«Аннотированный сборник научно-исследовательских выпускных квалификационных работ магистров Университета ИТМО Санкт-Петербург 2014 Аннотированный сборник научно-исследовательских выпускных квалификационных работ ...»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ

Аннотированный сборник

научно-исследовательских

выпускных квалификационных

работ магистров

Университета ИТМО

Санкт-Петербург 2014 Аннотированный сборник научно-исследовательских выпускных квалификационных работ магистров Университета ИТМО / Главный редактор Проректор по НР д.т.н., профессор В.О. Никифоров. – СПб:

Университет ИТМО, 2014. – 531 с.

Сборник представляет итоги конкурса на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу среди магистров Университета ИТМО и издается с целью развития творческого потенциала дипломированных специалистов, их навыков научно-исследовательской работы, стимулирования участия студентов в научных исследованиях, усиления роли научно-исследовательской работы в повышении качества подготовки специалистов с высшим образованием, формирования резерва для кадров высшей квалификации.

ISBN 978-5-7577-0479- В 2009 году Университет стал победителем многоэтапного конкурса, в результате которого определены 12 ведущих университетов России, которым присвоена категория «Национальный исследовательский университет».

Министерством образования и наук

и Российской Федерации была утверждена программа его развития на 2009–2018 годы. В 2011 году Университет получил наименование «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики»

Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, Авторы, Введение

ВВЕДЕНИЕ

«Аннотированный сборник научно-исследовательских выпускных квалификационных работ магистров Университета ИТМО» опубликован по результатам конкурсов на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу (НИВКР) среди магистров Университета ИТМО.

Конкурсы оценивают умение студента проводить самостоятельную творческую исследовательскую работу, показывают профессиональную зрелость выпускника, его способность решать реальные научно-технические задачи. Конкурсы проводятся в целях совершенствования системы подготовки кадров высшей квалификации, в рамках реализации программы развития ВУЗа как Национального исследовательского университета на 2009–2018 годы.

Первый этап Конкурса проводился на выпускающих кафедрах университета. По итогам предзащит ВКР магистров кафедрами было принято решение о выдвижении лучших работ в Государственную аттестационную комиссию (ГАК). По итогам работы ГАК были окончательно определены 94 лучших НИВКР на 37 кафедрах.

Второй этап Конкурса проводился на факультетах университета. По итогам представленных кафедрами работ, деканами факультетов был проведен анализ ВКР магистров, и определены победители Конкурса на факультетах. В итоге по факультетам состоялось 11 Конкурсов на «Лучшую НИВКР».

Третий завершающий этап Конкурса проводил Научно-технический совет (НТС) университета. Работы победителей второго этапа Конкурса были рассмотрены на заседании НТС. По итогам которого определены «Лучшие НИВКР» проведенные в университете за 2014 год и определена номинация «Лучший научный руководитель НИВКР среди магистров» в 2014 году.

Статистические данные участия магистров Этап Название конкурса Приняло участие Победители Конкурсы кафедр I 1025 Конкурсы факультетов II 94 Конкурс университета III 46 По итогам Конкурса среди магистров было определено 32 победителей на «Лучшую НИВКР университета» и 14 лауреатов, которые стали победителями Конкурсов проведенных на факультетах.

Общее количество магистрантов, участвовавших в конкурсах на «Лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу» составило 1025 человек.

Организационную работу по Конкурсам проводили следующие структурные подразделения Университета ИТМО: Департамент научных исследований и разработок, Управление магистратуры, отдел «НИРС».

Введение При оценке НИВКР учитывались следующие критерии:

соответствие тематики работы основным научным направлениям университета;

новизна предложенных в работе решений;

оригинальность предложенных решений;

наличие актов об использовании результатов работы;

наличие выигранных грантов, стипендий, в том числе стипендий Президента Российской Федерации;

наличие публикаций по результатам работы в научных журналах и изданиях (как в российских, так и в зарубежных);

наличие документов защиты объектов интеллектуальной собственности, созданных в процессе выполнения ВКР;

наличие заявок на объекты интеллектуальной собственности;

наличие наград, полученных на всероссийских, региональных и городских конкурсах;

наличие докладов по тематике ВКР на научных конференциях и семинарах;

наличие документов о представлении результатов ВКР на различного уровня конкурсах и выставках;

глубина раскрытия темы, логичность изложения;

качество оформления (в т.ч. соблюдение ГОСТов);

степень самостоятельности выполненной работы.

Общие требования к материалам, представляемым на НТС Для окончательного подведения итогов Конкурса на НТС представлялись следующие документы:

';

анкета участника Конкурса;

отзыв научного руководителя;

рекомендация от кафедры (служебная записка, подписанная зав. кафедрой);

рекомендация ГАК;

техническое задание ВКР;

краткое изложение ВКР в форме статьи до 4 страниц.

К работе прилагались акты о внедрении результатов научной работы, копии патентов, научных статей и тезисов.

Итоги Конкурса были подведены на заседании НТС университета и оформлены приказом ректора Университета ИТМО № 1338-уч от 28.07.2014 г.

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу магистров

ПОБЕДИТЕЛИ КОНКУРСА УНИВЕРСИТЕТА

НА ЛУЧШУЮ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКУЮ

ВЫПУСКНУЮ КВАЛИФИКАЦИОННУЮ РАБОТУ

МАГИСТРОВ

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую Факультет фотоники и оптоинформатики, кафедра фотоники УДК 539.2-022.

ФЛУКТУАЦИОННО-ДИССИПАТИВНАЯ МОДЕЛЬ БРОУНОВСКОЙ

ДИНАМИКИ АГЛОМЕРИРУЮЩИХ НАНОЧАСТИЦ ОКСИДА ЦИНКА

В ВОДЕ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ СОЗДАНИЯ МАТЕРИАЛОВ

НАНОФОТОНИКИ

Научный руководитель – к.ф.-м.н., с.н.с. С.А. Чивилихин Грант Российской Федерации 074-U01, тема № 411494, тема № 610451, тема № 713553.

Интерес к наноколлоидам как к собственно активным материалам и как к прекурсорам других наноматериалов, таким, как нанокерамики и нанопокрытия, обусловлен особенными свойствами наночастиц. Значительное отличие свойств наночастиц от свойств объемного вещества в первую очередь объясняется высокой удельной поверхностью первых, т.е. ведущей ролью атомов поверхности, а не внутреннего объема, в формировании свойств наночастицы. Важно отметить, что конкретные физические свойства наноколлоидов зависят от размеров и морфологии образуемых частицами наноагломератов, а разброс этих свойств определяется распределением таких агломератов по размерам. Таким образом, процесс агломерации наночастиц, определяющий морфологию и распределение по размерам кластеров в наножидкости, является ключевым для объяснения и предсказания физико-химических свойств наноколлоидных материалов и оценки их потенциального вреда для окружающей среды.

Целью работы являлась разработка метода теоретического описания многочастичного взаимодействия в наноколлоидных системах, позволяющего исследовать процесс формирования морфологии наноагломератов на начальной стадии коагуляции наночастиц и обеспечивающего лучшее по сравнению с наиболее распространенным на сегодняшний день для решения данной задачи приближением линейной суперпозиции (ПЛС) теории ДЛФО (Дерягина, Ландау, Фервея и Овербека), качественное совпадение с экспериментальными результатами.

Описание взаимодействия наночастиц в работе производилось в рамках теории ДЛФО при выполнении условия линеаризации уравнения Пуассона–Больцмана.

Ключевым отличием предложенной модели взаимодействия коллоидных наночастиц от стандартной формулировки ПЛС является учет перераспределения поверхностных зарядов частиц при их сближении. Построение модели регуляции заряда обычно требует детального понимания структуры и состава поверхности коллоидной частицы и ее оболочек, а также всех физических и химических процессов, протекающих в них [1].

В случае наночастиц, ввиду их малого размера и большой удельной поверхности, значительную роль в формировании заряда частицы играют особенности ее Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу магистров поверхности, например, остаточные радикалы. При этом конкретная структура и химический состав поверхности наночастицы оказываются чрезвычайно чувствительными к методу и ходу самого процесса синтеза частиц. Это означает, что построение применимой к анализу реальных систем модели регуляции заряда коллоидных наночастиц на основе некоторого априорного теоретического представления о строении частицы затруднено. Исходя из этого, в настоящей работе использовалась оригинальная феноменологическая модель регуляции заряда, опирающаяся на результаты предварительного экспериментального исследования конкретной моделируемой системы. Эта модель основана на связи заряда в оболочках из адсорбированных ионов наночастицы и локальных концентраций этих ионов у поверхности частицы. В работе мы ограничились рассмотрением линейной моделью зависимости поверхностной плотности заряда и заряда слоя Штерна от локальных концентраций ионов. Это означает, что полученная модель регуляции заряда не учитывает эффекта насыщения адсорбции с ростом числа адсорбированных ионов.

Этот факт хорошо иллюстрируется полученной при помощи разработанной модели регуляции заряда зависимости -потенциала моделируемых коллоидных наночастиц от pH раствора, представленной вместе с соответствующими экспериментальными данными на рис. 1.

Рис. 1. Теоретическая и экспериментальная [2] зависимости -потенциала коллоидных Модель обеспечивает отличное совпадение с результатами эксперимента в диапазоне значений pH от 5,5 до 7,5 (рис. 1). При дальнейшем увеличении концентрации ионов H+ или OH– модель предсказывает более резкое возрастание потенциала, нежели наблюдается в эксперименте. Этот факт хорошо объясняется эффектом насыщения адсорбции, который не учитывается линейной моделью.

При помощи разработанной феноменологической модели регуляции заряда в рамках условия возможности представления наночастицы в виде ее эквивалентного экранированного точечного заряда в работе был получен оригинальный метод модификации приближения линейной суперпозиции (МПЛС), позволяющий определить потенциальную энергию системы из многих взаимодействующих коллоидных наночастиц.

Предложенная оригинальная модель многочастичного взаимодействия в наноколлоидах при помощи введения механизма перераспределения поверхностного Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую заряда наночастиц в отличие от широко распространенного метода ПЛС демонстрирует ограниченный рост значения поверхностного потенциала наноагломерата с увеличением его размера за счет присоединения наночастиц, благодаря чему не предсказывает прекращения коагуляции наночастиц на ее начальной стадии (рис. 2).

Рис. 2. Зависимости вероятности присоединения наночастицы к кластеру от числа взаимодействующих частиц в моделируемой системе по методам МПЛС и ПЛС Таким образом, метод МПЛС позволяет преодолеть одно из основных препятствий для применения традиционного ПЛС к описанию взаимодействия наночастиц и кластеров и избежать свойственного последнему грубого расхождения с экспериментом при описании многочастичных взаимодействий.

Учет в разработанном методе перераспределения концентраций ионов в двойных электрических слоях взаимодействующих наночастиц позволяет снять базовое для ПЛС ограничение на неизменность пространственного распределения электростатического потенциала в оболочке частицы и, тем самым устранить существующую неопределенность границ применимости классического ПЛС.

Наблюдавшиеся в анализе результатов модели ориентационные эффекты при присоединении наночастицы к кластеру могут служить основой приложения метода МПЛС к более глубокому изучению процессов формирования структуры наноагломератов. Так, в работе было показано, что наиболее энергетически выгодным является такое присоединение наночастицы к агломерату, при котором площадь поверхности контакта между ними минимальна. Это означает, что при агрегации наночастиц наиболее вероятно образование исходно линейных структур, которые затем компактируются под действием случайных соударений со стороны молекул внешней среды и ван-дер-ваальсова притяжения. Дальнейшее исследование такого процесса может позволить установить зависимость между параметрами наноколлоидной системы и морфологией образуемых в ней кластеров.

Разработанная модель взаимодействия коллоидных наночастиц обеспечивает качественное согласование с экспериментом в описании начальной стадии коагуляции.

Для удовлетворяющих границам применимости систем модель не накладывает ограничения на число взаимодействующих частиц и, тем самым, позволяет моделировать процессы формирования и взаимодействия наноагломератов, предсказывая при этом наличие ориентационных эффектов, которые могут являться причиной образования кластеров различной морфологии. При этом для определения потенциальной энергии взаимодействия при заданной пространственной конфигурации системы метод МПЛС требует только решения системы линейных алгебраических Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу магистров уравнений с матрицей размером mm, где m – число взаимодействующих частиц. Это означает относительную простоту метода и возможность его беспрепятственной интеграции в дальнейшее численное или аналитическое моделирование динамики коагуляции наночастиц.

1. Borkovec M., Behrens S.H. Electrostatic Double Layer Forces in the Case of Extreme Charge Regulation // J. Phys. Chem. B. – 2008. – V. 112. – № 35. – P. 10795–10799.

2. Berg J.M., Romoser A., Banerjee N., Zebda R., Sayes C.M. The relationship between pH and zeta potential of ~30 nm metal oxide nanoparticle suspensions relevant to in vitro toxicological evaluations // Nanotoxicology. – 2009. – № 3(4). – P. 276–283.

3. Birdi K.S. Handbook of Surface and Colloid Chemistry. – Third Edition. – CRC Press, 4. Hiemenz P.C., Rajagopalan R. Principles of colloid and surface chemistry. – 3rd edition.

– Marcel Dekker, 1997. – 671 p.

5. Bian S.-W., Mudunkotuwa I.A., Rupasinghe T., Grassian V.H. Aggregation and Dissolution of 4 nm ZnO Nanoparticles in Aqueous Environments: Influence of pH, Ionic Strength, Size, and Adsorption of Humic Acid // Langmuir. – 2011. – № 27(10). – P. 6059–6068.

6. Hotze E.M., Phenrat T., Lowry G.V. Nanoparticle aggregation: challenges to understanding transport and reactivity in the environment // Journal of Environmental Quality. – 2010. – V. 39. – P. 1909–1924.

7. Zhou D., Keller A.A. Role of morphology in the aggregation kinetics of ZnO nanoparticles // Water Res. – 2010. – № 44(9). – P. 2948–2956.

УДК

ОРГАНИЗАЦИОННАЯ КУЛЬТУРА В СИСТЕМЕ ФАКТОРОВ

ИННОВАЦИОННОГО ПОТЕНЦИАЛА ОРГАНИЗАЦИИ

Научный руководитель – д.э.н., профессор М.А. Макарченко В работе рассматривается зависимость уровня инновационного потенциала (ИП) от типа организационной культуры, а также ее влияние на личностные и профессиональные качества.

Структурные изменения в экономике, происходящие несколько последних десятилетий, свидетельствуют о возрастающей роли инновационных процессов, которые свойственны большинству современных эффективных экономических систем независимо от масштабов и области их деятельности.

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую В связи с тем, что в современных экономических условиях снижается значимость низкоквалифицированного труда, капитала и средств труда и усиливается важность человеческих ресурсов, существенно возрастает роль управления персоналом, а также изменяются его функции и задачи.

В связи с этим предметом активного исследования большого количества экономических, социальных и гуманитарных наук является организационная культура и ее влияние на эффективность функционирования инновационных организаций [1].

В результате, изучение и развитие методических и экономических аспектов, обусловленных необходимостью повышения инновационного кадрового потенциала и связи кадрового потенциала и организационной культуры, является актуальной и своевременной задачей. Практическое разрешение данной проблемы и ее недостаточная теоретическая проработка обусловили выбор темы настоящей работы.

Цель работы – выявление зависимости уровня кадрового ИП от сложившегося типа организационной культуры.

Основными задачами

, решение которых привело к полученным результатам, являлись:

разработать определение кадрового ИП, которое учитывало бы влияние организационной культуры и личностных характеристик сотрудников;

сформировать обобщенную структуру ИП с выделением кадрового ИП;

разработать алгоритм оценки кадрового ИП;

применить разработанную методику и проверить ее состоятельность.

В рассматриваемой научной литературе, основными характеристиками, влияющими на ИП, являются четыре базовых показателя эффективной инновационной деятельности. Это такие показатели как:

1. природные ресурсы;

2. основной капитал и средства производства;

3. информационное и технологическое обеспечение;

4. обеспечение кадрами необходимого количества и соответствующего качества.

Зачастую, даже при достаточном количестве первых трех факторов, отечественные компании не могут в достаточной мере развить свой ИП из-за отсутствия эффективных способов управления кадровыми ресурсами. Таким решением является внедрение определенного типа организационной культуры, который способствовал бы формированию высокого уровня ИП через привлечение соответствующего персонала, а также формирование и поддержание определенных личностных характеристик персонала.

Анализ научной литературы, а именно, таких исследователей как И.В. Афонин, Е. Балацкий, Г.С. Валдайцев, П.Н. Завлин, В.Г. Медынский, Б.Р. Такер, Р. Фостер, выявил, что существует несколько подходов к понятию ИП:

1. ресурсный подход – рассмотрение ИП как совокупности ресурсов (возможностей), обеспечивающих осуществление инновационной деятельности;

2. результативный подход – ИП рассматривается как способность (готовность) организации использовать способность (готовность продукта);

3. комплексный подход – объединяет ресурсный подход и результативный.

Комплексный подход является наиболее приемлемым, так как затрагивает наибольшее количество сторон организации, и, соответственно, элементов ИП.

Ресурсный подход рассматривает лишь такие аспекты, как производственные мощности, финансовая обеспеченность и т.д.

Однако результативный подход делает упор на кадровый и организационноуправленческий потенциал, что, в свою очередь, тоже не совсем верно без учета материальной базы организации.

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу магистров В результате анализа структур ИП, предложенных С.И. Кравченко [4] и М. Гусаковым [5], сформирована обобщенная структура ИП, в которой выделен блок «Кадровый инновационный потенциал», характеризующийся профессиональными качествами сотрудника и организационной культурой, формирующей и развивающей эти профессиональные качества, а также привлекающей сотрудников, обладающих этими качествами. Это является научной новизной данного подхода.

Потенциальный спрос Из проведенного исследования следует, что кадровый ИП – это мера способности и готовности сотрудников организации к осуществлению инновационной деятельности в рамках конкретной организации, обусловленные культурными, профессиональными и личностными характеристиками этих сотрудников.

В узком смысле кадровый ИП предприятия – это совокупность новаторской способности, желания и готовности персонала к инновационной деятельности в рамках и интересах организации, а также способность, желание и готовность руководства организации увязать цели деятельности организации с целями сотрудников.

В широком смысле, под кадровым ИП предприятия следует понимать взаимоотношения, возникающие между работниками и руководством организации, с целью обеспечения эффективной инновационной деятельности.

Выделение кадрового ИП как отдельной составляющей инновационного потенциала организации является важным фактором в его оценке.

В ходе решения поставленных задач выявлено, что организационная культура выступает в качестве фактора, формирующего психологические качества или поддерживающего уже существующие, а также развивающего их.

Однако следует отметить, что более существенными являются уже приобретенные качества, так как они могут сократить срок адаптации сотрудника к новым условиям.

Личностные качества определяют то, каким образом сотрудник реализует свои профессиональные качества, которые, в свою очередь, уже и определяют ИП организации.

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую Рис. 2. Взаимодействие составляющих кадрового ИП Высокая степень зависимости результата деятельности от индивидуальных способностей работников и степени их подготовки является особенностью деятельностью сотрудников организаций, внедряющих и реализовывающих инновации [3].

Анализ работ многих исследователей рассматриваемой проблемы позволяет сделать вывод, что сотрудники организации, осуществляющей инновационную деятельность, должны непременно обладать следующими качествами [2]: гибкость мышления; восприимчивость; изобретательность; отсутствие стереотипов; социальная толерантность; организованность; умение доказывать свою точку зрения; непрерывное обучение и самосовершенствование; независимость; инициативность.

Эти характеристики обособлены темпераментом, характером и стилем мышления индивида.

В ходе исследования установлено, что адхократический тип организационной культуры и его сочетания с другими непротиворечащими типами культуры, способствует развитию и поддержанию характеристик личности, является наиболее подходящим для инновационной организации.

В результате проведенного исследования разработана методика по оценке кадрового ИП организации, которая состоит из представленных на слайде этапов.

Существует большое количество методик, представленных Г.Е. Баженовым, A.A. Бовиным, А.А. Дынкиной, по оценке ИП, основанных на финансовом, производственном и рыночном инновационных потенциалах. Однако в меньшей степени внимание уделяется кадровой составляющей ИП.

Предлагается методика оценки уровня кадрового ИП уже имеющихся сотрудников.

Сначала в виде экспертной оценки менеджерами отдела кадров (или менеджером, отвечающим за кадры) оцениваются такие показатели сотрудника как уровень образования, квалификация, опыт работы и эрудиция. Основанием для приема на работу может быть наличие соответствующих документов о высшем образовании, отзыв с прошлого места работы, научные публикации и информация о сферах деятельности и отраслях, в которых кандидат или уже имеющийся сотрудник работал ранее.

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу магистров Затем, в виде представленной методики оцениваются личностные качества другого уровня для более детального и глубокого понимания природы сотрудника.

Методика основана на тестах, поэтому является достаточно объективной и малозатратной. Предполагается, что применение данной методики должен осуществлять профессиональный психолог, который является сотрудником предприятия или привлеченный извне специалист.

Положительным итогом прохождения элемента методики будет являться его соотношение с результатом, который находится слева от компоненты.

Первый блок в совокупности будет оцениваться в 15 баллов. Элемент «Коэффициент интеллекта» предполагает 6 баллов, «Оценка интегрального показателя психических способностей» – 5 баллов, а «Оценка социально-коммуникативной компетентности» – 4 балла. Данный блок является приоритетным, так как отражает основные характеристики личности сотрудника.

Второй блок состоит из двух элементов. Элементы «Диагностика мотивационной структуры личности» и «Диагностика ценностных ориентаций в карьере»

предполагают ценность в 5 и 4 балла соответственно. В совокупности за данный блок дается максимум 9 баллов.

Третий блок, состоящий из компоненты «Диагностика коммуникативных и организаторских склонностей» и «Диагностика социальной толерантности», предполагает ценность 3 балла каждая. В совокупности за данный блок дается максимум 6 баллов.

Полученные результаты по каждому блоку суммируются для вынесения общей оценки.

Рассмотрим поэтапно предлагаемую модель оценки инновационного кадрового потенциала через анализ личностных характеристик сотрудника.

1. Самым первым этапом определения ИП сотрудника является тест на определение коэффициента интеллекта (IQ – intelligence quotient). Коэффициент интеллекта будет определяться посредством теста Айзенка, который уже давно нашел мировое научное призвание. С учетом средних показателей данного коэффициента, которые равны значению от 90 до 110 единиц, предполагается, что уровень сотрудника, способного заниматься инновационной деятельностью, должен быть выше среднего, так как инновационная организация подразумевает большие интеллектуальные затраты. Если в результате IQ окажется выше или приблизительно равен верхней границе среднего значения коэффициента, то можно приступать к следующему этапу. Однако если показатель ниже на 5–7 единиц, то потенциал по этому показателю оценивается как низкий. Однако возможно (при необходимости) привлечение сотрудников с таким показателем на должности вспомогательного, производственного и административно-хозяйственного персонала.

2. Далее определяется интегральный показатель общих психических способностей.

Этот тест позволяет определить такие основные характеристики как: структура мышления (предрасположенность к обобщению или анализу, гибкость, инертность, переключаемость); восприятие (скорость, точность, отвлекаемость); внимание (распределение, переключаемость); речь (употребление языка, грамотность);

воображение (пространственное).

На основании результатов этого тестирования можно сделать выводы о том, какую групповую роль в принятии решения лучше занять сотруднику. Полученные результаты в дальнейшем можно будет соотнести с типом темперамента тестируемой личности, который также во многом определяет ролевой статус. Такие же выводы можно сделать по остальным компонентам и шкалам, в соответствии с чем возможно распределение по занимаемым должностям.

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую Респонденты с высокими показателями по характеристике «гибкость мышления»

наилучшим образом подходят для руководящих должностей и на должности научных сотрудников, в отличие от лиц, с выраженной инертностью мышления, т.е.

неспособностью к принятию новых способов выполнения какого-либо знакомого процесса или функции и рассмотрением прошлых связей личного опыта как основных для решения задачи.

Скорость и точность восприятия, распределение и концентрация внимания важны для всех групп персонала инновационной организации, наравне с возможностями употребления языка и грамотностью.

Воображение является важной характеристикой, которая способствует инициативности в предложении каких-либо новых решений и идей.

3. Далее анализируются такие характеристики как: социально-коммуникативная неуклюжесть; нетерпимость к неопределенности; чрезмерное стремление к конформности; повышенное стремление к статусному росту; ориентация на избегание неудач; фрустрационная нетолерантность.

Личности с высокими баллами по представленным выше шкалам, на наш взгляд, могут быть рассмотрены на должности административно-хозяйственной группы персонала (служащие, секретари, делопроизводители) и научно-вспомогательного персонал (лаборанты, монтажники оборудования). Однако в данном случае речь идет о крупных организациях, способных к найму и содержанию такого крупного штата сотрудников. Рассматриваемая в работе компания ориентируется на аутсорсинг по таким позициям.

4. Данный раздел характеризует мотивационную структуру личности, акцентуацию на мотивы определенного порядка.

Для научного и руководящего персонала наибольшим образом подходит прогрессивный или экспрессивный мотивационный профиль. К регрессивному и импульсивному профилю можно условно отнести остальные категории персонала.

Предполагается, что организационная культура адхократического типа может развить данные характеристики. Также остальные профили по результатам тестирования можно рассматривать на временные и проектные должности.

5. Результаты тестирования предполагают следующие ценностные ориентации в карьере:

профессиональная компетентность – сотрудники, которые удовлетворяют свои потребности посредством реализации своих возможностей в конкретной сфере деятельности. Наиболее подходящая группа персонала – научные работники и научно-технический персонал;

менеджмент – высокий уровень организаторских способностей, ответственности и интеграции взаимодействия других сотрудников, управление и контроль над их деятельностью. Наиболее подходит для руководящего персонала;

автономия (независимость) – характеристика, которой в идеале должен обладать руководящий и научный персонал организации;

интеграция стилей жизни – характеристика, обуславливающая соотнесение самореализации индивида с выбранным им видом деятельности. Характеристика, которой условно должен обладать руководящий и научно-технический персонал.

Такие характеристики как «стабильность работы и стабильность места жительства» в большей степени соответствует вспомогательному и научнотехническому персоналу. Это обуславливается привязкой производства и служебной работы к определенному региону, а также относительной последовательностью и упорядоченностью вида деятельности, в отличие от научного и руководящего персонала.

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу магистров 6. Диагностика коммуникативных и организаторских склонностей предполагает наличие определенного количества баллов, которое свидетельствует об уровне коммуникативных и организаторских склонностей. Высокий и высший уровни (13– 16 и 17–20 соответственно) свидетельствуют о высоком уровне ИП, 9–12 баллов – средний уровень. Остальное относится к низкому уровню ИП и низкому и низшему уровню наличия организаторских и коммуникационных способностей.

Высокий и высший уровни должны соответствовать руководящему составу и научным работникам, средний уровень может быть у научно-вспомогательного и производственного персонала. Низкий уровень может относиться к производственному персоналу, а также к научно-вспомогательному и административно-хозяйственному.

7. Авторы считают, что такой характеристикой как социальная толерантность должны обладать все сотрудники компании. Однако учитывая объективные данные об уровне развития современного общества – это, скорее всего, невозможно. Такая характеристика относится скорее к морально-нравственным качествам индивида, которые могут не коррелировать с остальными показателями и характеристиками предыдущих блоков. Однако эта характеристика является очень важной при построении трудового коллектива в организации с адхократической культурой.

Можно сделать вывод, что сотрудники, не обладающие этим качеством, вряд ли подходят для инновационной организации.

После получения результатов методики, можно условно распределить сотрудников по группам персонала инновационной организации в соответствии с уровнем их ИП.

Далее, с помощью личностного опросника EPI (методика Г. Айзенка) определяется тип темперамента сотрудника, и даются рекомендации в соответствии с определением роли при принятии управленческих решений.

По результатам проведенного исследования по предложенной методике было выявлено, что трем сотрудникам рассматриваемой организации соответствует показатель «Очень высокий кадровый ИП», а остальные двое относятся к группе «Высокий кадровый ИП».

Исследование было проведено профессиональным психологом, который входит в штат материнской компании. Результаты были представлены в формализованной форме и без детального анализа ввиду конфиденциальности личных данных.

При анализе организационной культуры компании «Стрит Кингдом Спортс»

(«СКС»), было выявлено, что культура компании является кланово-адхократической.

Таким образом, можно сделать вывод, что при наличии кланово-адхократической культуры в организации «СКС» основные сотрудники имеют высокий кадровый ИП, что соответствует основному тезису данного исследования, суть которого заключается в том, что наиболее подходящим типом организационной культуры для инновационной организации является адхократический.

В соответствии с предоставленными компанией данными, можно сделать вывод, что в сложившейся организационной культуре, которая способствует формированию, поддержанию и развитию оцениваемых личностных качеств, организация осуществляет успешные инновационные проекты.

Исходя из определенных компанией критериев, проект был признан успешным.

После этого проект был передан в структуру материнской фирмы, где он продолжает реализовываться под брендом «СКС».

Данная методика показала свою состоятельность и простоту применения, что подразумевает возможность дальнейшего использования этой методики в подобных компаниях, а также испытание в других, что при успешном применении подтвердит ее многопрофильность.

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую Материнская компания планирует дальнейшее применение данной модели при реализации своих проектов. Универсальность методики позволяет использовать ее и в других областях при оценке кадрового ИП.

Рассматриваемые нами ранее методики ИП могут быть дополнены этой методикой, так как в основном они основываются на финансовых, материальных и кадровых расчетах. Данная методика позволяет оценить личностные психологические характеристики сотрудника, что является ядром инновационной организации.

В работе была предложена методика оценки кадрового инновационного потенциала через оценку личностных характеристик сотрудника. Выявлено, что наиболее комфортным типом культуры, формирующим и развивающим характеристики сотрудников, наиболее склонным к инновационной деятельности является адхократический тип культуры.

Бурменко Т.Д., Даниленко Н.Н., Туренко Т.А. Сфера услуг: экономика. – М.:

КНОРУС, 2007. – 328 с.

Иванова Н.Ю., Аксенов А.П., Берзинь И.Э. Экономика предприятия. Учебник / Под ред. С.Г. Фалько. – М.: КНОРУС, 2011. – 352 с.

Ильенкова С.Д. Инновационный менеджмент. Учебник. – 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Юнити-Дана, 2007. – 335 с.

Кравченко С.И., Кладченко И.С. Исследование сущности инновационного потенциала // Научные труды Донецкого национального технического университета. Сер. экон. – 2011. – Вып. 68. – С. 88–96.

Гусаков М. Формирование потенциала инновационного развития // Экономист.

УДК 66.047.3.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СУШКИ СЕМЯН ПОДСОЛНЕЧНИКА

СЕМЕННОГО ФОНДА ИНФРАКРАСНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ

Научный руководитель – к.т.н., доцент С.Ф. Демидов Введение. Производимая сушильная техника не отвечает всем технологическим особенностям сушки подсолнечника, как для семенных целей, так и для товарного производства (получение масла). В этой связи решение задач по обоснованию и разработке технологии, конструкции и рекомендаций для сушильной техники, предназначенной для сушки семян подсолнечника, является одной из актуальных задач Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу магистров народного хозяйства. Ее решение может гарантировать снижение потерь семян при послеуборочной обработке и обеспечить качественную сохранность материала.

Одним из современных и эффективных способов обработки свежеубранных семян является инфракрасная сушка, которая в сочетании с очисткой обеспечивает сохранность семян в течение определенного времени.

Перспективы использования инфракрасной сушки свежеубранных семян подсолнечника объясняются тем, что этот способ сушки отличается достаточно высокой интенсивностью, экономичностью и позволяет сохранить питательные и посевные качества семян.

В соответствии с нормативами, семенной фонд хранят в тканевых мешках, в сухих, чистых, обеззараженных помещениях. Мешки укладывают на деревянные поддоны. Во время хранения семенного материала проводят его обеззараживание.

В ИХиБТ Университета ИТМО проводятся работы по сушке пищевых продуктов инфракрасным (ИК) излучением [1–5].

Целью работы являлось исследование процесса сушки семян подсолнечника семенного фонда ИК-излучением выделенной длины волны при достижении температуры на поверхности продукта не более 44–46°С.

Содержательная часть. Для исследования процесса сушки семян подсолнечника семенного фонда был разработан экспериментальный стенд (рис. 1).

Рис. 1. Экспериментальный стенд для исследования процесса сушки семян подсолнечника семенного фонда ИК-излучением В сушильной камере (2) установлены ИК-излучатели (1) с отражателями. В качестве генераторов ИК-излучения применены линейные кварцевые излучатели (1) диаметром 0,012 м с функциональной керамической оболочкой [1]. ИК-излучатели (1) установлены сверху и снизу относительно сетчатого поддона с подложкой из нержавеющей сетки (3) с шагом 2 мм, который может перемещаться с помощью направляющих в вертикальном направлении. На подложку из нержавеющей сетки помещается продукт. Перемещение поддона позволяет регулировать расстояние между ИК-излучателями (2) и поддоном (3). Скорость воздуха обдува слоя семян подсолнечника семенного фонда составляло 0,35 м/с.

Для регулировки плотности теплового потока, падающего на объект сушки, меняются значения сопротивления нихромовой спирали ИК-излучателя.

Для измерения напряжения на клеммах ИК-излучателей (1) в диапазоне 210– 220 В используется вольтметр.

Для снятия температурных полей в объектах сушки используются хромельалюмелевые ТХА 9419-23 термопары градуировки ХА94 с диаметром проволоки 610 –4 м (6).

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую Измерение температуры поверхности облучаемого материала производится при помощи дистанционного неконтактного ИК-термометра Raytek MiniTemp МТ6.

Измерение плотности теплового потока осуществляется при помощи термоэлектрических датчиков плотности теплового потока ДТП 0924-Р-О-П-50-50-Ж-О (7).

Измеритель температуры ИТ-2 в комплекте с преобразователями плотности теплового потока (7) и ТХА (ХА94) термопарами используется в качестве устройства автоматизированного сбора и обработки информации.

Убыль массы семян подсолнечника семенного фонда в процессе сушки измеряется устройством автоматического взвешивания (5), разработанного на базе электронных аналитических весов GF-600.

Для измерения влажности семян подсолнечника семенного фонда используется анализатор влажности ЭЛВИЗ-2.

В работе был использован метод экспериментально-статистических исследований, в результате которых получили эмпирическую математическую модель изучаемого процесса (уравнение регрессии). В дальнейшем ею используем для управления процессом – нахождения оптимальных условий его проведения и создания этих условий [6, 7].

Была получена таблица экспериментальных данных исследований процесса сушки семян подсолнечника семенного фонда. На рис. 2–5 представлены графики зависимости влагосодержания семян подсолнечника семенного фонда от времени сушки.

Рис. 2. График зависимости влагосодержания семян подсолнечника от времени при высоте слоя семян подсолнечника z1, плотности теплового потока ИК-излучателя z2, расстоянии от ИК-излучателя до слоя семян подсолнечника z Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу магистров Рис. 3. График зависимости влагосодержания семян подсолнечника от времени при высоте слоя семян подсолнечника z1, плотности теплового потока ИК-излучателя z z4, кг/кг Рис. 4. График зависимости влагосодержания семян подсолнечника от времени при высоте слоя семян подсолнечника z1, плотности теплового потока ИК-излучателя z2, расстоянии от ИК-излучателя до слоя семян подсолнечника z Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую Рис. 5. График зависимости влагосодержания семян подсолнечника от времени при высоте слоя семян подсолнечника z1, плотности теплового потока ИК-излучателя z2, расстоянии от ИК-излучателя до слоя семян подсолнечника z Продолжительность инфракрасной обработки при заданной плотности теплового потока ИК-излучения определяется временем достижения заданного влагосодержания 7 кг/кг и температуры на поверхности слоя обрабатываемого материала, не превышающей 44–46°С.

Из анализа кривых (рис. 2–5) видно, что влажность семян подсолнечника на протяжении всего процесса сушки уменьшается с течением времени по линейному закону, при этом температура в центре слоя продукта не превышает 44–46°С.

Заключение. Проведены экспериментальные исследования по сушке семян подсолнечника семенного фонда ИК-излучением в зависимости от: плотности теплового потока, расстояния от ИК-излучателя до слоя продукта, высоты слоя продукта. Получено уравнение регрессии. Найдены оптимальные параметры процессов сушки семян подсолнечника семенного фонда ИК-излучением. Были построены графики, из их анализа следует, что влажность семян подсолнечника на протяжении всего процесса сушки уменьшается с течением времени по линейному закону, при этом температура в центре слоя продукта не превышает 44–46°С.

Демидов С.Ф., Вороненко Б.А., Демидов А.С. Сухое жарение ядер семян подсолнечника инфракрасным излучением // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия:

Процессы и аппараты пищевых производств (электронный журнал). – 2011. – № [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.open-mechanics.com/journals, Демидов А.С., Вороненко Б.А., Демидов С.Ф. Сушка семян подсолнечника инфракрасным излучением // Новые технологии. – 2011. – Вып. 3. – С. 25–30.

Демидов А.С. Поиск рационального способа сушки семян подсолнечника // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств». – 2011. – № 1 [Электронный ресурс]. – Режим доступа:

http://www.processes.ihbt.ifmo.ru, своб.

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу магистров Демидов С.Ф., Вороненко Б.А., Демидов А.С., Бакк О.А. Исследование процесса сушки семян подсолнечника семенного фонда инфракрасным излучением.

Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств». – 2014. – № 1 [Электронный ресурс]. – Режим доступа:

http://processes.ihbt.ifmo.ru/file/article/8730.pdf, своб.

Демидов С.Ф. и др. Некоторые закономерности процесса инфракрасной сушки семян подсолнечника для семенного фонда // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств». – 2013. – № 2 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.processes.ihbt.ifmo.ru, своб.

Налимов В.В. Теория эксперимента. – М.: Наука, 1971. – 208 с.

предпринимательства в субъектах северо-западного федерального округа Российской Федерации // Экономические и социальные перемены: факты, тенденции, прогноз. – 2010. – № 3(11). – С. 43–50.

Направление подготовки: 221000 – Мехатроника и роботехника УДК 681.5.

ИССЛЕДОВАНИЕ АДАПТИВНОГО И РОБАСТНОГО УПРАВЛЕНИЯ

ПО ВЫХОДУ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИМИ СИСТЕМАМИ

Научный руководитель – к.т.н., доцент А.А. Пыркин Одной из интересных и актуальных прикладных задач теории управления является разработка систем динамического позиционирования надводными судами.

Существует ряд научных работ, посвященных математическим методам адаптивного и робастного управления классом морских мобильных роботов [1, 2]. Разработка таких систем (как и вообще любых систем управления) традиционно включает следующие этапы: анализ математической модели, синтез закона управления, компьютерное моделирование, экспериментальная апробация. Поскольку зачастую бывает сложно выполнить эксперимент на реальном судне в виду его дороговизны и большого риска поломки, то специализированный робототехнический комплекс представляет особый интерес. Помимо этого, рассматриваемая установка может быть применена в образовательных целях для проведения лабораторных и исследовательских работ среди студентов и аспирантов.

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую Рис. 1. Специализированный робототехнический комплекс (а) и роботизированный Основным элементом комплекса является роботизированный макет судна с тремя исполнительными приводами: основной двигатель и два подруливающих устройства типа «туннельный трастер» на корме и носу. Помимо этого, рассматриваемая установка содержит бассейн, представляющий собой рабочую область, цифровую камеру, закрепленную на штативе над бассейном, джойстик для удаленного управления и компьютер. Локализация робота осуществляется с помощью системы технического зрения, состоящей из вышеупомянутой камеры, расположенной над рабочей областью, и алгоритма обработки видеоизображения с целью получения текущих координат объекта. Последний распознает судно как белый прямоугольник на темном фоне, вычисляет координаты его геометрического центра, после чего вычисляет курсовой угол с помощью красной метки на носу. В реальном масштабе функцию определения географических координат, как правило, выполняют спутниковые системы навигации и гирокомпасы. Все вычисления, формирование сигнала управления в соответствии с некоторым законом и его необходимые преобразования осуществляются на компьютере, после чего соответствующие команды передаются по радиоканалу на макет.

Очевидно, что робототехническую систему надводного судна необходимо рассматривать как многоканальную, поскольку она содержит три независимых динамических канала, соответствующих двум линейным и одной угловой координатам, однозначно определяющим положение и ориентацию судна в пространстве. Для синтеза алгоритма управления необходимо осуществить декомпозицию нелинейной динамической модели на статическую функцию и независимые динамические каналы с одним входом и одним выходом. Каждый из них соотнесем с соответствующими регулируемыми переменными. Введем виртуальные сигналы управления, представляющие собой суперпозицию всех движущих сил исполнительных приводов судна. Кроме этого, помимо абсолютной (неподвижной) системы координат, введем в рассмотрение локальную (подвижную), жестко связанную с роботом. На этапе формирования закона управления необходимо учитывать преобразование координат из одной системы в другую.

Расчет виртуальных сигналов управления на основе текущих и заданных координат системы осуществляется с использованием робастного метода «последовательного компенсатора» для относительной степени объекта, равной двум.

При этом используются фиксированные настроечные коэффициенты регулятора, которые могут быть выбраны независимо от параметров объекта. Для расчеты ошибок по динамическим каналам, связанным с линейными координатами, осуществляется Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу магистров преобразование из одной абсолютной системы в локальную с помощью матрицы поворота и вектора смещения. Чтобы получить реальные управляющие сигналы для приводов судна, необходимо осуществить обратное преобразование статической нелинейности, т.е., рассчитав распределитель упоров, разделить нагрузку движущей силы между всеми приводами объекта, после чего наложить ограничения на управления и обеспечить соответствующий масштаб и формат посылаемых команд.

Помимо робастного алгоритма управления с фиксированными параметрами регулятора, в работе изложен метод адаптивной настройки этих коэффициентов, с использованием монотонно возрастающих функций. Подход гарантирует строгую вещественную положительность передаточной функции замкнутой системы для частного случая, когда относительная степень объекта равна двум, что приемлемо для рассматриваемой системы.

Для решения задачи поиска маршрута движения с целью обхода препятствий в работе предлагается алгоритм планирования пути движения судна. Для решения этой задачи необходимо иметь информацию о геометрии корпуса судна и близлежащих к нему препятствий. Это необходимо для формирования карты, отражающей расположение свободных и запрещенных зон. Идея алгоритма заключается в последовательном разбиении пути на участки заданной длины, через середину между рассматриваемыми точками (в начальный момент времени – начальной и конечной, далее – начальной и серединой предыдущего отрезка). При попадании очередной точки (середины рассматриваемого отрезка) в запрещенную зону осуществляется поиск ближайшей точки в свободной зоне по окружности с равномерно увеличивающимся радиусом. В качестве исследования полученного алгоритма было проведено компьютерное моделирование.

Рис. 2. Результаты компьютерного моделирования: графики виртуальных сигналов Для апробации полученной системы динамического позиционирования было осуществлено компьютерное моделирование по решению задачи стабилизации заданных значений (рис. 2). Кроме этого, были проведены экспериментальные исследования на специализированном робототехническом комплексе. Решались задачи стабилизации заданных значений положения и ориентации в некоторой области (рис. 3) и слежения за командным сигналом с целью удержания робота на некотором заранее определенном маршруте с использованием разработанной системы динамического позиционирования.

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую Рис. 3. Результаты экспериментальных исследований: графики координат судна (а);

В рамках выполнения настоящего проекта был решен ряд поставленных задач и получены следующие результаты. Был сформирован специализированный робототехнический комплекс моделирования движения судна с целью апробации различных алгоритмов управления. Проанализирована математическая модель многоканальной робототехнической системы надводного судна, произведены необходимые ее преобразования. Разработана система динамического позиционирования судна на основе закона управления «последовательный компенсатор» [3, 4]. Изложены принципы модификации робастного метода путем добавления алгоритма адаптивной настройки параметров регулятора. Представлен и промоделирован алгоритм планирования пути движения с целью обхода препятствий.

Осуществлено компьютерное моделирование полученной системы динамического позиционирования с фиксированными параметрами для решения задачи стабилизации заданного значения положения и ориентации судна. Проведены экспериментальные исследования по апробации системы динамического позиционирования для стабилизации положения и ориентации корабля в некоторой области, а также для решения задачи слежения за командным сигналом с целью удержания судна на некотором заранее определенном маршруте.

1. Pyrkin A., Bobtsov A., Kolyubin S., Surov M., Vedyakov A., Feskov A., Vlasov S., Krasnov A., Borisov O., Gromov V. Dynamic Positioning System for Nonlinear MIMO Plants and Surface Robotic Vessel // Proc. of the 7th IFAC Conference on Modelling Management, and Control. – 2013. – V. 7. – № 1. – P. 1867–1872.

2. Pyrkin A., Bobtsov A., Kolyubin S. Output Controller for Nonlinear and MIMO Systems with Delay // Proc. of the 21st Mediterranean Conference on Control and Automation. – 2013. – P. 1063–1068.

Бобцов А.А. Робастное управление по выходу линейной системой с неопределенными коэффициентами // Автоматика и телемеханика. – 2002. – № 11.

Бобцов А.А., Николаев Н.А. Синтез управления нелинейными системами с функциональными и параметрическими неопределенностями на основе теоремы Фрадкова // Автоматика и телемеханика. – 2005. – № 1. – С. 118–129.

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу магистров Факультет информационных технологий и программирования, Направление подготовки: 010400 – Прикладная математика и УДК 004.

ВЫБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ОПТИМИЗИРУЕМЫХ ВЕЛИЧИН

ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭВОЛЮЦИОННЫХ АЛГОРИТМОВ

С ПОМОЩЬЮ ОБУЧЕНИЯ С ПОДКРЕПЛЕНИЕМ

Научный руководитель – д.т.н., профессор А.А. Шалыто В работе рассматривается возможность реализации метода адаптивного выбора вспомогательных оптимизируемых величин с целью повышения эффективности эволюционных алгоритмов. В дальнейшем будем называть вспомогательные оптимизируемые величины вспомогательными критериями. Использование вспомогательных критериев в некоторых случаях позволяет повысить эффективность однокритериальной оптимизации [1]. В последнее время ведутся активные исследования по применению вспомогательных критериев в задачах дискретной оптимизации, решаемых с помощью эволюционных алгоритмов [2–6].

Использование вспомогательных критериев позволяет избежать остановки процесса оптимизации в локальных оптимумах целевого критерия [4, 5], а также расширяет исследуемую область пространства поиска [2], за счет чего оптимальное значение целевого критерия может быть найдено за меньшее число итераций эволюционного алгоритма.

Вспомогательные критерии, как правило, формулируются в ходе анализа задачи.

Например, может проводиться декомпозиция целевого критерия на вспомогательные [6, 7]. Также существует пример автоматической генерации вспомогательных критериев для задачи о генерации тестов против решений олимпиадных задач [8].

Обычно об эффективности вспомогательных критериев довольно сложно судить заранее. Более того, один и тот же вспомогательный критерий на различных этапах процесса оптимизации может, как ускорять поиск оптимального значения целевого критерия, так и замедлять его [7]. В связи с этим возникает задача автоматического выбора вспомогательного критерия, наиболее эффективного на данном этапе оптимизации, из заранее подготовленного набора критериев.

Целью работы являлась разработка метода адаптивного выбора вспомогательных критериев, используемых для повышения эффективности эволюционных алгоритмов (Evolutionary Algorithms, EA). Предлагается метод выбора вспомогательных критериев с помощью обучения с подкреплением (Reinforcement Learning, RL), называемый EA+RL [9]. Агент обучения на каждой итерации эволюционного алгоритма выбирает критерий оптимизации из списка, состоящего из вспомогательных критериев и целевого.

Выбранный критерий используется при формировании очередного поколения эволюционного алгоритма. Затем формируется некоторое представление состояния Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую эволюционного алгоритма, а также награда, зависящая от роста целевого критерия.

Награда используется для обновления оценки ожидаемой награды в данном состоянии.

Выбирается критерий, максимизирующий оценку ожидаемой награды. В случае, когда оценка одинакова, критерии выбираются равновероятно.

Рис. 1. Метод выбора критериев EA+RL, t – целевой критерий; j – номер итерации Эффективность метода EA+RL была подтверждена экспериментально на примере решения ряда модельных задач, а также практической задачи генерации тестов [8].

Также получены теоретические результаты, показывающие на примере модельных задач, что метод EA+RL позволяет выбирать эффективный вспомогательный критерий и игнорировать неэффективный вспомогательный критерий [12].

Опишем модельную задачу XdivK с эффективным вспомогательным критерием.

строке. Требуется максимизировать целевой критерий: =, где k – целочисленный Пространство поиска – битовые строки длины n. Пусть x – число единиц в битовой параметр, n mod k=0. В качестве вспомогательного критерия будем использовать значение x.

Заметим, что оптимизация по вспомогательному критерию позволяет достичь оптимума целевого критерия за меньшее число итераций. Пусть есть две битовые строки a и b с числом единиц y и z соответственно, y Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу магистров Можно отметить, что полученное решение первого уравнения – «потенциальное»

собственное значение не зависит от параметра связи, а зависит только от угла излома, в то время как границы зон непрерывного спектра наоборот не зависят от угла излома цепи, но зависят от константы связи. Эти результаты можно обобщить в теореме 2.

Теорема 2. Цепочка с однократным изломом под углом (где ( 0,2 3) ) с условием – соединение в случае наличия условия Неймана на границе резонаторов имеет непрерывный спектр зонной структуры, полностью описываемый уравнением (2). Также он содержит собственные значения бесконечной кратности – собственные значения неймановского лапласиана в шаре, соответствующие собственным функциям, убывающим до 0 в обеих точках соединения резонаторов. Существуют такие значения параметров модели, и 0, что дискретный спектр содержит отрицательное собственное значение, лежащее ниже границы непрерывного спектра, а для каждой лакуны на положительной спектральной полуоси существуют такие значения параметра, что в этой лакуне есть одно или два собственных значения, принадлежащих дискретному спектру модельного оператора. Иллюстрацией этой теоремы может служить, например, рис. 2.

Рис. 2. Спектр системы с изломом в зависимости от угла излома (при =2).

Обозначения: бежевая область – первая зона непрерывного спектра (не зависит от угла излома ); коричневая и зеленая линии – ее нижняя и верхняя границы соответственно; синяя линия – собственное значение, лежащее ниже границы непрерывного спектра (не зависит от параметра связи ); красная линия – собственное значение из лакуны между первой и второй зонами непрерывного спектра (не зависит В случае Y-разветвленной системы в работе были рассмотрены две спектральные задачи: при наличии условия -соединения в точках сочленения резонаторов и условия Неймана на границе шаров и при наличии условия -соединения в точках сочленения резонаторов и условия Неймана на их границе. Приведем основные результаты, полученные для этих систем. В случае -соединения непрерывный спектр описывается (с точностью до обозначений) уравнением (2), а выражение для определения дискретного спектра было получено в следующем виде:

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую где ± – собственные числа соответствующей матрицы монодромии; A = G ( x 2,1, x1,1, ), B = G ( x3,1, x1,1, ), C = G ( x3,1, x 2,1, ), а G xi1,1, xi2,1, – функция Грина в точках x i,1 – точках соединения шара номер 1 ветви с номером i с так называемым центральным шаром номер 0 (рис. 1). Формула (4) позволяет вычислить дискретный спектр Yразветвленной цепочки, вообще говоря, любой «угловой конфигурации». А в случае так называемого «базового» разветвления (когда система обладает симметрией относительно поворотов на углы 2 3 и 4 3, и оси, проходящие через центры резонаторов в одной ветви, которой лежат в одной плоскости) выражение (4) может быть переписано в следующем виде:

и после анализа уравнения (5) мы можем сформулировать теорему 3.

Теорема 3. Цепочка с Y-разветвлением с условием – соединения и в случае наличия условия Неймана на границе резонаторов имеет непрерывный спектр зонной структуры, описываемый уравнением (2). Также он содержит собственные значения бесконечной кратности – собственные значения неймановского лапласиана в шаре, соответствующие собственным функциям, убывающим до 0 в обеих точках соединения резонаторов. Дискретный спектр модельного оператора Y-разветвленной системы «произвольной угловой конфигурации» состоит из всех решений уравнения (5). А в случае модели с «базовым» разветвлением существуют такие значения параметров и 0, что дискретный спектр соответствующего модельного оператора содержит отрицательное собственное значение, лежащее ниже границы непрерывного спектра.

В качестве иллюстрации данной теоремы приведем, например, рис. 3.

Рис. 3. Спектр системы цепочек с Y-разветвлением с условием -соединения в зависимости от параметра соединения : серая область – первая зона непрерывного спектра, красная линия – ее верхняя граница, синяя линия – нижняя граница, зеленая линия – собственное значение, лежащее ниже границы непрерывного спектра В случае -соединения с параметром связи непрерывный спектр Yразветвленной системы описывается следующим выражением:

а выражение для определения дискретного спектра было получено в следующем виде:

выпускную квалификационную работу магистров где ± – собственные числа соответствующей матрицы монодромии. Теперь можно Теорема 4. Цепочка с Y-разветвлением с условием -соединения и в случае сформулировать теорему 4 о спектре системы данной конфигурации.

наличия условия Неймана на границе резонаторов имеет непрерывный спектр зонной структуры, описываемый уравнением (6). Также он содержит собственные значения бесконечной кратности – собственные значения неймановского лапласиана в шаре, соответствующие собственным функциям, убывающим до 0 в обеих точках соединения резонаторов. Дискретный спектр модельного оператора Y-разветвленной системы «произвольной угловой конфигурации» состоит из всех решений уравнения (7).

А в случае «базового» разветвления в данном случае выражение (7) также может быть записано в более простой форме:

и в этом случае мы можем сформулировать некоторое утверждение, оценивающее количество собственных значений, принадлежащих дискретному спектру модельного Утверждение. В случае «базового» Y-разветвления цепочки с условием оператора.

соединения и в случае наличия условия Неймана на границе резонаторов дискретный спектр модельного оператора имеет не более трех отрицательных собственных значения (а при некоторых значениях параметра связи – возможно, не более одного).

На рис. 4 приведена структура спектра для данной системы (этот график можно считать иллюстрацией приведенного выше утверждения).

Построенную в работе модель можно считать хорошей математической моделью, так как, несмотря на то, что сама система является довольно нетривиальным трехмерным объектом, в результате для нее были получены как численные результаты, так и аналитические. Данная работа – работа теоретического характера. Но описанная в ней модель может быть использована для построения реальной физической системы с заранее определенными свойствами, так как данная математическая модель позволяет найти такие параметры системы, которые обеспечат требуемые спектральные свойства реальной системы.

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую Рис. 4. Спектр системы цепочек с Y-разветвлением с условием -соединения в зависимости от параметра соединения : серая область – первая зона непрерывного спектра, красная линия – ее верхняя граница, синяя линия – нижняя граница, оранжевая линия – собственное значение, лежащее ниже границы непрерывного Альбеверио С., Гестези Ф., Хёэг-Крон Р., Хольден Х. Решаемые модели в квантовой механике. – М.: Мир, 1991. – 569 с.

2. Kuchment P., Vainberg B. On the structure of eigenfunctions corresponding to embedded eigenvalues of locally perturbed periodic graphs operator // Commun. Math. Phys. – 2006. – V. 268. – P. 673–686.

3. Duclos P., Exner P., Turek O. On the spectrum of a bent chain graph // J. Phys. A: Math.

Theor. – 2008. – V. 41. – P. 415206.

4. Popov I.Yu., Smirnov P.I. Spectral problem for branching chain quantum graph // Phys.

Lett. A. – 2013. – V. 377. – № 6. – P. 439–442.

5. Popov I.Yu., Skorynina A.N., Blinova I.V. On the existence of point spectrum for branching strips quantum graph // J. Math. Phys. – 2014. – V. 55. – P. 033504.

6. Popov I.Yu. The resonator with narrow slit and the model based on the operator extensions theory // J. Math. Phys. – 1992. – V. 33. – No 11. – P. 3794–3801.

7. Popov I.Yu., Popova S.L. Zero-width slit model and resonances in mesotropic systems // Europhys. Lett. – 1993. – V. 24. – № 5. – P. 373–377.

8. Popov I.Yu. The extension theory and the opening in semitransparent surface // J. Math.

Phys. – 1992. – V. 33. – № 5. – P. 1685–1689.

9. Брюнинг Й., Гейлер В.А., Лобанов И.С. Спектральные свойства операторов Шредингера на декорированных графах // Математические заметки. – 2005. – Т. 77.

10. Павлов Б.С. Теория расширений и явно решаемые модели // УМН. – 1987. – Т. 42. – № 6(258). – С. 99–131.

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу магистров Институт холода и биотехнологий, факультет пищевой инженерии и автоматизации, кафедра процессов и аппаратов Направление подготовки: 151000 – Машины и оборудование УДК 664.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ПЛОДОВ И ОВОЩЕЙ И

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАБОЧЕГО ОРГАНА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ

ЛИМОННОГО НАПИТКА С МЯКОТЬЮ

Научный руководитель – д.т.н., профессор Г.В. Алексеев В работе проведены исследования процесса динамического измельчения плодов и овощей сферической формы, расчет основных параметров режущего органа и режимов измельчения, создание экспериментальной лабораторной установки для моделирования процесса динамического измельчения, совершенствование рабочего органа устройства при производстве лимонного напитка с мякотью.

Измельчение – это механический процесс, при котором воздействие кромок и фасок лезвия на материал сопровождается пластичностью, упругостью и вязкостью материала, имеющие первостепенное значение.

Модель упруговязкого тела может быть представлена как конгломерат, состоящий из твердого (упругого или пластического) скелета и жидкого, полужидкого или газообразного вещества, заполняющего промежутки между твердыми элементами.

Лимон представляет собой ткани, образованные пространственной волокнистой системой, в полостях которой содержится жидкость.

Для отражения картины поведения плодов лимона под нагрузкой подходит физическая модель, содержащая три последовательно соединенных элемента: элемента Е1 – мгновенной упругости, элемента Е2 – запаздывающей упругости, соединенного параллельно с элементом вязкости и элемента течения 1, соединенного с первыми двумя элементами последовательно.

Логический и математический анализ рассмотренной механической модели упруговязкого материала указывают на ее достаточную физическую обоснованность.

Такая модель позволяет весьма иллюстративно объяснить характер поведения упруговязких материалов в процессе их нагружения.

Целью работы являлось исследование процесса динамического измельчения плодов и овощей, позволяющее целенаправленно рассчитывать конструктивные параметры, определить области применения и допустимые режимы работы проектируемого аппарата. На основе анализа, экспериментальных и теоретических исследований процесса динамического измельчения дать предложения: по совершенствованию режимов процесса измельчения; по оптимизации технологических параметров режущих органов аппаратов для измельчения. Помимо этого, необходимо дать ряд предписаний по совершенствованию рабочего органа аппарата для производства лимонного напитка с мякотью.

Анализ параметров режущего органа аппарата в плоскости резания указывает на большое значение формы линии лезвия ножа для работы аппарата. Форма линии лезвия должна обеспечивать наименьший расход энергии на резание материала, минимальную Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую неравномерность нагрузки на вал и защемление материала режущей кромкой по всей рабочей длине лезвия.

Было проведено аналитическое исследование различных форм ножей для плосковращательных аппаратов, дана оценка их достоинствам и недостаткам и определена целесообразность их применения. Из всех криволинейных форм для ножей наиболее предпочтительна форма эксцентрической окружности. С производственной точки зрения она несколько сложнее прямолинейной, но значительно проще других криволинейных форм.

Для разработки лезвийного ножа рабочего органа аппарата для динамического измельчения представлены основные формулы и значения:

у окружности с радиусом R и эксцентриситетом е:

оптимальный угол скольжения = 60°;

трансформированный угол заточки 1 = 7°38';

формула усилия резания:

Ррез.ср = 100,00129 рез + 40 ;

частота вращения рабочего органа n = 3360 об/мин;

скорость резания v = 10,14 м/с;

критическое усилие резания Полученные соотношения позволяют на основании свойств измельчаемого продукта, а также конструктивных параметров машины для измельчения найти форму линии лезвия аппарата, угол наклона лезвия, угол заточки лезвия, а также проверить прочность выбранной конструкции режущего устройства [3].

Были проведены экспериментальные исследования, целью которых являлась проверка правомерности принятых допущений, принятых при проведении теоретических исследований, а также оптимальности работы рассматриваемого устройства. Проанализированы основные результаты эксперимента, которые позволили выработать рекомендации по дальнейшему совершенствованию систем аналогичного типа.

Механическая часть экспериментальной установки выполнена из расчета, что объем готового напитка по рецептуре составляет 500 мл. Установка состоит из рабочего органа, представляющего собой ножевую головку, закрепленную на валу, который, в свою очередь, находится в полости дежи, закрепленной на опоре, и неподвижном основании.

Первоначально, для проведения процесса измельчения плодов и овощей лезвийными ножами необходимо определить, при каком режиме проведения экспериментов будут получены наиболее оптимальные выходные параметры процесса.

Опыты показали существенное влияние на показатели измельчения количества добавляемой в процессе воды и время ее добавления. В результате исследований необходимо определить методику процесса измельчения плодов для производства лимонного напитка с мякотью (смузи). Для этого важным критерием является дисперсность измельченного продукта и однородность состава полученного напитка.

С технологической точки зрения, процесс приготовления лимонного напитка с мякотью (смузи) может осуществляться тремя способами:

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу магистров 1. механическое измельчение – первоначально процесс измельчения плодов производится без присутствия жидкости, которая затем добавляется в уже измельченный продукт;

2. гидромеханическое измельчение – весь процесс измельчения плодов производится в присутствии жидкости;

3. комбинированное измельчение – измельчение на первых стадиях процесса производится без добавления жидкой фазы, после достижения некоторой степени измельчения добавляется вся или часть необходимой по рецептуре жидкости и процесс измельчения проходит в гидромеханическом режиме [1].

Использование комбинированного способа резко повышало эффективность измельчения, так как фрагменты, образовавшиеся на первом этапе измельчения, вовлекались в движение жидкостью, которая циркулировала под действием насосного эффекта ножа. В результате, частицы многократно перемещались через плоскость резания и интенсивно измельчались.

Для проведенных экспериментов комбинированным методом были построены графики зависимостей количества частиц, оставшихся на сите, через которое процеживали получившуюся смесь, от времени измельчения, представленные на рис. 1.

Рис. 1. Зависимость количества частиц, оставшихся на сите, от времени измельчения продукта для случаев комбинированного измельчения Анализ показывает, что увеличение количества жидкой фазы улучшает условия измельчения, что связано с более интенсивной циркуляцией жидкости из-за более глубокого расположения в ней плоскости вращения ножа. Одновременно обнаруживается, что с увеличением времени выше определенного предела (в опытах порядка 75 с) улучшение измельчения практически не происходит [2].

Помимо определения режимов проведения экспериментов, необходимо было рассмотреть влияние изменения частоты вращения ножевой головки, геометрических размеров чаши аппарата для измельчения и количества ножей режущей головки.

Анализ изменения входных параметров был проведен и представлен в данной работе и позволил выявить наиболее оптимальные параметры проведения эксперимента.

Для выявления входных параметров, оказывающих наибольшее влияние на выходные параметры процесса было проведено построение нейронной модели экспериментальных исследований процесса измельчения плодов и овощей лезвийным ножевым органом. Нейронные сети – исключительно мощный метод моделирования, позволяющий воспроизводить чрезвычайно сложные зависимости. В частности, нейронные сети нелинейны по своей природе.

Способность нейронной сети делать точный прогноз на данных, не принадлежащих исходному обучающему множеству (но взятых из того же источника) является обобщением. Обычно это качество сети достигается разбиением имеющихся Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую данных на три подмножества: первое из них используется для обучения сети, второе – для кросс-проверки алгоритма обучения во время его работы, и третье – для окончательного независимого тестирования.

Разработка модели производилась с помощью программного комплекса NeuroShell 2. Полученные данные представлены в работе в виде диаграмм. Так при оценке важности входных параметров на выходной параметр – средняя масса частицы, получаемая в процессе измельчения на верхнем сите, представлены следующие результаты (рис. 2).

Рис. 2. Относительные показатели важности входных параметров на среднюю массу Из рис. 2 видно, что наибольшее влияние на величину средней массы частицы оказывает время гидромеханического измельчения (2) и количество воды (5), добавляемой в процессе измельчения. Высота дежи аппарата (6) является наименее значимым параметром для средней массы частицы.

Был проведен дисперсионный анализ, который позволяет исследовать различие между группами данных, определять, носят ли эти расхождения случайный характер или вызваны конкретными обстоятельствами, поможет определить, насколько влияют внешние факторы на измерения. Получены уравнения, описывающие влияние входных параметров на выходные, но они имеют низкую точность аппроксимации и степень точности.

Для экспериментального определения удельной силы нормального резания воспользуемся установкой гильотинного типа.

Удельную силу резания определяют по общей массе грузов и массе каретки, понадобившейся для преодоления сил сцепления частиц материала и возникновения процесса разрушения, отнесенной к длине разрезаемой поверхности образца.

Результаты определения усилий резания: лимон кольцом – 1067 Н/м, цедра лимона – 2150 Н/м, лимон полукольцом – 1173 Н/м.

При анализе полученных результатов установлено усилие резания в зависимости от того, на что она действует при прорезании плода. Выявлено, что максимальное усилие резания из рассмотренных примеров было приложено при прорезании цедры лимона, а минимальное – при прорезании кольца лимона.

По материалам работы получен патент РФ № 131996 на полезную модель «Устройство для измельчения фруктов и овощей», от 10.09.2013, патент РФ № на полезную модель «Устройство для резки на части плодов и овощей», от 10.03.2014 и патент РФ №141084 на полезную модель «Устройство для хранения фруктов и овощей», от 27.05.2014.

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу магистров Минаева Л.В., Минаева Т.В., Синявский Ю.В. Интенсификация процесса измельчения плодов и овощей при производстве напитков с мякотью // III Международная научно-техническая конференция «Новое в технологии и технике функциональных продуктов питания на основе медико-биологических воззрений».

– 2013. – № 1(13). – С. 295–298.

Минаева Л.В., Минаева Т.В. Интенсификация процесса измельчения плодов при производстве напитков типа смузи // I студенческий инновационный форум с международным участием «ПОТЕНЦИАЛ». – 2013. – Вып. 1. – С. 88–90.

Резник Н.Е. Исследование кромки лезвия путем растровой электронной микроскопии // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. – 1955. – Кв. 5. – С. 9–12.

Институт холода и биотехнологий, факультет пищевой инженерии и автоматизации, кафедра процессов и аппаратов Направление подготовки: 151000 – Машины и оборудование УДК 67.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ПРОЦЕССА

ОХЛАЖДЕНИЯ И ХРАНЕНИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ И РАЗРАБОТКА

ОХЛАЖДАЮЩЕГО АППАРАТА ДЛЯ ХРАНЕНИЯ ПЛОДОВ И ОВОЩЕЙ

Научный руководитель – д.т.н., профессор Г.В. Алексеев В работе рассматривалась возможность разработки конструкции аппарата, повышающего эффективность охлаждения продукта без подмораживания и предотвращающего слеживание продукта в процессе хранения, уменьшая потери при охлаждении и хранении плодов и овощей.

Практически все отрасли производства применяют искусственное охлаждение, которое является необходимым для сохранения качества продукции.

Целью работы являлось теоретическое исследование аппаратов для охлаждения и кратковременного хранения продуктов, позволяющее целенаправленно рассчитывать их конструктивные параметры, определить области применения и требования, предъявляемые для безотказной работы охлаждающих устройств.

Научная новизна проведенных исследований заключается в рассмотрении параметров, влияющих на ход процесса охлаждения, необходимость подбора оптимального хладагента и качества охлаждаемого продукта; проектирование модели тепловых потоков в разрабатываемом аппарате, позволяющие описать распределение тепла в установке, подобрать необходимые конструктивные параметры и оценить эффективность охлаждения заданного продукта.

Практической ценностью и реализацией результатов работы являлась разработка конструкции аппарата охлаждения и кратковременного хранения плодов и овощей;

разработанная конструкция повышает эффективность охлаждения продукта без Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую подмораживания и имеет конструкцию, предотвращающую слеживание продукта в процессе хранения; имеет компактную конструкцию и может быть использована в качестве узла в более сложном оборудовании.

Литературный анализ показывает то, что такие основные качественные показатели оборудования для охлаждения продуктов как поддержание требуемых условий, надежность, удобство в эксплуатации, уменьшение потерь являются интересными. На данный момент можно отметить высокую заинтересованность компаний в производстве охлаждающего оборудования, имеющего меньшие потери и высокую долговечность.

Также наблюдается большое разнообразие конструкций охлаждающего оборудования, представленных на рынке, и постоянная модернизация оборудования свидетельствует об интересе к ним.

Решение ряда существующих задач связано с разработкой нового принципа построения охлаждающих аппаратов, наиболее всего отвечающих требованиям пищевой промышленности.

Одной из основных стадий технологического процесса производства является хранении плодов и овощей свежими. Разрабатываемое устройство является узлом более сложного оборудования.

Техническими задачами заявляемой полезной модели являются создание аппарата, который сочетает в себе компактную конструкцию с повышением надежности в работе и эффективности охлаждения продукта без подмораживания для предотвращения его слеживания при хранении.

На рис. 1 схематически изображено предлагаемое устройство, общий вид и рабочая камера без охлаждающей рубашки [2].

Рис. 1. Устройство для кратковременного хранения фруктов и овощей: общий вид (а) и рабочая камера (б) аппарата без охлаждающей рубашки

Работает устройство при кратковременном хранении овощей и фруктов следующим образом. При поступлении фруктов и овощей в загрузочную воронку рабочего корпуса, выполненного в виде тора с внешней стенкой 1 и внутренней стенкой 2, они самотеком поступают через отверстие по винтовой спирали 3, где последовательно распределяются по всей длине спирали. Предварительно через штуцер 5 в систему охлаждения поступает хладагент, который циркулирует в охлаждающей рубашке 4. Охлаждающая рубашка выполнена из U-образных трубчатых элементов, установленных последовательно с чередованием по наружным поверхностям внешней 1 и внутренней 2 стенок тороидальной рабочей камеры по ее образующей, причем Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу магистров отдельные трубчатые элементы установлены так, что относительно продольной оси рабочей камеры их наиболее продолжительные участки имеют одинаковое угловое смещение друг относительно друга. По мере циркуляции, использованный хладагент выводится из аппарата через нижний штуцер 6. Охлажденные фрукты по мере надобности могут быть извлечены из аппарата через разгрузочное отверстие 7.

Описанная конструкция расширяет возможности устройства для хранения фруктов и овощей и позволяет выполнить поставленные технические задачи.

Охлаждающее оборудование имеет теплоизоляцию, позволяющую поддерживать определенные требуемые условия относительной влажности воздуха и температуры.

Это является особенностью охлаждаемого оборудования по сравнению с другим оборудованием [1].

Основой проектирования теплоизоляции является подбор конструкции и материала теплоизоляции, а также расчет и подбор толщины материалов (1), входящих в конструкцию теплоизоляции, и сравнение с действительным значением коэффициента теплопередачи (2).

Определяется толщина теплоизоляционного слоя:

где k0 – общий коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции, Вт/(м2К).

Определяют действительное значение коэффициента теплопередачи:

где из – принятая толщина теплоизоляционного слоя, м; н, в – коэффициент теплоотдачи с наружной и внутренней стороны ограждения, Вт/(м2К); i – толщина строительных слоев конструкции, м; i – коэффициент теплопроводности материала строительных слоев конструкции, Вт/(мК); из – толщина теплоизоляционного слоя, м;

из – коэффициент теплопроводности изоляционного слоя, Вт/(мК).

Расчет теплопритоков сводится к определению количества теплоты всех источников теплоты, поступающих в холодильное оборудование и влияющих на поддержание требуемых показателей температуры и относительной влажности воздуха в аппарате.

Поступающие в аппарат и образующиеся внутри рабочей камеры теплопритоки можно выделить на следующие виды:

теплоприток от окружающей среды через ограждения;

теплоприток от продуктов при холодильной обработке;

приток теплоты, поступающий с наружным воздухом при вентиляции;

эксплуатационный теплоприток;

теплоприток от «дыхания» овощей и фруктов.

холодопроизводительность по самым неблагоприятным факторам работы оборудования.

В результате расчетов, общий теплоприток от всех источников теплоты, воздействующих на аппарат, составил 8,453 кВт.

Для моделирования тепловых полей воспользовались программной средой COMSOL Multiphysics.

Теплообмен (теплопередача) – самопроизвольный необратимый процесс распространения теплоты в пространстве. Под понятием – распространение теплоты – Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую понимается обмен внутренней энергией между отдельными областями рассматриваемой среды.

Температурное поле – совокупность значений температуры в различных точках пространства в разные моменты времени. Результаты проектирования представлены на рис. 2.

Анализ результата показывает, что распределение температуры в области хранения продуктов практически равномерно.

Для оценки эффективности тепловой изоляции данной конструкции проводилась оценка теплового потока от наружной поверхности. Теплопотери в окружающую среду составляют Q=6,7 Вт или 0,08%, что говорит о высокой эффективности предлагаемой конструкции теплоизоляции [3].

В настоящей работе предложена новая конструкция устройства для кратковременного хранения фруктов и овощей.

Проведен расчет теплоизоляции устройства для кратковременного хранения плодов и овощей и определены теплопритоки, действующие на охлаждающий аппарат, которые необходимо компенсировать. Данные теплопритоки являются холодопроизводительностью аппарата.

Осуществлено моделирование тепловых полей устройства кратковременного хранения плодов и овощей, на основе которого подобраны оптимальные параметры установки. При соответствии данным рекомендуемым показателям внутри аппарата будет поддерживаться необходимая температура хранения продуктов и теплопотери от изоляции в окружающую среду составят 0,08%.

Проведен расчет экономических показателей проекта, включающий оценку интегрального показателя эффективности проектируемого оборудования и экономического показателя надежности.

По материалам работы получен патент РФ №131996 на полезную модель «Устройство для измельчения фруктов и овощей» от 10.09.2013, патент РФ №138201 на полезную модель «Устройство для резки на части плодов и овощей» от 10.03.2014 и патент РФ №141084 на полезную модель «Устройство для хранения фруктов и овощей»

от 27.05.2014.

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу магистров Комарова Н.А. Холодильные установки: Учебное пособие. В 2 т. – Кемерово:

Кемеровский технологический институт пищевой промышленности, 2004. – 125 с.

Минаева Т.В., Алексеев Г.В. Устройство для длительного хранения цитрусовых плодов с минимизацией потерь при охлаждении // Научный журнал НИУ ИТМО.

Серия «Процессы и аппараты пищевых производств». – 2013. – № 2(13) Минаева Т.В., Минаева Л.В. Проектирование аппарата длительного хранения овощей и фруктов // III Международная научно-техническая конференция «Новое в технологии и технике функциональных продуктов питания на основе медикобиологических воззрений». – 2013. – № 1(13). – С. 298–299.

Направление подготовки: 151000 – Машины и оборудование УДК 67.05+66-2+62-

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ФОРМЫ РЕЖУЩЕЙ КРОМКИ ЛЕЗВИЯ

НОЖА МЯСОИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Научный руководитель – д.т.н., профессор В.В. Пеленко В работе рассмотрена возможность преобразования режима резания из рубящего в скользящее, при скоростях, превышающих угловые критические скорости. Получены математические модели, описывающие форму лезвия, обеспечивающую идентичное (равнонапряженное) состояние мясного сырья в любой точке режущей кромки мясоизмельчительного ножа.

Для четырехлезвийного ножа с учетом влияющих факторов, получим значения кр1 = 34,8 с1; кр1 = 332 об/мин;

критических угловых скоростей [1]:

кр2 = 253 с1 ; кр2 = 2417 об/мин.

описывающий такую форму режущей кромки, чтобы угол между радиус-вектором Рассмотрим кромку лезвия ножа в полярной системе координат. Найдем закон, произвольной точки кривой и касательной в этой точке оставался постоянным.

Работу резания осуществляет усилие в проекции на вектор нормальной компоненты скорости.

где Р – удельное усилие резания, Н/м.

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую Работа скользящего резания равна нулю, так как вектора силы резания и скорости скольжения взаимно перпендикулярны и их скалярное произведение равно нулю [1]:

Пусть 1, 2 удельная мощность 1, 2, приходящаяся на единицу массы (объема) деформируемого материала.

Тогда, для скоростей ниже первой критической:

где 1, 2 объем материала в данной точке лезвийной кромки, в котором диссипируется энергия резания 1, 2 в единицу времени.

тогда:

или Условие равнонапряженного деформированного (в том числе термического) состояния записывается в форме [2]:

тогда:

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу магистров окончательно:

или Таким образом, для ненапряженных условий работы мясорубок и волчков, когда максимальные скорости лезвия ниже первой критической, форма режущей кромки должна обеспечивать постоянство угла скольжения. В полярных координатах такая форма описывается в аналитической геометрии уравнением логарифмической спирали.

Для скоростей выше первой критической имеет место ударное взаимодействие режущей кромки с измельчаемым сырьем. В этом случае можем записать закон сохранения количества движения в виде:

При линейной скорости v не превышающей скорости распространения возмущения (звука) в мясном сырье, можем записать: v=r, тогда в конечных переменных:

Учитывая, что = /, запишем:

Переходя к удельным мощностям для двух точек лезвийной кромки, получим:

или Приравнивая 1 и 2 запишем:

Для случая высоких скоростей резания, превышающих скорость распространения возмущения (звука) в мясном сырье, время взаимодействия лезвийной кромки с продуктом в процессе измельчения может быть принято обратно пропорциональным величине линейной скорости.

Скоростное ударное резание, характерное для куттеров, описывается следующим уравнением сохранения количества движения:

тогда:

При этом удельная мощность энергии, выделяемой в единичном объеме продукта массы m, составляет величину:

где Энергия Е массы m, диссипируемая в продукте записывается в виде:

тогда:

в этом случае:

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую Учитывая значение V, получаем:

или для = ( ) запишем:

или Условия равнонапряженного деформированного состояния в каждой точке лезвийной кромки с учетом принятого допущения примет вид:

или тогда:

Таким образом, оптимальная форма лезвийной кромки куттерного ножа заданных координатах начальной точки и выбранной величине 2. Полученная описывается полученным уравнением (3) и может быть построена (прорисована) при математическая модель, описывающая форму лезвия, обеспечивает равнонапряженное состояние мясного сырья в любой точке режущей кромки, что гарантирует предотвращение локального перегрева материала и его чрезмерное мятие.

Пеленко В.В., Зуев Н.А., Ольшевский Р.Г., Азаев Р.А., Кузьмин В.В. Оптимизация формы режущей кромки рабочих органов измельчительного оборудования // Сб.

науч. тр. «Актуальные проблемы совершенствования торгово-технологического оборудования и повышение экономической эффективности торговых предприятий.

Пеленко В.В., Зуев, Н.А., Ольшевский Р.Г., Кондратов А.В., Кузьмин В.В., Хатченко Е.П., Азаев Р.А. Оптимизация формы режущих элементов измельчительного оборудования // Межвуз. сб. науч. тр. Ч.1 «Развитие теории и практики создания оборудования для переработки пищевой продукции». – 2004. – Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу магистров УДК 681.7.

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАПИСИ РЕШЕТОК БРЭГГА В АНИЗОТРОПНОМ

ОДНОМОДОВОМ ВОЛОКОННОМ СВЕТОВОДЕ С ЭЛЛИПТИЧЕСКОЙ

НАПРЯГАЮЩЕЙ ОБОЛОЧКОЙ ИЗЛУЧЕНИЕМ АRF-ЭКСИМЕРНОГО

ЛАЗЕРА

Научный руководитель – д.т.н., профессор Е.Б. Яковлев В работе рассматривалась возможность записи волоконных брегговских решеток (ВБР) в анизотропном одномодовом волоконном световоде с эллиптической напрягающей оболочкой излучением АrF-эксимерного лазера (ЭЛ) с длиной волны излучения 193 нм.

Преимущества ВБР в сравнении с другими отражающими элементами – это широкое разнообразие получаемых спектральных и дисперсионных характеристик, многие из которых могут быть реализованы только на основе волоконных решеток показателя преломления (ПП), полностью волоконное исполнение, низкие оптические потери, относительная простота изготовления и ряд других [1, 2].

Анизотропное одномодовое волокно с эллиптической напрягающей оболочкой представляет собой волокно со сложной структурой из шести слоев, два из которых имеют эллиптический вид. Благодаря такой структуре волокно может сохранять поляризацию введенного излучения. Такие волокна используются для создания оптических гироскопов, волоконно-оптических гидроакустических антенн и других измерителей с высокой чувствительностью.