]: курс лекций — Режим доступа : http://gendocs.ru.

3 Тавтилов И.Ш. Совершенствование процесса работы пневмосепаратора за счет рациональной подачи зерновой смеси в воздушный поток: Автореф.

дисс…. к.т.н. / И.Ш. Тавтилов. – Челябинск, 2008. – 22с.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ CAE-СИСТЕМ ПРИ ПОДГОТОВКЕ

СПЕЦИАЛИСТОВ В ОБЛАСТИ РАСЧЕТОВ НА ПРОЧНОСТЬ

Оренбургский государственный университет, г. Оренбург Перед современным специалистом-расчетчиком всегда стоит сложная задача, проверить на прочность сложный объект, работающий при определенных условиях. К таким объектам можно отнести все тела вращения находящиеся под давлением. Поэтому использование современных CAE-систем позволит сократить время на выполнение этих расчетов. По результатам этих расчетов можно провести анализ полученных результатов и выявить наиболее опасные участки, влияющие на прочность всего объекта.

Для решения поставленной задачи требуется определиться, в какой CAEсистеме будет наиболее удобно работать, какой интерфейс более понятен и доступен и какая система выдает более достоверные результаты.

На сегодняшний день существует большое множество различных программ, с помощью которых, используя метод конечных элементов, можно смоделировать различные детали линейной и нелинейной формы, плоские или объемные, приложить любые нагрузки и получить достоверные результаты близкие к реальным значениям. Наиболее известные программы, такие как MSC.Visual Nastran for Windows, SolidWorks совместно с пакетами COSMOS и ANSYS, есть и другие, но именно эти три программы широко используются во всем мире.

Рассмотрим более подробно возможности каждой из этих систем.

3D-модели для MSC Nastran можно создавать с помощью встроенного препроцессора так и импортировать из других CAD-систем. MSC Nastran позволяет выполнить различные виды расчетов:

• статический расчет конструкций;

• динамический расчет конструкций.

Динамический расчет конструкций может проводиться как в системе с одной степенью свободы, так и со многими степенями свободы.

После расчета на статическую прочность можно провести линейный анализ устойчивости, а после расчета на динамическую прочность можно провести следующие виды анализа:

• анализ собственных форм колебания;

• анализ линейных динамических переходных процессов;

• анализ нелинейных динамических переходных процессов;

• спектральный анализ;

• анализ аэроупругости и др.

В программе есть возможность задать элементам различные типы материалов и придать им различные свойства. Также возможно задать различные типы нагрузок:

• узловые нагрузки;

• геометрические нагрузки;

• элементарные нагрузки;

После того как была построена или импортирована 3D-модель, разбита сетка и приложены конкретные для каждой задачи нагрузки, проводится расчет.

В результате проведенного расчета перед пользователем предстает графическое отображение 3D-модели, и, выбирая данные для отображения можно проанализировать различные полученные результаты прямо на модели. Также можно вывести графики результатов расчета и функциональных зависимостей.

В SolidWorks так же как и в MSC Nastran 3D-модели можно создавать с помощью встроенного препроцессора так и импортировать из других CADсистем. В SolidWorks с помощью пакетов COSMOS можно создавать как отдельные детали, так и делать сборки. С помощью этой системы есть возможность проводить различные виды расчетов:

• напряжения и перемещения;

• собственные частоты и устойчивость конструкций;

• усталостные напряжения;

• нелинейный статический расчет и др.

В программе помимо заложенных стандартных материалов пользователь может сам моделировать собственные композитные материалы.

Также с помощью приложений COSMOS можно задавать давление газов и жидкостей, проводить кинематический и динамический анализ, моделировать электромагнитные явления. На конструкции можно приложить следующие граничные условия:

• равномерно-распределенная нагрузка на гранях;

• объемные нагрузки;

• температурные нагрузки и др.

Проанализировать полученные результаты проведенного расчета можно с помощью диаграмм:

• собственных колебаний и др.

Также можно посмотреть результаты всем списком или отдельно в любой точке.

Встроенный в ANSYS препроцессор позволяет создавать 3D-модели собственными средствами, но также есть возможность и импортировать уже готовые 3D-модели из других CAD-систем. С помощью ANSYS можно проводить расчеты на статическую прочность, исследовать конструкции по теплофизике и гидрогазодинамике. Проводить расчет вынужденных колебаний, расчет собственных колебаний как для конструкций, не имеющих начальных напряжений, так и для моделей с начальными напряжениями, также можно выполнить расчет на устойчивость, расчет нелинейных задач (пластичность, ползучесть, и др.). В ANSYS так же как и во всех аналогичных комплексах пользователь может задать любой материал и любые свойства модели, выбрав их из встроенной библиотеки или задав самостоятельно.

В ANSYS существует несколько категорий нагрузок:

• ограничения степеней свобод;

• инерционные нагрузки;

• нагрузки, приложенные в объеме;

• нагрузки, приложенные на поверхности;

• нагрузки, связанных расчетов.

Практически все эти нагрузки можно приложить к точкам, линиям, поверхностям, как в геометрической модели, так и к узлам и элементам в расчетной модели.

В результате проведенного расчета перед пользователем предстает графическое отображение 3D-модели, и, используя два модуля встроенных постпроцессоров можно просматривать результаты промежуточных шагов как для всей модели, так и для ее части. Результаты можно просматривать как в контурном виде, так и в цельном виде, посмотреть модель в деформированном состоянии или просто вывести результаты в виде таблицы. Выбирая различные модули для просмотра результатов, пользователю доступно вывести графики результатов расчета и функциональных зависимостей. С помощью модуля POST26 можно дополнительно посмотреть арифметические и алгебраические вычисления.

В результате рассмотрения возможностей каждой из этих систем, каждый специалист-расчетчик или просто пользователь может сделать для себя вывод, что ему больше подходит.

На базе одной из этих систем, а именно системы ANSYS, ниже приведен пример расчета тела вращения находящегося под давлением.

В качестве примера взят аналог реально существующего сосуда и смоделирован в CAE-системе. 3D-модель сосуда представлена на рисунке 3.

Рисунок 1- 3D-модель реально существующего сосуда Исходными данными для построения расчетной модели являются:

• чертеж оборудования – общий вид, спецификация, данные о конструктивном и материальном исполнении;

• схема присоединенных трубопроводов.

Расчетная модель включает в себя основные конструктивные элементы оборудования: обечайку, днища, опорные и штуцерные узлы, внутренние устройства и трубопроводы.

Расчет напряжений в конструкции оборудования при номинальных статических нагрузках были выполнены методом конечных элементов с учетом реальной геометрии конструкции. Расчеты выполнены с целью определения параметров, определяющих статическую прочность, и определения наиболее потенциально опасного конструктивного узла (НПОУ) оборудования, лимитирующего его прочность при рабочих условиях.

Расчетная конечно-элементная модель прототипа оборудования была построена с использованием оболочечных и твердотельных конечных элементов (КЭ) (последние применялись для моделирования фланцев).

В качестве расчетных нагрузок, действующих на оборудование, приняты – внутреннее давление среды, а также собственный вес всей конструкции.

Закрепление и введение граничных условий в расчетную модель оборудования выполнено в соответствии со схемой монтажа и условий нагружения конструкции. Режим работы на данном этапе расчета рассматривался как постоянный.

Результаты расчета напряжений в конструктивных элементах оборудования от действия расчетных нагрузок (внутреннее давление и собственный вес конструкции) представлены в виде расчетного распределения на конечно-элементной модели эквивалентных напряжений по теории удельной энергии формоизменения (по Мизесу) (экв) на рисунке 2.

Рисунок 2 - Распределение эквивалентных напряжений (МПа) в конструкции оборудования от действия внутреннего давления и собственного веса конструкции (цветовая шкала – значения напряжений в МПа) Проанализировав полученные данные видно, что наиболее опасным является узел варки штуцера в корпус, он и был рассмотрен более подробно.

3D-модель узла варки штуцера в корпус представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Расчетная модель узла варки штуцера в обечайку Для более точного расчета напряжений в НПОУ использовался метод, который заключается в моделировании «вырезанной» из конструкции области с достаточно высокой степенью подробности.

При построении расчетной модели вокруг исследуемого НПОУ была выделена зона корпуса для введения граничных условий, полученных на предыдущем этапе решения задачи.

В качестве нагрузок, действующих на НПОУ при расчетном режиме, учитывалось внутреннее давление и собственный вес всей конструкции.

Упругие напряжения на границах выделенной вокруг НПОУ зоны, вычисленные на предыдущем этапе решения задачи, и определяют нагрузки на его граничных поверхностях.

Влияние действия краевых сил на НПОУ от других конструктивных элементов (днища, опора, соседние штуцера, внутренние устройства и др.) также учтено при расчете путем выделения краевых условий для исследуемого НПОУ из результатов расчета общей модели оборудования.

При этом длина моделируемых частей корпуса НПОУ выбиралась такой, чтобы зоны краевых эффектов от стыков НПОУ с элементами корпуса были полностью включены в модель.

Результаты расчета напряжений от статических нагрузок в НПОУ оборудования для эквивалентных напряжений по теории удельной энергии формоизменения (по Мизесу) представлены на рисунке 4.

Рисунок 4 - Распределение эквивалентных напряжений в конструкции НПОУ при действии внутреннего давления и веса конструкции (цветовая шкала – напряжения в МПа) Результаты расчетов показывают, что уточненная величина максимальных эквивалентных напряжений в НПОУ – до 140 МПа.

В заключении следует отметить, что будущий специалист должен в процессе всего обучения получать актуальные знания и закреплять их при выполнении практических и лабораторных работ на современном оборудовании. Это позволит ему в дальнейшем свободно адаптироваться на реальном производстве.

1. Рычков С.П. MSC.Visual Nastran for Windows: книга / Рычков С.П. – М.:

НТ Пресс, 2004. – 552 с.: ил. – (Проектирование и моделирование). – ISBN 5Алямовский А.А. - COSMOSWorks Основы расчета конструкций на прочность в среде SolidWorks. Книга. – М.:ДМК Пресс, 2010. – 784 с., ил. (Серия «Проектирование»). – ISBN 978-5-94074-582-2.

3. Каплун А.Б., Морозов Е.М., Олферьева М.А. ANSYS в руках инженера:

Практическое руководство. – М.: Едиториал УРСС, 2003. – 272 с. – ISBN 5Басов К.А. ANSYS: Справочник пользователя. – М.: ДМК Пресс, 2005. – 640 с., ил. – ISBN 5-94074-108-

ФОРМИРОВАНИЕ КОМПЕТЕНЦИЙ, НЕОБХОДИМЫХ ДЛЯ

ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ,

СВЯЗАННОЙ С ЭКСПЛУАТАЦИЕЙ СТАНКОВ С ЧПУ

Оренбургский государственный университет, г. Оренбург Проблема подготовки высококвалифицированных кадров для отечественного машиностроения стала одной из приоритетных задач, стоящих перед учебными заведениями, выпускающими специалистов машиностроительного профиля.

Важность решения данной проблемы подтверждается концепцией научно-технологического развития Российской Федерации на период до года, которая предусматривает, что машиностроение призвано играть ведущую роль в экономике страны и давать импульс для инновационного развития практически всех отраслей, так как от уровня развития машиностроения зависят материалоёмкость и энергоёмкость валового внутреннего продукта, производительность труда, промышленная безопасность и обороноспособность государства.

Важную роль в подготовке специалистов машиностроительного профиля играет формирование профессиональных компетенций, необходимых для выполнения профессиональной деятельности, связанной с программированием и эксплуатацией станков с числовым программным управлением, так как современное машиностроение характеризуется тенденциями перехода к автоматизированному производству. Наиболее важными из них являются способность использовать современные информационные технологии при изготовлении машиностроительной продукции и способность применять алгоритмическое и программное обеспечение средств и систем машиностроительных производств.

На кафедре технологии машиностроения, металлообрабатывающих станков и комплексов Оренбургского государственного университета формирование данных компетенций у студентов направления подготовки 151900.62 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» в большей степени реализуется при изучении дисциплин «Технология создания программ и информационные среды», «Программные средства систем управления» и «Программирование обработки на станках с числовым программным управлением».

В результате изучения данных дисциплин студент должен:

- иметь представление:

о существующих подходах к программированию автоматизированного оборудования;

о современных средствах автоматизации разработки управляющих программ для оборудования с ЧПУ;

- правила построения управляющих программ для обработки деталей на автоматизированном оборудовании;

- технологические возможности, интерфейс и систему управления сверлильно-фрезерного станка с компьютерным управлением модели НСФ-3Ф и сверлильно-фрезерно-расточного станка с ЧПУ модели 400V;

- пользовательский интерфейс и элементы управления систем числового программного управления Sinumerik 810D/840D, Fanuc 21, Haidenhain TNC426/430;

- общую схему работы с CAD/CAM системой;

- рассчитывать элементы контура детали, траекторию движения инструмента;

- разрабатывать управляющие программы обработки деталей;

- работы с системами управления станками.

С приобретением универсального учебного комплекса по разработке и внедрению управляющих программ эффективность процесса обучения стала значительно выше.

Универсальный учебный комплекс рассчитан на 11 учебных мест, включая место преподавателя. Все учебные компьютеры соединены в сеть. Для работы сети класс оснащен сетевым коммутатором, который позволяет подключаться к сети Ethernet и Fast Ethernet.

Универсальные рабочие места оснащены сменными блоками управления, которые дают возможность быстро перенастроить рабочее место с одной системы ЧПУ на другую. Универсальное рабочее место со сменными блоками управления приведено на рисунке 1.

Рисунок 1 – Универсальное рабочее место со сменными блоками управления Учебный класс позволяет:

- изучать процессы технологического программирования токарной и фрезерной обработки деталей из конструкционных материалов на станках с современными системами ЧПУ Sinumerik 810D/840D, Fanuc 21, Haidenhain TNC426/430;

- разрабатывать управляющие программы обработки деталей с функциями визуализации и контроля процессов обработки, включая 3D – имитацию токарной и фрезерной обработки;

- обучать студентов практическим приемам управления станками с ЧПУ в различных режимах на базе учебных пультов управления.

Для выполнения практических работ используется следующее лицензионное программное обеспечение:

- программа STEPPER CNC для компьютерного управления малогабаритными станками;

- система автоматизированного проектирования «КОМПАС – 3D V13»;

- ПО WinNC SINUMERIK 810/840D T+M мульти, производства Emco Maier G.m.b.H., Австрия;

- ПО WinNC Fanuc 21 T+M мульти, производства Emco Maier G.m.b.H., Австрия;

- ПО WinNC HEIDENHAIN TNC 426/430 M (фрезерный) мульти, производства Emco Maier G.m.b.H., Австрия;

- 3D-View T+M мульти, производства Emco Maier G.m.b.H., Австрия.

Обучение программированию с использованием универсального учебного комплекса имеет следующие преимущества:

- настольная панель управления с селекторными переключателями режимов и подачи имитирует станочный пульт управления реального станка с ЧПУ, что дает возможность обучения практическим приемам управления;

- имеется возможность выбора режущих инструментов из прилагаемой базы данных, а также создавать необходимые модели инструментов;

- гораздо быстрее проходит обучение программированию с использованием стандартных циклов обработки;

- функции визуализации и контроля процессов обработки, включая 3D – имитацию, позволяют студенту быстро находить и исправлять ошибки в управляющей программе.

Анализ опроса выпускников кафедры, работа которых связана с эксплуатацией станков с ЧПУ, показал, что обучение программированию с использованием универсального учебного комплекса помогло выпускникам быстрее освоить работу с конкретными системами ЧПУ в производственных условиях, а также работу с CAM- системами, так как многие стандартные процедуры похожи.

Это позволяет сделать вывод, что вышеперечисленный цикл дисциплин, реализуемый кафедрой, позволил сформировать целостную систему знаний, умений и навыков у будущих специалистов машиностроительного профиля для формирования компетенций, необходимых для выполнения профессиональной деятельности, связанной с программированием и эксплуатацией станков с ЧПУ.

1. Концепция долгосрочного прогноза научно-технологического развития Российской Федерации на период до 2025 года, Минобрнауки РФ, М.: 2006.

ПРИМЕНЕНИЕ ИНЖЕНЕРНЫХ ЗНАНИЙ В УПРАВЛЕНИИ

АВИАПРЕДПРИЯТИЕМ

Туманов А.А., Султанов Н.З., Припадчев А.Д., Корнипаева А.А.

Оренбургский государственный университет, г. Оренбург Эффективность работы авиапредприятия зависит от четкой организации структуры авиапредприятия и функционирования всех ее элементов. На современном этапе развития, в условиях усиления конкуренции, возрастания затрат на ресурсы, достижения предела эффективности технологических процессов от авиапредприятия требуется постоянно отслеживать состояние внешней среды, то есть система управления должна быть гибкой, с точки зрения структуры должна адаптироваться к изменениям внешней и внутренней среды (рисунок 1) Рисунок 1 - Взаимодействие внутренней и внешней среды Применение методов общей теории систем позволяет классифицировать требования к организационным структурам авиапредприятий как к структурам специализированных систем – социально-экономического производственного объекта (СЭПО).

Традиционная модель управления социально-экономическими производственными объектами (СЭПО), которая используется теорией управления, обладает присущими ей ограничениями и принципиально не имеет цепочки управления, когда возникают прогнозируемые и труднопредсказуемые возмущения во внешней по отношению к системе внутренней среде, неоднозначно отображенные по времени.

Традиционный подход к СЭПО предполагает наличие функциональной цепочки:

описание целей существования объекта управления формирование критерия управления объектом Современные положения теории управления не считают все элементы цепочки равноценными. Основное внимание на данном этапе развития уделяется на проблему идентификации СЭПО относительно влияния внешней среды (теория открытых систем) и на проблему выявления критериев управления с учетом неоднозначного влияния внешней среды и эволюции объекта во времени, выбора целесообразных по ситуации управляющих воздействий (элементы ситуационного управления).

Система управления СЭПО вместе с объектом управления испытывает постоянное влияние внешней по отношению СЭПО среды и сама оказывает воздействие на внешнюю среду, т.к. процесс управления происходит не в изолированной системе, а во взаимодействии с внешней средой: правовой, региональной, экономической, социальной, производственной и, наконец, природной.

авиапредприятие как сложную авиационную специализированную систему (рисунок 2). Состояние объекта управления оценивается множеством входных параметров (характеристик).

Это множество {f}, полностью отображающее функциональное состояние подсистем (fx -характеристика состояния подсистемы воздушных судов, fу характеристика состояния подсистемы авиаработ, fz - характеристика состояния подсистемы наземного комплекса). Информация (f) о фактических параметрах (характеристиках) состояния поступает на элементы отрицательной обратной связи системы управления и, что принципиально, на все три уровня управления, где и осуществляется сравнительный анализ параметров состояния входа {х, у, z}и параметров состояния выхода {fx, fy, fz}. Выражение «отрицательный» свидетельствует о том, что действия всех трех уровней системы управления (управляющие воздействия УВ1, УВ2, УВ3) направлены на устранение отклонений от идеально конечного состояния Wf*.

F1, F2, F3, F4 - функциональные связи первого, второго, третьего и четвертого уровня соответственно;

УВ1, УВ2, УВ3 - управляющие воздействия соответствующих уровней управления;

х, у, z — входные параметры, характеризующие функциональное состояние подсистем;

х(t), у(t), z(t) - функционально-статистические параметры, однозначно отображенные во времени;

xs, ys, zs - функционально-статистические параметры подсистем, неоднозначно отображенные во времени;

функциональное состояние подсистем (частные критерии функционирования);

- критериальный вектор-параметр состояния авиационной специализированной системы;

Рисунок 2 – Концептуальная модель авиапредприятия Данная модель в наибольшей степени соответствует иерархической и организационной структуре управления авиапредприятия и позволяет оптимизировать организационную структуру и управляющие воздействия на эвристическом уровне.

Разработанная концептуальная модель оптимизации организационной структуры управления авиапредприятием на основе анализа взаимодействия внешних и внутренних факторов в условиях динамичности окружающей среды позволит в дальнейшем сформулировать и идентифицировать целевую функцию управления для разных специализированных систем.

1. Портников, Б.А. Концептуальные модели функционирования авиапредприятия как авиационной специализированной системы / Математика. Информационные технологии. Образование: Материалы регион.

научно- практ. конф. в двух частях. Часть 1. – Оренбург: ГОУ ОГУ, 2006 (- с.), с. 184…186.

2.Портников,Б.А.,Султанов,Н.З. Математическая постановка задачи оптимизации бизнес-процессов авиапредприятия / Математика.

Информационные технологии. Образование: Материалы регион. научнопракт. конф. в двух частях. Часть 1. – Оренбург: ГОУ ОГУ, 2006 (-498 с.), с.

191…193.

3. Портников,Б.А. Султанов,Н.З. Оптимизация структуры парка воздушных судов авиапредприятия как сложной социально-экономической и производственной системы / Математика. Информационные технологии.

Образование: Материалы регион. научно- практ. конф. в двух частях. Часть 1.

– Оренбург: ГОУ ОГУ, 2006 (-498 с.), с. 194…195.

4. Портников, Б.А. Новые системные подходы в концептуальной модели авиапредприятия как авиационной специализированной системы / Современные информ. технологии в науке, образовании и практике // Матер.

пятой всеросс. научно-практ. конф. (с междунар. участием). – Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2006 (-475 с.), с. 253...265.

5. Портников Б.А., Султанов Н.З. Анализ бизнес-процессов авиапредприятия / В сб. «Интеграционные евразийские процессы в науке, образовании и производстве // Матер. Всеросс. научно- практ. конф. ( г. Кумертау, 19… октября 2006 г.). – Уфа: Гилем, 2006 (-412 с.), с.55…57.

ИЗМЕНЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ, КАК ФАКТОР

АДАПТАЦИИ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УСЛУГ

Уральский федеральный университет, г. Екатеринбург Цикличность развития экономики предполагает адаптацию всех сфер жизни общества. Переход к новому циклу может сопровождаться более или менее кризисными явлениями. Каждая отрасль народного хозяйства имеет свою специфику в решении задач в сложившейся ситуации. Особенно это касается системы профессионального образования.

Сырьевая модель современной России, которую характеризуют, рост издержек, инфляция, конкуренция, сегодня, привела к потере отдельных сегментов национального рынка (производство современных самолетов для нужд гражданской авиации, станкостроение) и вытеснению отечественных предприятий с зарубежных рынков. Перестройка или создание новой модели, обязательно сопровождается инерционными процессами связанными не только с технологическими изменениями, но и в большей мере сервисным обеспечением, который носит социально – политический характер. В частности сложившаяся система образовательных услуг не всегда отражает потребности реального производства, что в итоге становится проблемой не одной отрасли образования, а системо–образующей нерешенной задачей. Реалии сегодняшнего дня таковы, что связь между современным, частным, промышленным предприятием и государственными высшими учебными заведениями РФ оказалась разорвана.

Как показывает многолетняя практика, современная молодежь неохотно выбирает специальности инженерного профиля. Выпускники школ, техникумов и колледжей просто не видят себя во многих технических профессиях, считая данные направления не престижными и бесперспективными. Кроме того усугубляет ситуацию тот факт, что рынок труда давно испытывает дефицит рабочей силы, предприниматели называют нехватку работников в числе основных факторов, сдерживающих рост их бизнеса. Текущее замедление роста экономики во многом обусловлено именно нехваткой квалифицированной рабочей силы. Свою роль здесь сыграло то, что в начале 90-х годов наиболее актуальной была задача насыщения рынка товаров и услуг, она была решена путем ликвидации монополии государства на внешнюю торговлю. Данный шаг прямо или косвенно повлиял на развитие многих отраслей промышленности страны, начиная с пищевой до машиностроения и металлургии. Импортные поставки переориентировали многих специалистов, прежде всего, из технологической сферы производства в сферу предоставления услуг. Престиж «Технаря» нечем было поддерживать.

Наиболее чувствительной стороной во всех изменениях экономики оказалась система подготовки кадров для промышленности в частности высшая школа. Пример УГТУ-УПИ ныне УрФУ достаточно показателен. Университет имеет сеть филиалов по Свердловской Тюменской областям и Пермскому краю.

Первоначально они были созданы в 50-е годы XX века по инициативе градообразующих предприятий в связи с нехваткой инженеров на таких предприятиях, как ВСМПО, УАЗ, Серовский металлургический завод. Эти мероприятия во многом позволили обеспечить научно техническое развитие промышленности Урала. Со стороны предприятий, городских властей были решены вопросы финансирования и материального обеспечения учебного процесса (строительство учебных корпусов, создание исследовательских и учебных лабораторий). Кроме того, предоставление рабочих мест. Университет в свою очередь обеспечивал преподавателями учебно-методическими пособиями.

Многие преподаватели совместно с промышленниками участвовали, в научно-исследовательских работах, что обеспечивало связь науки и учебного процесса с производства. Решалась задача подготовки перспективных управленческих, научных кадров из среды заводчан.

Выражаясь современной терминологией, это был убедительный пример кооперации между наукой и производством, т.е. был создан гармоничный комплекс обеспеченный административно и финансово между производственными потребностями и обеспечением предприятий научными разработками.

В результате изменения отношения к собственности в постперестроечное время и процессами приватизации и акционирования предприятий эта связь науки, образования и промышленности была разорвана. Филиалы стали играть только социальную функцию, как очаги культуры и просвещения. И, в конечном счете, под действием рыночных отношений были вынуждены сделать приоритетными направлениями в обучении главным образом экономические и управленческие направления. Последние два года стало модно говорить о «неэффективности» подобных филиалов или различных университетов, но на наш взгляд эта формулировка является слишком категоричной и тут как нельзя, кстати, подходит выражение Рене Декарта: «Верно, определите слова, и вы освободите мир от половины недоразумений» Именно определение «неэффективный» не позволяет разглядеть тот огромный потенциал и значимость филиалов как возможных точек роста.

С другой стороны необходимо признать, что за несколько десятилетий рынок стал, перегружен выпускниками. Компетентность выпускника не соответствует требованиям качества. Наличие высшего образования стало признаком статуса и упрощенным условием найма на работу. При таком, казалось бы, огромном выборе формально дипломированных специалистов, неудовлетворен спрос предприятий в кадрах с необходимой компетенцией, что та же усугубляется большим объёмом импорта.

На наш взгляд наступил очередной этап, когда образовательные учреждения, как социальные институты еще могут выполнять научно образовательную функцию под, чем мы подразумеваем: наличие научных школ, педагогов с большим опытом, способных вовлекать, заинтересовывать, мотивировать молодежь, а предприятия готовы и нуждаются во взаимодействии. В силу естественных причин, прежде всего разрыв поколений и возраст людей занятых в образовательном и научном процессах, заставляют форсировать данный этап кооперации [1].

Предлагается модифицировать подразделения филиалов и развить на их основе с участием предприятий базовые выпускающие кафедры. Тем более что потребность в такой форме сотрудничества есть и у самих предприятий.

Подобные примеры уже есть. Так, процедуру преобразования уже проходит Чусовской филиал вуза в Пермском крае, созданный при металлургическом заводе. Через четыре года там появится новый производственный комплекс. Менеджмент предприятия понимает: в 2017 году к работе должны приступить определенное количество специалистов по ряду специальностей. Их подготовкой и займется расположенная непосредственно на заводе базовая кафедра, программы для которой разрабатываются и вузом и предприятием совместно.

Также Уральским Федеральным Университетом и УГМК-холдинг в результате совместных усилий и с привлечением частных инвестиций создано с нуля образовательное учреждение со всей инфраструктурой отвечающей всем современным требованиям. Используя богатый опыт сотрудников университета, и учитывая потребности предприятий УГМК, выбрано оборудование в учебные лаборатории, разработаны необходимые учебные планы и программы, методические пособия и указания для студентов. Кроме того на территории одного из предприятий УГМК создана кафедра МТЦМ, где проводится подготовка студентов по программам практико-ориентированного бакалавриата.

Вышеуказанный опыт дает основание для формирования образовательной стратегии включающей непосредственно интересы разных субъектов не только заказчиков и потребителей образовательных услуг[1].

1. Инновационные технологии в сфере управления персоналом: сборник научных статей/под ред. О.В. Охотникова; Екатеринбург. УРФУ, 2013 — 90с

ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЙ

ДОКУМЕНТАЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ» ПРИ ПЕРЕХОДЕ К НОВЫМ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫМ СТАНДАРТАМ

Оренбургский государственный университет, г. Оренбург В предстоящем учебном году образовательный процесс в вузах ждут очередные изменения в связи с тем, что:

- изменяется номенклатура направлений и специальностей подготовки, количество укрупненных групп увеличивается с 28 до 55;

- в уровень высшего образования переходит аспирантура;

- вводятся в действие новые федеральные государственные образовательные стандарты ФГОС 3+;

- бакалавриат подразделяется на академический и прикладной.

Все это приведет к переработке учебных планов, появлению новых дисциплин, изменению состава дисциплин, закрепленных за кафедрами. Для рядовых преподавателей переход к новым стандартам означает очередную переработку всего учебно-методического обеспечения дисциплин, в первую очередь, рабочих программ, методического обеспечения самостоятельной работы, фондов оценочных средств. При этом нужно не только детально проанализировать новые образовательные стандарты, но и понять отличие их требований от предыдущих поколений стандартов, а также учесть те ошибки, которые были сделаны при разработке методической документации по ФГОС 3.

Первая основная проблема, стоящая перед преподавателем – это оптимизация содержания дисциплины, позволяющего достигнуть требуемых результатов обучения при минимизации количества времени и трудозатрат.

Посмотрим это на примере дисциплины «Теоретические основы электротехники», которая является базой для всех электротехнических дисциплин.

электротехнических специальностей, в котором жестко определялся обязательный минимум содержания дисциплины (так называемый перечень дидактических единиц) не позволял преподавателю сформировать рабочую программу с учетом своего видения дисциплины ТОЭ и дальнейшей профессиональной деятельности выпускников. И при аккредитационном тестировании именно освоение студентом всех дидактических единиц считалось положительным результатом обучения.

ФГОС 3, основанный на кометентостном подходе к обучению, дал преподавателю некоторую свободу в определении содержания дисциплины, в качестве результата обучения рассматривая освоение определенных компетенций. Но количество компетенций, например, для направления Электроэнергетика и электротехника было очень значительным ( компетенция), а дисциплина ТОЭ, которая традиционно считалась общепрофессиональной, могла почему-то участвовать в формировании компетенции только для одного вида деятельности и вообще не упоминаться в других видах деятельности.

ФГОС 3+ учел эти недостатки:

- число компетенций сократилось более чем в два раза, они сформулированы очень конкретно и внятно;

- выделены общепрофессиональные компетенции независимо от вида бакалавриата и вида деятельности;

- разделены профессиональные и профессионально-прикладные компетенции для академических и прикладных бакалавров.

В соответствии с ФГОС 3+ дисциплина ТОЭ должна сформировать общепрофессиональную компетенцию ОПК-3 «Способность использовать методы анализа и моделирования электрических цепей». Для достижения этой цели необходимо, чтобы студент пришел на дисциплину со сформированными компетенциями ОПК-1 и ОПК-2, подразумевающих определенный уровень физико-математической подготовки и подготовки в области информационных технологий. В этом случае можно будет сократить до минимума вводный раздел ТОЭ «Физические основы электротехники» и ориентировать расчетные и лабораторные задания на использование прикладных программ. Кроме того компетенция не предполагает глубокое знание теории электромагнитного поля, в связи с чем содержание этого всегда трудно усваиваемого студентами раздела можно минимизировать, согласовав его с требованиями дисциплин учебного плана, формирующих профессиональные компетенции.

Более глубокий сравнительный анализ формируемых компетенций показал: несмотря на то, что производственно-технологический вид деятельности есть и у академических и прикладных бакалавров, набор компетенций внутри этого вида деятельности очень сильно отличается.

Академические бакалавры больше ориентированы на расчет режимов работы и определение параметров оборудования. От прикладных бакалавров требуется способность использования технических средств для измерения и контроля оборудования и готовность обеспечения требуемых режимов работы оборудования. Отсюда следует, что содержание разделов курса ТОЭ для академических и прикладных бакалавров может быть одинаковым, но структура дисциплины для них должна быть различной.

Для прикладных бакалавров возрастает роль экспериментальных исследований, что требует большего количества лабораторных занятий. При этом целесообразно использовать не только лабораторные стенды, но и прикладные программы, позволяющие проводить виртуальные лабораторные работы с компьютерной обработкой экспериментальных данных. Содержание работ должно быть максимально приближено к реальным производственным условиям. Структура ТОЭ для академических бакалавров должна, наоборот содержать большее количество практических занятий, ориентированных на расчеты и моделирование сложных цепей.

Следующая проблема, которая встает перед преподавателем – определение видов самостоятельной работы, которые обеспечат наиболее полное освоение компетенции. В рабочей программе по ФГОС 3 в связи с уменьшением нагрузки были убраны расчетно-графические задания, всегда являющиеся для ТОЭ традиционными, и в первом семестре введена курсовая работа /1/. Нельзя сказать, что это привело к повышению качества подготовки.

РГЗ является более мобильным и легко адаптируемым инструментом для освоения конкретных разделов. Первая же апробация тематики и структуры курсовой работы выявила ряд недостатков, которые нужно устранить при переходе на ФГОС 3+:

- курсовая работа не должна быть в первом семестре изучения дисциплины ТОЭ, в первом семестре целесообразнее использовать такую форму контролируемой самостоятельной работы, как РГЗ и контрольные работы;

- задания для курсовой работы, выполняемые с использованием прикладных математических программ, должны исключить возможность использования чужих стандартных файлов для расчета своей схемы;

- типовые примеры расчета, приводимые в учебных пособиях для выполнения курсовой работы и РГЗ должны быть подобраны таким образом, чтобы исключить «тупую» подстановку своих числовых данных для получения конечных результатов для своего варианта задания;

- в связи с этим в пособиях нецелесообразно приводить примеры расчета в какой-либо программе, например, в Mathcad, гораздо полезнее привести приложение, где показать возможности того же Mathcadа для решения, например, системы уравнений различными способами.

- в учебных пособиях для выполнения курсовой работы и РГЗ полезно проводить разбор типичных ошибок, которые можно сделать в решении задач подобного типа;

- задания для курсовой работы должны быть обязательно многоуровневыми, позволяющими проявить свой потенциал способным студентам;

- в задание для курсовой работы повышенного уровня следует ввести составляющую научно-исследовательской работы с учетом профессиональных задач будущей деятельности бакалавров.

И, наконец, самая сложная проблема в методическом обеспечения дисциплины при переходе на ФГОС 3+ может быть связана с разработкой фонда оценочных средств, позволяющего оценить уровень сформированности заявленных компетенций. Для формирования такого фонда целесообразно разработать паспорта компетенций. Фонд должен получить оценку внешних экспертов – работодателей, а также преподавателей дисциплин, формирующих профессиональные и профессионально-прикладные компетенции.

1. Ушакова, Н. Ю. Анализ линейных электрических цепей в стационарных и переходных режимах [Текст] : учеб. пособие / Н. Ю. Ушакова, Л. В. Быковская.

- М. : ООО "ТиРу", 2012. - 134 с. : рис. - Библиогр.: с. 133. - ISBN 978-5-93883ВЕТРОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ Государственное общеобразовательное учреждение «Оренбургский государственный университет», г. Оренбург Для всех нас сегодня довольно трудно представить свою жизнь без электричества. Электрическая энергия настолько плотно вошла в обыденность, что лишь представив её отсутствие, все меняется: не освещаются улицы, не работают электроприборы, да даже данный текст не прочитать без электроэнергии.

Из существующих источников электроэнергии наиболее распространены тепловые электростанции, на которые приходится львиная доля выработанной электроэнергии за год, но один из основных минусов – ограниченные ресурсы, наличие отходов и невысокий КПД. Перспективно развитие альтернативных способов получения электроэнергии, основанных на природных явлениях, что по сути, является разумным использованием сил природы. Конкретнее остановимся на ветровых электрических установках.

Ветрогенератор (ветроэлектрическая установка или сокращенно ВЭУ) — устройство для преобразования кинетической энергии ветрового потока в механическую энергию вращения ротора с последующим ее преобразованием в электрическую энергию.

Ветрогенераторы можно разделить на две категории: промышленные и бытовые (для частного использования). Промышленные устанавливаются государством или крупными энергетическими корпорациями. Как правило, их объединяют в сети, в результате получается ветряная электростанция (ВЭС). Её основное отличие от традиционных (тепловых, атомных) — полное отсутствие как сырья, так и отходов. Единственное важное требование для ВЭС — высокий среднегодовой уровень ветра. Мощность современных ветрогенераторов достигает 7,5 МВт.

Мощность ветрогенератора равна половине произведения плотности воздуха, ометаемой площади и куба скорости ветра.

Существуют классификации ветрогенераторов по количеству лопастей, по материалам, из которых они выполнены, по оси вращения и по шагу винта.

Существуют два основных типа ветротурбин:

с вертикальной осью вращения ("карусельные" — роторные (в т.ч.

«ротор Савониуса»), "лопастные" ортогональные — ротор Дарье);

с горизонтальной осью вращения (крыльчатые).

Широкое использование горизонтально-осевых ВЭУ обусловлено их высокой эффективностью. Даже самый посредственный лопастной ветряк легко достигает коэффициента использования энергии ветрового потока (КИЭВ) в 30 %. А самый тщательно отлаженный роторный, в лучшем случае, — 20 %.

1. ветротурбины, установленной на мачте с растяжками и раскручиваемой ротором либо лопастями;

2. электрогенератора;

полученная электроэнергия поступает в:

аккумуляторам (обычно необслуживаемые на 24 В) Инвертор (= 24 В -> ~ 220 В 50Гц), подключенный к электросети.

Промышленная ветряная установка Основными элементами ветрогенератора являются:

2. Силовой шкаф, включающий силовые контакторы и цепи управления;

5. Поворотный механизм;

7. Электрический генератор;

8. Система слежения за направлением и скоростью ветра (анемометр);

9. Тормозная система;

10. Трансмиссия;

11. Лопасти;

12. Система изменения угла атаки лопасти;

13. Обтекатель;

14. Система пожаротушения;

15. Телекоммуникационная система для передачи данных о работе ветрогенератора;

16. Система молниезащиты;

17. Привод питча.

Существуют проблемы с промышленным ветрогенераторами.

Промышленный ветрогенератор строится на подготовленной площадке за 7–10 дней. Получение разрешений регулирующих органов на строительство ветряной фермы может занимать год и более. Кроме того, для обоснования строительства ветроустановки или ветропарка необходимо проведение длительных (не менее года) исследований ветра в районе строительства. Эти мероприятия значительно увеличивают срок реализации ветроэнергетических проектов.

Для строительства необходимы дорога до строительной площадки, место для размещения узлов при монтаже, тяжёлая подъёмная техника с выносом стрелы более 50 метров, так как гондолы устанавливаются на высоте около метров.

В ходе эксплуатации промышленных ветрогенераторов возникают различные проблемы:

Неправильное устройство фундамента. Если фундамент башни неправильно рассчитан, или неправильно устроен дренаж фундамента, башня от сильного порыва ветра может упасть.

Обледенение лопастей и других частей генератора. Обледенение способно увеличить массу лопастей и снизить эффективность работы ветрогенератора. Для эксплуатации в арктических областях части ветрогенератора должны быть изготовлены из специальных морозостойких материалов. Жидкости, используемые в генераторе, не должны замерзать.

Может замёрзнуть оборудование, замеряющее скорость ветра. В этом случае эффективность ветрогенератора может серьёзно снизиться. Из-за обледенения приборы могут показывать низкую скорость ветра, и ротор останется неподвижным.

Отключение/поломка тормозной системы. При этом лопасть набирает слишком большую скорость и, как следствие, лопается.

срабатывает электрическая защита аппаратов входящих в состав системы, что снижает эффективность системы в целом. Так же для больших ветростанций большая вероятность срабатывания защиты на отходящих ЛЭП.

Нестабильность работы генератора. Из-за того что в большинстве промышленных ветрогенерирующих установках стоят асинхронные генераторы, стабильная работа их зависит от постоянства напряжения в ЛЭП.

Пожары. Пожар может возникнуть из-за трения вращающихся частей внутри гондолы, утечки масла из гидравлических систем, обрыва кабелей и т. д. Пожары ветрогенераторов редки, но их трудно тушить из-за отдалённости ветряных электростанций и большой высоты, на которой устанавливаются системы пожаротушения.

Удары молний. Удары молний могут привести к пожару. На современных ветрогенераторах устанавливаются молниеотводящие системы.

К малой ветроэнергетике относятся установки мощностью менее 100 кВт.

Установки мощностью менее 1 кВт относятся к микро-ветряной энергетике.

Они применяются на яхтах, с/х фермах для водоснабжения и т. д.

Строение малой ветряной установки:

1. Ротор; лопасти; ветротурбина; хвост, ориентирующий ротор против ветра;

3. Мачта с растяжками;

4. Контроллер заряда аккумуляторов;

5. Аккумуляторы (обычно необслуживаемые на 24 В);

6. Инвертор (= 24 В -> ~ 220 В 50Гц), подключенный к электросети.

Рисунок 1 - Малый роторный ветрогенератор Рисунок 2 - Парусный ветрогенератор Малые ветрогенераторы могут работать автономно, то есть без подключения к общей электрической сети.

Некоторые современные бытовые ИБП имеют модуль подключения источника постоянного тока специально для работы с солнечными батареями или ветрогенераторами. Таким образом, ветрогенератор может быть частью домашней системы электропитания, снижая потребление энергии от электросети.

Существуют плюсы и минусы их эксплуатации:

В настоящее время, несмотря на рост цен на энергоносители, себестоимость электроэнергии не составляет сколько-нибудь значительную величину у основной массы производств на фоне других затрат. Ключевым для потребителя остаётся надёжность и стабильность электроснабжения.

Основными факторами приводящими к удорожанию энергии получаемой от ветрогенераторов, для использования в промышленности, являются:

Необходимость получения электроэнергии промышленного качества ~ 220В 50 Гц (применяется инвертор, ранее для этой цели применялся умформер) Необходимость автономной работы в течение некоторого времени (применяются аккумуляторы);

Необходимость длительной бесперебойной работы потребителей (применяется дизель-генератор);

Считается, что применение малых автономных ветрогенераторов в быту малоцелесообразно из-за:

Высокой стоимости инвертора — примерно 50 % стоимости всей установки (применяется для преобразования переменного или постоянного тока получаемого от ветрогенератора в переменное напряжение стандарта бытовой электросети (220В 50Гц) Высокой стоимости аккумуляторных батарей ~ 25 % стоимости установки (используется в качестве источника бесперебойного питания при отсутствии или пропадании внешней сети) Для обеспечения надёжного электроснабжения к такой установке иногда добавляют дизель-генератор, сравнимый по стоимости со всей установкой.

Однако, при наличии общей электросети и современного ИБП с двойным преобразованием эти факторы становятся неактуальными, также часто такие ИБП предусматривают возможность дополнения различными нестабильными источниками постоянного тока, такими как ветрогенератор или солнечная батарея.