Монографія, Том 4 - Луцький національний технічний університет

Komentarze

Transkrypt

Монографія, Том 4 - Луцький національний технічний університет
ПЛ-НТУ Транскордонний
досвідом. Том 4
обмін
PL-NTU Transgraniczna wymiana
doświadczeń. Tom 4
Монографія – Луцький НТУ
Проект IPBU.03.01.00-06-386/11-00 ПЛ-НТУ Транскордонний обмін досвідом
є співфінансований в рамках Програми транскордонного співробітництва
Польща-Білорусь-Україна 2007-2013, що співфінансовано за рахунок коштів
Європейського Союзу в рамках Європейського Інструменту Сусідства та
Партнерства
Керівник проекту:
Люблінська Політехніка
вул. Надбистшицка 44A, кабінет 1001
20-501 Люблін, Польща
тел. +48 81 538 4112, +48 81 538 4579;
факс +48 81 538 4220
e-mail: [email protected]
Партнер проекту:
Луцький національний технічний
університет
вул.Львівська, 75, кабінет 12,
Луцьк 43018, Україна
тел. +380 332 746 118; факс
+380 332 746103
e-mail: [email protected]
3
ПЛ-НТУ Транскордонний
досвідом. Том 4
обмін
PL-NTU Transgraniczna wymiana
doświadczeń. Tom 4
редакція
Зоряна Герасимчук
Вальдемар Вуйцік
redakcja
Zoriana Herasymchuk
Waldemar Wójcik
Луцький НТУ
Луцьк 2015
4
Рецензенти:
д.т.н. інж., проф. Андрій Котира
д.т.н. інж., проф. Андрій Смолаж
к.т.н. інж. Конрад Громашек
Recenzenci:
dr hab. inż. Andrzej Kotyra, prof. PL
dr hab. inż. Andrzej Smolarz, prof. PL
dr inż. Konrad Gromaszek
Склад і корекція: проектний офіс ПЛ-НТУ Транскордонний
обмін досвідом
Skład i korekta: biuro projektu PL-NTU Transgraniczna
wymiana doświadczeń
 Луцький НТУ, 2015
ISBN 978-617-672-129-1
Видавництво: РВВ Луцького НТУ, вул. Львівська 75
Друк:
ТзОВ «Актив-Інформ», м. Луцьк
Електронна версія монографії доступна на офіційному сайті Луцького НТУ:
http://lutsk-ntu.com.ua
Безкоштовний примірник. Формат 60х84 1/16. Тираж – 50 прим.
5
Робота створена в рамках проекту ПЛ-НТУ Транскордонний
обмін досвідом ІPBU.03.01.00-06-386/11-00 в рамках Програми
Транскордонного Співробітництва Польща-Білорусь-Україна 2007–
2013, що співфінансується Європейським Союзом в рамках
Європейського Iнструменту Cусідства та Партнерства.
Ця публікація була створена за допомогою Європейського
Союзу. Відповідальність за зміст цієї публікації лежить на авторах, і
жодним чином не може розглядатися як відображення поглядів
Європейського Союзу.
Praca powstała w ramach projektu PL-NTU Transgraniczna
wymiana
doświadczeń
IPBU.03.01.00-06-386/11-00
współfinansowanego w ramach Programu Współpracy Transgranicznej
Polska-Białoruś-Ukraina 2007–2013 finansowanego ze środków Unii
Europejskiej w ramach Europejskiego Instrumentu Sąsiedztwa i
Partnerstwa.
Niniejsza publikacja została stworzona przy pomocy Unii
Europejskiej. Wyłączną odpowiedzialność za zawartość niniejszej
publikacji ponoszą autorzy oraz w żaden sposób nie może być ona
postrzegana jako odzwierciedlenie poglądów Unii Europejskiej.
6
7
Зміст || Spis treści
ПЛ-НТУ Транскордонний обмін досвідом (українською мовою)
Принципи моделювання гідрогазодинамічних дросельних
перетворювачів (Роман Грудецький).................................................
Вдосконалення конструкції лічильника води КВ-1,5 (Анастасія
Івандюк).................................................................................................
Використання механізмів паралельної структури для підвищення
ефективності технологічного обладнання (Тетяна Кокоша)............
Моделювання точності обробки циліндричної поверхні на
торцекруглошліфувальному верстаті (Ірина Марчук)......................
Управління конкурентоспроможністю працівників на сучасному
етапі розвитку України (Ольга Назарук)...........................................
11
30
52
68
89
PL-NTU Transgraniczna wymiana doświadczeń (w języku polskim)
Zasady modelowania wodno-gazowych dynamicznych przetworników
dławienia (Roman Hrudetskii)................................................................
Doskonalenie konstrukcji licznika wody KV-1,5 (Anastasiia
Ivandiuk).................................................................................................
Korzystanie z mechanizmów równoległej struktury w celu
zwiększenia efektywności urządzeń technologicznych (Tetiana
Kokosha)..................................................................................................
Modelowanie dokładności obróbki powierzchni cylindrycznych na
maszynie z kątową głowicą szlifierską (Iryna Marchuk)........................
Zarządzanie konkurencyjnością pracowników na obecnym etapie
rozwoju Ukrainy (Olha Nazaruk)............................................................
8
109
127
148
164
185
ПЛ-НТУ ТРАНСКОРДОННИЙ ОБМІН
ДОСВІДОМ
(українською мовою)
9
10
УДК 64.011.56
Роман Грудецький
Луцький національний технічний університет
ПРИНЦИПИ МОДЕЛЮВАННЯ ГІДРОГАЗОДИНАМІЧНИХ
ДРОСЕЛЬНИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ
В роботі є розробка принципів моделювання та синтезу дросельних схем
газогідродинамічних пристроїв контролю для розширення їх можливостей щодо
застосування для вимірювання технологічних параметрів та контролю складу
речовин, синтезу відповідних газогідродинамічних пристроїв контролю та
пристроїв метрологічного забезпечення.
Ключові слова: моделювання, граф, кортеж, шеренга.
The work is to develop principles of modeling and synthesis schemes
hazohidrodynamichnyh throttle control devices to enhance their capacity to use to
measure process parameters and control of substances relevant synthesis of control and
metrology of devices.
Keywords: modeling, graph, procession, rank.
В работе описываеться разработка принципов моделирования и синтеза
дроссельных схем газогидродинамических устройств контроля для расширения их
возможностей по применению для измерения технологических параметров и
контроля состава веществ, синтеза соответствующих газогидродинамических
устройств контроля и устройств метрологического обеспечения.
Ключевые слова: моделирование, граф, кортеж, шеренга.
На сьогодні в різних галузях науки і техніки широкого
застосування набули газогідродинамічні дросельні пристрої, які
побудовані на базі газогідродинамічних ефектів, що виникають при
протіканні газу чи рідини через дросельний елемент. При
виникненні таких процесів використовують такі, як дроселювання
потоків, взаємодія струменів, вихроутворення, перетворення
ламінарного потоку в турбулентний, дія на потік газу чи рідини
силового поля та інші.
Газогідродинамічним дросельним методом будемо називати
метод виміру, в основі якого лежить процес дроселювання газового
або рідкого середовища, а вимірювальні перетворювачі, реалізовані
на базі такого методу, - газогідродинамічними дросельними
перетворювачами.
На базі цього методу можна будувати пристрої контролю
технологічних параметрів, які є вибухо- і пожежобезпечні, як
правило, не бояться перевантажень і вібрацій, можуть працювати в
11
умовах радіації, володіють високою надійністю, прості у
виробництві та обслуговуванні. Пристрої контролю можуть бути
побудовані також на основі вимірювальних перетворювачів із
застосуванням додаткового аналогово-дискретного перетворення
сигналу на виході.
Розглянемо
методи,
які
мають
відношення
до
газогідродинамічного дросельного методу виміру, та відповідні
вимірювальні перетворювачі різних технологічних параметрів,
реалізовані на базі цього методу.
Найбільш широке вживання отримали вимірювальні
перетворювачі, виконані на одному дросельному елементі, зокрема
для виміру витрати, в'язкості і щільності середовища, що протікає
через дросельний елемент.
Як дросельні елементи у вимірювальних перетворювачах
витрати застосовуються різні звужуючі пристрої і капілярні трубки.
Перепад тиску P на дросельному елементі в таких вимірювальних
перетворювачах і об'ємна витрата середовища через цей елемент
буде мати вигляд:
для звужуючих пристроїв
(1.1)
Qo   F (2P /  )
для капілярних трубок
Qo  d 4 P /(128l )
(1.2)
де  і  – в’язкість і густина середовища;  і F – коефіцієнт
витрати і площа поперечного перерізу пристрою звуження; d і l –
діаметр і довжина прохідного каналу капілярної трубки. Крім того,
коефіцієнт витрати  залежить від конструкції пристрою звуження
та самої витрати –
  f ( m, Re) ,
площа пристрою звуження, в якій
де
m  ( d D )2 -
d 2 F 
і
D
відносна
– діаметр
трубопроводу, а Re   D  – число Рейнольдса, в якому  –
швидкість середовища.
Однак витратна характеристика (1.2) не є достатньо точною,
оскільки в ній не враховані втрати тиску на вході в трубку, на її
виході і на формування параболічного профілю швидкостей,
характерного для ламінарного потоку середовища в трубці. Сумарні
втрати Pk можна оцінити за допомогою формули
12
(1.3)
Pk  kQo2 d 4
де k - коефіцієнт, що характеризує конструктивні особливості
капіляра. До них належать форму його кінці та спосіб установки в
камері. Встановлено, що коефіцієнт k залежить від числа
Рейнольдса, а саме за рахунок його залежності довжини ділянки
капіляра, на якому формується параболічний профіль швидкостей.
Це може бути одній з причин того, що різні дослідники наводять
різні значення вказаного коефіцієнта.
В разі виміру витрати газу необхідно ще враховувати зміну
його щільності на дросельному елементі. У витратомірах із
звужуючими пристроями це виконується за допомогою додаткового
множника  на розширення середовища на звужуючому пристрої, що
вводиться в праву частину формули (1.1)
Qo  F (2P /  ) 0.5
(1.4)
Множник  залежить в загальному випадку від конструкції
звужуючого пристрою, перепаду тиску P на ньому, а також від
параметрів газу, наприклад його тиски Р і показника адіабати  .
Для
різних
типів
пристроїв
звуження
залежність
  f ( m, P P ,  ) є різною і недостатньо вивчена.
Таким чином, на даний час розвиток газогідродинамічних
дросельних вимірниках перетворювачів не є достатнім та потребує
вдосконалення.
Для підвищення точності вимірювання необхідно застосувати
стабілізаційні заходи або компенсаціях змінних параметрів
середовища. Частіше стабілізують вимірюване середовище і
дросельний елемент. Досить поширеними є варіанти побудови
перетворювачів витрати на чотирьох різнотипних (ламінарних і
турбулентних) дроселях, що включаються в мостову дросельну
вимірювальну схему. У мостових схемах передбачається
компенсація впливу в'язкості на вихідний сигнал перетворювача.
Проте відсутність адекватних математичних моделей таких
перетворювачів витрати не дозволила вирішити завдання їх
оптимального проектування і вони не знайшли широкого вжитку на
практиці.
Слід зазначити, що витратоміри змінного перепаду тиску із
стандартними звужуючими пристроями з кожним роком
удосконалюються, проте досить часто вони не можуть забезпечити
13
необхідної точності вимірювання. Ще є багато невирішених завдань
в цій області.
Широке застосування газогідродинамічний дросельний метод
отримав для вимірювання в'язкості рідин та газів. Вимірювальні
перетворювачі на базі цього методу в основному виконуються на
одному ламінарному дросельному елементі – капілярній трубці.
Основним розрахунковим рівнянням таких вимірювальних
перетворювачів є рівняння Гагена-Пуазейля (1.2). Але для його
практичного застосування слід враховувати ряд характерних
поправок: поправку на ковзання, поправку на кінетичну енергію, що
включає втрати тиску на вході, на виході і на формування профілю
швидкостей, а також поправку на розширення газу в капілярі.
Для рідких середовищ необхідно враховувати в основному
лише другу поправку. Для цього випадку Гегенбах і Кует доповнили
рівняння (1.2) поправочними константами, що враховують ефекти на
кінцях капілярів
P 
8Qo ( l  nR )
R 4

mQo2
2 R 4
де, окрім відомих: m - коефіцієнт Гагенбаха; n - поправка
Куета; R - радіус капілярної трубки. Експериментальні значення m і
n є досить неоднозначні. Так, наприклад, різні дослідники
визначають значення m від 0,5 до 1,6, а величина n - від 0 до 6.
Однією з причин такої невизначеності величин m і n є
недосконалість моделі (1.6), адже величина n залежить від Re. Отже,
однією з основних причин низької точності капілярних
віскозиметрів є невизначеність величин m і n.
Аналогічним чином виконуються і газогідродинамічні
дросельні вимірювальні перетворювачі щільності, лише як
дросельний елемент тут застосовується не капілярна трубка, а
звужуючий пристрій. Залежно від середовища вони описуються
рівнянням (1.1) або (1.4). Вплив на вихідний сигнал таких
перетворювачів параметрів середовища, непостійність коефіцієнтів α
та ε у (1.1) і (1.4), а також відносно низька чутливість вимірювання.
Це в свою чергу не дозволили їм знайти широкого застосування на
практиці.
Дросельні газоаналізатори можуть будуватися за схемою
дросельного дільника тиску, складеного з двох послідовно
включених різнотипних (турбулентного і ламінарного) дроселів. Такі
14
аналізатори сприймають звідний параметр  
суміші і їх
чутливість вище раніше розглянутих. Проте газоаналізатори такого
типу не знайшли практичного застосування, проте, дросельні
дільники тиску застосовуються в газоаналізаторах, виконаних по
диференціальній або мостовій дросельних вимірювальних схемах.
Газоаналізатори з диференціальною дросельною схемою
складаються з двох дільників тиску, через один з яких пропускається
аналізований газ, а через інший - газ порівняння. Як приклад
розглянемо газоаналізатор Доммера, який побудований за
диференціальною дросельною схемою, що складається з двох
ламінарно-турбулентних дільників тиску. Такий газоаналізатор
призначений для виміру концентрації вуглекислого газу в
будинкових газах. і має чутливість близько 10Па%CО2. Однак
похибка виміру таких вимірювальних перетворювачів складає
близько 4%. Вони також не застосовуються широко на практиці.
Аналізатори з мостовою дросельною схемою побудовані на
основі двох паралельно сполучених дільників тиску, через які
проходить аналізований газ. Такі аналізатори можуть бути виконані
як з одним робочим дільником, так і з двома, тут передбачається, що
міждросельний тиск дільника з однотипними дроселями не залежить
від властивості газу, а в дільнику з різнотипними дроселями - є
функцією складу аналізованого газу. Найбільший же інтерес
представляє мостова схема з перехресним включенням ламінарного і
турбулентного дроселів, тобто схема з двома робочими дільниками.
Така схема забезпечує більш чутливість виміру. Прикладом такого
газоаналізатора може служити прилад типа ГКД-І [70], погрішність
якого складає ±3%.
Отже аналіз робіт в області газогідродинамічного дросельного
методу вимірювання складу газових сумішей показав, що розробка
відомих дросельних газоаналізаторів проводилась без відповідного
теоретичного обґрунтування і, тому, в цих розробках не реалізовані
всі можливості даного методу. Відсутність адекватних математичних
моделей дросельних вимірювальних схем, недостатнє їх
експериментальне дослідження не дозволили встановити залежність
чутливості перетворювача складу від конструктивних характеристик
дросельних елементів і вплив на вихідний сигнал перетворювача
різних невпливових параметрів. Тому для їх широко застосування
необхідно вирішити завдання їх оптимального проектування.
2
15
Наявні розробки дросельних вимірювальних перетворювачів
виконані без відповідного теоретичного обґрунтування. Такі
перетворювачі пропонувалося будувати в основному за відомими з
електричних методів виміру схемами: схема на одному дросельному
елементі, диференціальна або мостова дросельні схеми на чотирьох
дросельних елементах. При цьому відомі методи аналізу
електричних вимірювальних схем і їх основні властивості,
наприклад залежності для визначення чутливості, переносилися
повністю на пневматичні і гідравлічні вимірювальні схеми.
На практиці такий підхід до дослідження дросельних схем при
побудові їх математичних моделей не дозволяють оцінити
можливості даного методу вимірювання в повній мірі. Властивості і
особливості дросельних вимірювальних перетворювачів, не
дозволяють також розробити методи їх розрахунку, адже
газогідродинамічний опір дросельних елементів у відмінності від
електричного опору резисторів залежить не лише від
конструктивних характеристик дросельних елементів, але й від
параметрів середовища, що протікає через дросельні елементи, від
режиму течії, а також від умов формування цього режиму.
Можливості газогідродинамічних дросельних вимірювальних
перетворювачів істотно залежать від схем їх побудови, від
застосованих в цих схемах типів дросельних елементів тощо.
Методи синтезу схем побудови таких перетворювачів на
сьогоднішній день не розроблені. Не розроблені також і методи
опису структур таких схем. У зв'язку з цим більшість можливих схем
побудови дросельних перетворювачів не були відомі і не
розглядалися. Вирішення цих завдань, в першу чергу дозволить
формалізувати
і
автоматизувати
синтез
структур
схем
перетворювачів виходячи з різних параметрів вимірювання.
Насамперед для цього необхідно їх дослідження шляхом
математичного моделювання. у зв'язку з цим виникає завдання
розробки
адекватних
математичних
моделей
дросельних
вимірювальних схем, а також вимірювальних перетворювачів на базі
цих схем.
Оскільки математична модель дросельної вимірювальної
схеми полягає з системи рівнянь матеріальних балансів і системи
рівнянь дросельних елементів, що включені в цю схему, то точність
моделі дросельної схеми в основному визначатиметься точністю
математичних моделей дросельних елементів.
16
Газогідродинамічні дросельні вимірювальні перетворювачі
будуються на одному або декількох дросельних елементах, певним
чином сполучених у відповідну вимірювальну схему. Через
дросельні елементи перетворювача протікає в певному режимі потік
стискуваної або нестискуваної рідини.
Функціональні можливості і метрологічні характеристики
такого перетворювача залежать від цілого ряду різних факторів: від
кількості дросельних елементів і схеми їх поєднання, від типу
вживаних дросельних елементів, від кількості і вигляду рідин, що
протікають через дросельні елементи, від режиму живлення
перетворювача і від умові його роботи. Дуже важливим при цьому є
вигляд вихідного сигналу перетворювача, яким може бути або тиск,
або перепад тиску, або витрата. У зв'язку з тим, що кожен з вказаних
вище чинників може набувати різних значень або модифікації, а всі
вони загалом зустрічатися в різних комбінаціях, аналіз можливостей
і характеристик різних дросельних вимірювальних схем, необхідне
для побудови конкретного вимірювального перетворювача, є досить
складною задачею.
Для вирішення таких задач структурно-параметричної
оптимізації при побудові таких пристроїв необхідно математично
описати структуру їх побудови, сформулювати правила синтезу
структур дросельних схем газогідродинамічних пристроїв. Це також
дасть змогу синтезувати нові схеми, на основі яких будувати нові
газогідродинамічні пристрої, зокрема пристрої контролю складу
плинних речовин із розширеними функціональними можливостями.
Останнім часом в багатьох сферах науки і техніки для опису
різноманітних об’єктів та процесів є дуже поширеними графи і
пов’язані з ними методи досліджень. Деякі елементи теорії графів
можна використати для формулювання правил синтезу структур
дросельних газогідродинамічних пристроїв. Розглянемо їх
детальніше.
Широке вживання теорія графів отримала при дослідженні так
званої проблеми оптимізації, що виникає при конструюванні
великих систем як технічних, так і програмних, наприклад, таких, як
компілятори.
В рамках цих досліджень були розроблені багато, невідомі
раніше теоретико-графові поняття. Теорія графів має велику
привабливість для фахівців в області проектування для побудови
ефективних алгоритмів і аналізу їх складності. Використання
17
апарату теорії графів зробило істотний вплив на розробку алгоритмів
конструкторського проектування схем. Безпосереднє і детальне
представлення практичних систем, таких, як розподільні мережі,
системи зв'язку, наводить до граф великого розміру, успішний аналіз
яких залежить в рівній мірі, як від ефективних алгоритмів, так і від
можливостей комп'ютерної техніки. Тому в даний час основна увага
зосереджена на розробці і описі комп'ютерних алгоритмів аналізу
графів.
Граф задається безліччю точок або вершин х1, х2 ..., хn і
безліччю ліній або ребер a1, a2 ..., am, що сполучають між собою всі
або частину точок. Формальне визначення графа може бути дане
таким чином.
Графом називається двійка вигляду G = (X, A), де X = {xi}, i =
1, 2, ..., n – безліч вершин графа, A = {ai}, i = 1, 2,..., m – безліч ребер
графа.
Графи можуть бути орієнтованими, неорієнтованими і
змішаними (рис. 2.1). Якщо ребра в безлічі A орієнтовані, що
зазвичай показується стрілкою, то вони називаються дугами, і граф з
такими ребрами називається орієнтованим графом або орграфом
(рис. 1,а).
Рис. 1. Приклади задання графів
18
Якщо ребра не мають орієнтації, то граф називається
неорієнтованим (рис. 1,б). Граф, в якому присутні і ребра, і дуги
називається змішаним (рис. 1,в). У разі, коли G = (X, A) є орграфом, і
ми хочемо нехтувати спрямованістю дуг з безлічі A, то
неорієнтований граф, відповідний G, позначатиметься і
називатиметься неорієнтованим дублікатом або неорієнтованим
двійником (рис. 1,г).
Дуга ai може бути представлена впорядкованою парою вершин
(хn, хk), що складається з початкової хn і кінцевою хk вершин.
Наприклад, для графа G1 (рис. 1,а) дуга 1 задається парою вершин
(x2, x1), а дуга а3 парою (x2, x3). Якщо хn, хk – кінцеві вершини дуги
ai, то говорять, що вершини хn і хk ідентичні дузі ai або дуга ai
ідентична вершинам хn і хk.
Дуга, в якої початкова і кінцева вершини збігаються,
називається петлею. У графові G3 (рис. 1,в) дуга a7 є петлею.
Кожна
вершина
неорієнтованого
графа
хi
може
характеризуватися мірою вершини d(хi).
Мірою вершини хi – d(хi) називається кількість ребер,
ідентичній цій цій вершині. Наприклад, для орграфа G1 (рис. 1,б)
характеристики мір наступні: d(х1)=2, d(х2)=3, d(х3)=3, d(х4 )=2.
Граф описується перерахуванням безлічі вершин і дуг.
Приклади опису наведені для орграфов на рис. 2 і рис. 3.
G4 = (Х, А),
де Х = (хi), i = 1, 2, 3, 4 – безліч вершин; А = (ai), i = 1, 2, ..., 6 –
безліч дуг, причому А = ((х1, х2), (х4, х2), (х2, х4 ), (х2, х3), (х3, х3),
(х4, х1)).
Рис. 2. Приклад задання графу
19
G5 = (X, A),
де X = {B, C, D, E, F} – безліч вершин графа, A = {ai}, i = 1, 2,
..., 5 – безліч дуг графа, причому a1 = (F, B), a2 = (B, E), a3 = (F, D),
a4 = (E, C), a5 = (C, D).
Опис графів полягає в завданні безлічі вершин Х і
відповідності Г, яка показує, як між собою зв'язані вершини.
Відповідністю Г називається відображення безлічі Х в Х, а
граф в цьому випадку позначається парою G = (X, Г).
Рис. 3. Приклад задання графу
Для неорієнтованого або змішаного графів передбачається, що
відповідність Г задає такий еквівалентний орієнтований граф, який
виходить з вихідного графа заміною кожного неорієнтованого ребра
двома протилежно направленими дугами, що сполучають ті ж самі
вершини. Наприклад, для графа на рис. 1,б Г(х2)={х1,х3,х5}, Г(х4)={
х3, х5} і так далі.
Над графами можна проводити математичні операції.
Розглянемо деякі з них.
Об'єднання графів G1 і G2, що позначається як G1
G2,
представляє такий граф G3 = (Х1 Х2, A1 A2), що безліч його
вершин є об'єднанням Х1 і Х2, а безліч ребер – об'єднанням A1 і A2 .
Граф G3, отриманий операцією об'єднання графів G1 і G2, показаний
на рис. 4,д, а його матриця суміжності – на рис. 4,е. Матриця
суміжності результуючого графа виходить операцією поелементного
логічного складання матриць суміжності вихідних графів G1 і G2 .
20
Рис. 4. Наочне зображення об’єднання графів
21
Рис. 5. Приклад об’єднання графів
22
Об’єднання графів G1 і G2, що позначається як G1
G2, є
граф G4 = (Х1 Х2, A1 A2). Таким чином, безліч вершин графа G4
складається з вершин, присутніх одночасно в G1 і G2 . Операція
об’єднання графів G1 G2 показана на рис. 5,в, а результуюча
матриця суміжності виходить операцією поелементного логічного
множення матриць суміжності вихідних графів G1 і G2 . показана на
рис. 5.г.
Кільцева сума двох графів G1 і G2, що позначається як G1
 G2, є граф G5, породжений на безлічі ребер A1  A2 . Іншими
словами, граф G5 не має ізольованих вершин і складається лише з
ребер, присутніх або в G1, або в G2, але не в обох одночасно.
Кільцева сума графів G1 і G2 показана на рис. 2.5,д, а результуюча
матриця суміжності виходить операцією поелементного логічного
складання по mod 2 матриць суміжності вихідних графів G1 і G2 .
показана на рис. 5.е.
Для вирішення поставлених нами задач більш доцільно і
зручно застосувати теоретико-множинну концепцію. Розрізняють
такі основні поняття та елементи математичної мови: “множина”,
“кортеж”, “функція”, “відношення”. Це фундаментальні поняття, на
базі яких і здійснена, власне кажучи, сама теоретико-множинна
побудова математики.
Поняття множини відоме з підручників математики, не будемо
приводити його. Множиною можуть бути натуральні числа,
множина елементарних елементів, на яких будують вимірювальні
схеми, наприклад множину дросельних елементів при побудові
газогідродинамічних пристроїв. Коли хочуть сказати, що множина
a , b і с , їх об’єднують у фігурні дужки
 . Таким чином, вираз a ,b,c означає трьохелементну множину,
елементами якої є a , b і с .
складається з елементів
Множини А та В вважають рівними, якщо вони містять одні і
ті ж елементи. Якщо хоча б один елемент множини А не належить
множині В, то кажуть що вони не є рівними і навпаки – усі елементи
множини В повинні належати множині А.
У вказаному прикладі порядок елементів в множині не
A  1, 2,3, 4
B  4,1,3, 2
суттєвий, тобто множина
та множина
є
рівними (А=В). Будемо вважати, що множини А та В не
23
впорядковані. Якщо множина впорядкована, то її елементи будуть
задаватися у певному порядку.
Ще одним важливим правилом є те, що множина не може
містити
однакових
елементів.
Так,
задання
множини
B  4,1,3, 2,1, 2
вважають некоректним. Правильним буде запис
B  4,1,3, 2
Множину A називають підмножиною множини B , якщо
будь-який елемент множини A належить множині B . Позначають
це так:
A B.
Якщо є множина
A,
то в неї є як мінімум дві
підмножини: сама
і порожня множина  . Множина називається
порожньою, якщо в ній немає жодного елементу. Число всіх
A
підмножин
елементних
k nm 
n
n-
елементної множини дорівнює 2 . Число m підмножин n - елементної множини становить
n!
m!(n  m)! .
Враховуючи сказане вище, можна зробити висновок, що за
допомогою множин можна задавати гідрогазодинамічні дросельні
елементи, з яких будемо будувати певну вимірювальну схему.
Наприклад, сукупність ламінарного, турбулентного та змішаного
елементів
( Л ,Т , З
D1  Л ,Т , З.
відповідно)
можна
задавати
множиною
Якщо вимірювальна схема пристрою є точно заданою, то
необхідно використовувати впорядковану множину елементів. На
сьогодні є відомі впорядковані множини типу “кортеж”.
Будемо вважати, що кортеж – це набір елементів або
компонентів, які впорядковані певним чином. Тобто, звідси
випливає, що компонента – це будь-який елемент кортежу. Для
 
позначення кортежів використовують дужки
. Число
елементів в кортежі називають його довжиною. Відповідно, кортеж
довжини
S,
останньою –
першою компонентою якого є
aS ,
позначають через
24
a1 ,
другою –
 a1 , a2 ,...,aS  .
a2 ,
Довжина
кортежу може варіюватись будь-як. Будемо називати кортеж
довжини 2 – двійками, довжини 3 – трійками, довжини 4 –
четвірками і т.д.
Кортежі  та  вважають рівними, якщо кожен елемент
кортежу  та кожен елемент кортежу  є рівними, їх довжини є
рівними та впорядковані ці кортежі за одним правилом. Тобто
кортеж  1, 2,3, 4  та кортеж  1, 2, 4,3  не будуть рівними.
Іншими словами рівність кортежів може справджуватися лише за
умови їх ідентичності.
Таким чином можна зробити висновок, що за допомогою
кортежів можна описувати послідовне поєднання елементів.
Порядок їх включення в кортеж буде відображати порядок синтезу їх
у вимірювальну схему. Наприклад, кортеж  1, 2  описує схему, яка
складається з послідовного з’єднання елементу 1 та 2, причому
першим буде саме елемент 1, а слідом буде включений елемент 2.
Або ж кортеж
 Л ,Т 
описує схему послідовного з’єднання
ламінарного Л і турбулентного Т дроселів.
За допомогою кортежів можна описувати будь-які схеми,
наприклад електричні, пневматичні, гідравлічні. Головним тут є
правила опису кортежів, їх довжина, послідовність та правила
поєднання у вимірювальні схему.
Для опису правил поєднання кортежів меншої довжини у
більшу введемо поняття прямого декартового добутку множин
(кортежів). Прямим добутком множин A і B називають множину
D , яка містить ті і тільки ті пари, перша компонента яких належить
A , друга належить B (позначають D  A  B ). Прямий
декартовий добуток містить усі елементи множини A додані перед
елементами множини B . Усі елементи множини D можна знайти,
перемноживши попарно всі елементи множини A і B . Але слід
врахувати, що A  B  B  A , адже у властивостей кортежів, а
саме порядок їх включення, важливим є те, який елемент включено в
схему першим – елемент множини A чи B . Наведемо приклади:
якщо множини вихідних елементів
A  a і B  b, то A  B   a ,b ,
25
A  a ,b, а B  a ,b,c, то
 a , a  ,  a ,b  ,  a , c  ,  b , a  ,  b ,b  ,  b , c 
якщо ж
A B  

.
Аналогічним способом
довжини, а саме: якщо
можна
знайти
кортежі
більшої
A  a ,b, B  a ,b,c, C  a ,c то
A  B  C    a, a, a ,  a, a, c ,  a, b, a ,  a, b, c ,  a, c, a ,  a, c, c ,
 b, a, a ,  b, a, c ,  b, b, a ,  b, b, c ,  b, c, a ,  b, c, c  .
Таким чином, вище описані правила за допомогою яких можна
описувати гідрогазодинамічні вимірювальні схеми, побудовані на
основі послідовних включень в них певних елементів.
Для паралельного з’єднання елементів використаємо поняття
впорядкованої множини. Адже при паралельному поєднанні
елементів не має значення в якому порядку ці елементи введені у
вимірювальну схему.
Поняття такої множини запропонував проф. Пістун Є.П.. а
саме поняття шеренги. В шерензі, як і в кортежі, на відміну від
елементів множини, компоненти можуть повністю або частково
співпадати, причому компонентами можуть бути будь-які об’єкти, в
тому числі – множини, кортежі і шеренги. Для позначення шеренг
будемо застосовувати дужки
3, перша компонента якої є


  . Так, наприклад, шеренга ширини
a1 , друга – a2
і третя –
a3 , запишеться
a ,a ,a
таким чином: 1 2 3 .
Аналогічно до поняття кортежу, шеренги можуть бути
рівними. Шеренги  та  вважають рівними, якщо всі елементи
шеренги  присутні в шерензі  , тобто їх компоненти однакові.
При цьому повинна співпадати їх ширина. Шириною шеренги є
кількість елементів, що входять до неї. Наприклад, якщо
  [ Л , Т , З] , то ширина такої шеренги рівна 3.
Звідси випливає, що порядок включення в шеренгу ролі не
грає. На відміну від кортежу шеренги [ Л , Т , З ] та [ Л , З , Т ] рівні. В
цьому заключається основна відмінність шеренги від кортежу –
26
порядок включення елементів в шеренгу не має значення, адже при
паралельному включенні елементів в схему її конструктивні
особливості не змінюються.
Компонентами шеренги, як і кортежу, можуть бути дросельні
елементи, кортежі та шеренги. Для отримання шеренги більшої
ширини використовують операцію так званого «непрямого» добутку
множин.
Непрямим добутком множин A і B називають множину, яка
складається із всіх тих і тільки тих шеренг ширини 2, одна з
компонент яких належить A , а друга – належить B . Непрямий
добуток множин A і B позначимо A * B .
A  a ,b, а B  a ,b,c, то
A * B   a , a,a ,b,a ,c,b,b,b,c
Так, якщо
.
Аналогічно шукають шеренги більшої довжини, а саме:
якщо
A  a ,b, B  a ,b,c, C  a ,c то
A * B * C   a, a, a, a, a,c, a,b, a, a,b,c, a,c, a,a,c,c,b,b, a,b,b,c,b,c,c 
Таким чином з усіх варіантів математичного опису схем
(теорія графів, теорія множин) найбільш оптимальним є теоретикомножинну концепцію опису схем. Використовуючи основні поняття
цієї концепції - “множини”, “кортежу” та “шеренги” та операції над
ними, розроблено принципи моделювання структури дросельних
схем газогідродинамічних пристроїв, синтезовано та описано
структури дросельних схем з метою побудови на них
газогідродинамічних пристроїв контролю складу плинних речовин.
Література:
1. Пістун Є.П., Леськів Г.Ф. Побудова та моделювання газогідродинамічних
вимірювальних схем на двох дросельних елементах // Методи та прилади контролю
якості. – 2002. - № 9. - С.35-38.
2. Пістун Є.П., Леськів Г.Ф. Застосування теорії чисел для моделювання та
проектування газодинамічних дросельних пристроїв // Труды Одесского
политехнического университета: Научный и производственно-практический
сборник по техническим и естественным наукам. – Одесса . – 2001. – Вып.3(15). –
С.109-114.
3. Пістун Є. Газогідродинамічні вимірювальні перетворювачі на складених
дросельних елементах / Євген Пістун, Галина Леськів // Вісник Національного
університету «Львівська політехніка». – 2002. – № 460 : Теплоенергетика. Інженерія
довкілля. Автоматизація.
27
4. Пістун Є.П., Дубіль Р.Я., Матіко Ф.Д. Розширення діапазону вимірювання
витрати за методом змінного перепаду тиску // Вимірювальна техніка та метрологія:
Міжвідомчий наук.-техн. збірник.- 2001. - № 58. - C. 147-151.
Автор: Грудецький Роман Ярославович, асистент
кафедри автоматизованого управління виробничими
процесами Луцького національного технічного
університету, м. Луцьк, Україна.
Сфера наукових інтересів: теорія інформації,
програмування, банки та бази даних, дросельні
елементи.
Зв’язок з автором: [email protected]
28
29
УДК 620.22: 621.983
Анастасія Івандюк
Луцький національний технічний університет
ВДОСКОНАЛЕННЯ КОНСТРУКЦІЇ
ЛІЧИЛЬНИКА ВОДИ КВ-1,5
Стаття присвячена вдосконаленню конструкції лічильника води для
запобігання стороннього впливу на роботу лічильного механізму шляхом
використання сильних магнітів. Запропоновано застосувати кільце притискне з
немагнітної нержавіючої сталі. Оптимізовано параметри холодного листового
штампування деталі
Ключові слова: нержавіюча сталь, штампування, витягування, оптимізація
The article is devoted to improving the design water meter to prevent outside
influence at work counting mechanism by using strong magnets. A clamping ring use of
non-magnetic stainless steel. Optimized parameters of cold sheet metal stamping parts
Keywords: stainless steel, stamping, deep drawing, optimization
Статья посвящена совершенствованию конструкции счетчика воды для
предотвращения постороннего влияния на работу счетного механизма путем
использования сильных магнитов. Предложено применить кольцо прижимное из
немагнитной нержавеющей стали. Оптимизированы параметры холодной
листовой штамповки детали
Ключевые слова: нержавеющая сталь, штамповка, вытяжка, оптимизация
У зв’язку з постійним зростанням вартості води в мережі
Internet [1] дедалі часті зустрічаються пропозиції зменшити вартість
у квитанції шляхом втручання у роботу лічильника води з
використанням неодимових магнітів. Дані магніти володіють
зусиллям схоплення 300-3800 Н [2], якого цілком достатньо, щоб
зупинити обертання елементів лічильника. Вирішити дану проблему
можна шляхом заміни феромагнітних елементів лічильника на
немагнітні матеріали. При виготовленні кільця притискного з
нержавіючої немагнітної сталі важливим є оптимізація параметрів
технологічних переходів листового штампування.
Відмінною рисою деталей, які одержуються листовим
штампуванням, є багатоваріантність їх виготовлення, тобто одну
деталь можна штампувати різними способами, від яких залежать
граничні розміри, експлуатаційні властивості, точність деталей та ін
[3-7].
30
Основною метою інтенсифікації процесів листового
штампування є скорочення термінів технологічної підготовки
виробництва, а також забезпечення необхідних показників якості і
продуктивності, а напрямками цієї інтенсифікації є розробка й
освоєння нових способів деформування, а також методик
автоматизованого розрахунку і вибору раціонального варіанта
технологічного процесу.
Проектування технологічного процесу виготовлення порожніх
деталей на підприємствах засновано на застосуванні довідкових
рекомендацій. Узагальнені довідкові дані не враховують особливості
виготовлення різних деталей і часто виявляються наближеними, що
породжує помилки при проектуванні технологічних процесів і
оснастки. Це пояснюється відсутністю математичних моделей, що
враховують повною мірою технологічні фактори і взаємозв'язки
різних технологічних операцій штампування, а також складністю
використання існуючих комп'ютерних моделей, зокрема, заснованих
на методі кінцевих елементів. Відзначене вимагає необхідність
розвитку та уніфікації математичних методів розрахунку і методик
автоматизованого проектування.
Листове штампування – це самостійний вид технології, який
володіє такими особливостями,
як: висока продуктивність,
можливість отримання найрізноманітніших за формою і розмірами
напівфабрикатів і готових деталей, можливість механізації і
автоматизації штампування шляхом створення комплексів
обладнання, які забезпечують виконання всіх операцій виробничого
процесу в автоматичному режимі (в тому числі роторних і роторноконвеєрних ліній), можливість отримання взаємозамінних деталей з
високою точністю розмірів, без подальшої обробки різанням.
Листове штампування найбільш широко застосовується в
масовому і крупно серійному виробництві, коли затрати на
штампувальне оснащення особливо рентабельні. Разом з цим, досвід
багатьох вітчизняних заводів показує, що листове штампування
може з успіхом застосовуватись в середньо серійному виробництві
[5].
Вибір
варіанту
технологічного
процесу
листового
штампування залежить від об’єму випуску, типа виробництва,
форми виробів матеріалу, з якого виготовляється, спеціальних
потреб, які пред’являються до продукції, яка виготовляється. Вибір
31
найбільш ефективного варіанту технологічного процесу повинен
виконуватись на основі техніко-економічного розрахунку.
Найбільш ефективні процеси, які основані на застосуванні
холодної пластичної деформації – процеси холодного листового
штампування. Завдяки безперервному удосконаленню технології
конструкцій штампів, використовуваного обладнання і засобів його
механізації, листове штампування застосовується в сучасний час для
виготовлення деталей широкого інтервалу і конфігурацій.
Вдосконалення конструкції лічильника води шляхом заміни
кільця притискного, виготовленого із магнітної нержавіючої сталі на
аналогічне, виготовлене з нержавіючої сталі. Оптимізація
технологічного процесу холодного листового штампування кільця
притискного
з
використання
програмного
комплексу
FormingSuite 2013.
Основними формозмінними операціями, які застосовуються у
виготовленні деталі кільце притискне лічильника КВ–1,5 – є
витяжка, формовка, а також відбортовка. Дана деталь підвищує
надійність вимірювального приладу під час експлуатації.
Лічильник кількості рідини (рис. 1) містить двокамерний
корпус з камерою 1, в середині якої розташований лічильний
механізм (на кресленні не показаний), а також робочою камерою 2 з
вхідним 3 та вихідним 4 патрубками, і фігурним дном у вигляді
накладної пластини 5, а також герметичною фігурною кришкою 6,
яка призначена для відокремлювання камер 1 і 2. Крім зазначених
деталей корпус оснащений центральною віссю 7 із змонтованими на
останній крильчаткою 8 та магнітною муфтою 9, яка розділена на
півмуфти і охоплена полезахисним екраном 10. За формою
полезахисний екран виконаний суцільною деталлю, що поєднує
конструктивно дві геометричні фігури: втулку та притискну фігурну
пластину.
Внутрішні верхні кромки камери 1 корпуса лічильника
споряджені напрямними 13 виконаними у вигляді дугоподібних
смужок, які розміщені опозитно дугоподібним смужкам притискної
пластини та зсунуті відносно дугоподібних смужок 11 цієї пластини
із можливістю наступного зчеплення їх поверхонь при складанні
усіх деталей лічильника. Між притискною пластиною 10 та
герметичною фігурною кришкою 5 встановлені упорне кільце 14 та
прокладка 15, а для остаточної фіксації за допомогою метизів
притискної пластини 10 (вона і полезахисний екран).
32
а
б
Рис. 1 – Схематична схема лічильника КВ – 1,5:
а – лічильник в осьовому перерізі; б– вигляд зверху
При подачі рідини крізь вхідний патрубок 3 в робочу камеру 2
лічильника кількості рідини крильчатка 8 обертається створюючи
крутний момент, який за допомогою магнітної муфти 9, що утворює
магнітне зчеплення між півмуфтами, передає кінематично крутний
момент на обліковий суматор лічильного механізму. Полезахисний
екран 10, завдяки охопленню ним обох магнітних півмуфт, захищає
їх від впливу слабкого та середнього зовнішніх магнітних полів, при
цьому він же забезпечує механічну міцність та спрощення монтажу
завдяки своїй конструкції.
Ескіз кільця притискного наведено на рис. 2.
Основною формозмінною операцією при виготовленні кільця
притискного є витяжка.. В якості вихідного матеріалу при витяжці
використовують всі технічні метали та їх сплави у вигляді листів,
стрічок і смуг, здатні приймати пластичну деформацію. Таким
чином, витяжка є процесом отримання порожнистих виробів з
плоскою листової заготовки. Цей процес можна вести як без
стовщення, так і стовщенням заготовки.
Успішний процес витяжки може бути здійснений за умови, що
зменшення заготовки до діаметра полого циліндра відбуватиметься в
певному відношенні, щоб напруги, що у металі, не перевищували
межі міцності.
33
Рис. 2 – Ескіз кільця притискного
Операція витяжки проводиться в штампі, причому в
залежності від матеріалу заготовки і глибини полого виробу процес
витяжки може виконуватися за кілька операцій в послідовному ряді
штампів з поступовим зменшенням діаметра виробу. Процес
витяжки (рис. 3) виконується натисканням пуансона 1 на середню
частину зазвичай круглої заготовки 3, який видавлює її в отвір
матриці. Дно майбутньої чашечки 5, проходячи через матрицю,
тягне за собою іншу частину заготовки до центру, що призводить до
її згортання та зменшення в діаметрі.
Витяжкою можна виготовити деталі з металу і матеріалів
товщиною від 0,2…30 мм. Витяжка здійснюється на ексцентрикових,
кривошипних пресах, кривошипно-шарнірних пресах простої дії,
кривошипних пресах подвійного дії, гідравлічних пресах і штампах
різних типів і конструкцій.
Трудомісткість процесу і спосіб витяжки залежать від
матеріалу і конструктивного оформлення виготовленої деталі 5
(співвідношення розмірів, що характеризують поперечний переріз і
висоту деталі, радіусів сполучення дна, стінок і фланця, конфігурації
фланця).
34
Для витяжки деталей з тонкого матеріалу з широким фланцем,
коли необхідно витримати рівномірний притиск під час усього ходу
пуансона і запобігти занадто сильний затиск заготовки, застосовують
притиски з обмежувачем. Обмежувачем притиску заготовки служать
опори, прокладки або кільця, змонтовані на матриці або притиску.
Зазор між матрицею приймають від (0,05…0,1) S до 1,1 S.
Рис. 3 – Схема операції витяжки
Конструкція деталі така, що після витягування і надання
небхіднорї форми порожнини заготовці необхідно провести
відбортування – операцію листового штампування, в результаті якої
пластичною деформацією вихідної плоскої заготівки утворюють
борт по контуру заздалегідь пробитого в ній отвору або по
зовнішньому контуру. У першому випадку відбортування
здійснюють загостреним пуансоном в матриці за рахунок вигину і
розтягування стінки заготівки довкола заздалегідь пробитого в ній
отвору, отримують циліндровий борт. У другому випадку борт по
зовнішньому контуру заготівки отримують методом штампування
гумою. Такий борт зазвичай має гофри (вигини), для усунення яких
потрібне доведення уручну або в штампі.
35
Рис. 4. – Схема операції відбортовка:
1 – заготовка; 2– стоншення бортів; 4 – матриця; 5 – пуансон
Як видно з рис. 2 деталь містить чотири подовгасті рельєфні
формовки. Рельєфна формовка являє собою зміну форми заготовки,
що полягає у освіті місцевих заглиблень і опуклостей за рахунок
розтягування матеріалу (рис. 5).
Рис. 5 – Формування ребра жорсткості і напівсферичних
поглиблень
Окрім місцевих заглиблень і опукло-увігнутих рельєфів
формовкою отримують малюнки і ребра жорсткості. Раціонально
виконані ребра жорсткості дозволяють істотно підвищити
жорсткість плоских і неглибоких штампованих деталей, з'являється
можливість зменшення товщини заготовки і її маси. Застосування
формовки взамін витяжки при виготовленні неглибоких деталей з
фланцем дозволяє отримати економію металу внаслідок зменшення
поперечних розмірів заготовки. Підвищення міцності, отриманої в
результаті деформаційного зміцнення, перевершує зменшення
міцності внаслідок стоншення заготовки в зоні деформації.
Форма пуансона суттєво впливає на місце розташування
джерела деформації. При деформуванні напівсферичним пуансоном
зона пластичної деформації складається з двох ділянок: ділянки що
контактує з пуансоном і вільної ділянки, на якій відсутні зовнішні
навантаження.
Формовкой циліндричним пуансоном з плоским торцем
(рис. 6) можна отримати заглиблення висотою (0,2…0,3) діаметра
пуансона. Для отримання більш глибоких порожнин застосовують
36
формовку з попередніми набором металу у вигляді кільцевого
виступу (рифта), а при штампуванні деталей їх алюмінієвих сплавів диференційований нагрів фланця.
Заготовка при формуванні частково обтягається по пуансону, а
частково по матриці, тому глибина матриці повинна бути більше
висоти ребра або поглиблення, а радіус кутового ділянки пуансона
істотно менше радіуса округлення кромки матриці інакше можлива
поява пережимів стінок формуючої деталі, що призводять до тріщин
і непоправному браку. Формовку можна здійснювати еластичною і
рідинної середовищем (штампування гумою, поліуретаном,
застосовуваним в дрібносерійному виробництві: літакобудуванні,
вагонобудуванні, приладобудуванні, радіотехніці) рідинна формовка
- гофрованих тонкостінних осеметричних оболонок (компресорів в
системах трубопроводів і в якості чутливих елементів приладів).
Рис. 6 – Формування циліндричним пуансоном з плоским
торцем і формовка з попередніми набором
Кільце притискне являє собою складну просторову
конструкцію, яка має пробиті і витяжгнуті контури простої
конфігурації, розташовані у різних площинах. В якості матералу
кільця притискного запропоновано взяти нержавіючу немагнітну
сталь 04Х18Н10 (AISI 304L) у вигляді стрічки.
Нержавіюча стальна стрічка призначена для штампування
деталей широкої сфери застосування. AISI 304L являє собою
основний сорт в сімействі нержавіючих сталей і містить мінімум
18% Cr і 10% Ni. Такий вміст Cr забезпечує формування на поверхні
оксидного шару, що надає сталі стійкість до впливу різноманітних
хімічних речовин. Також дане співвідношення елементів у складі
сплаву дозволяє йому виявляти антиферомагнітні властивості.
37
AISI 304L, будучи надзвичайно міцною, пружною і
пластичною, з легкістю знаходить безліч застосувань. Типові дії
включають згин, формування контуру, волочіння, ротаційну витяжку
і інші. У процесі формовки можна використовувати ті ж машини і,
найчастіше, ті ж інструменти, що і для вуглецевої сталі, але тут
потрібно на 50…100% більші зусилля. Це пов'язано з високим
ступенем зміцнення при формуванні аустенітної сталі.
Сталь використовується в безлічі областей діяльності людини,
а її відмінна температурна стійкість і антикорозійні властивості є
головними перевагами перед іншими марками сталі. Перерахуємо
лише деякі області застосування нержавіючої сталі марки AISI 304L:
різні галузі промисловості, де сталь використовується при
виготовленні металопрокату і металевих конструкцій; резервуари і
контейнери, а також труби для зберігання і транспортування різних
видів рідин, у тому числі і питної води, що дозволяє
використовувати її для виготовлення деталей побутових лічильників
води.
Хімічний склад марки сталі 04Х18Н10(304 L) у відсотках
наведено у таблиці 1.
Таблиця 1
Марка
C
Mn Ni
S
P
Cr
Cu Fe
04Х18Н10 ≤ 0,08 ≤ 2 8…10,5 ≤ 0,03 ≤ 0,045 18…20 ≤ 1 66,3…74
Механічні властивості марки сталі 04Х18Н10(304 L) наведено
у таблиці 2.
Марка
04Х18Н10
Межа
Відносне
міцності видовження
МПа
%
490
45
Таблиця 2
Твердість, Межа текучості,
МПа
МПа
179
>200
На ескізі кільця притискного наведені всі необхідні дані, які
характеризують розміри конструктивних елементів деталі, а також
відстані між ними.
38
Найбільш повне уявлення про придатність конкретного металу
до штампування може бути отримано після технологічних
випробувань. Незважаючи на різницю в характері деформацій, про
можливості витяжки або формовки судять за результатами
випробувань при найбільш несприятливою для пластичної
деформації схемою напруг, наприклад, в умовах двовісного
розтягування.
Було поставлено завдання порівняти експериментальні
результати випробувань плоских зразків з ділильною сіткою за
методом Еріксена на граничну штампованість з розрахунковими
даними, отриманими методом кінцево-елементного аналізу.
Вживаний в промисловості класичний метод випробування на
формовку сферичної лунки по Еріксену формально оцінює здатність
листового металу до деформування за схемою, близькою до
двовісного розтягування і пов'язаної зменшенням товщини заготовки
по глибині лунки.
Для експерименту були обрані зразки з різним діаметром
переходу сферичної частини заготовки у фланцеву.
Було проведено комп'ютерне моделювання формовки
сферичної лунки в програмному забезпеченні FormingSuite,
заснованому на методі скінченних елементів (МСЕ). Механічні
властивості сталі 04Х18Н10 (AISI 304L) в FormingSuite були задані
близькими до реальних.
Для оцінки граничного формозміни листової заготовки, що
закінчується руйнуванням матеріалу, використовують діаграми
граничних деформацій Келлера-Гудвіна, які показують всілякі
співвідношення величин головних деформацій при одно- і
двохосьовому напруженому станах [4, 7].
Келлер С.П. і Гудвін Г.М. запропонували оцінювати
штампованість не по моменту закінчення рівномірної деформації, а
по закінченню зосередженої деформації листового металу, тобто по
руйнуванню. Келлер С.П. помітив, що між змінами ортогональних
один до одного деформацій, в момент руйнування існує зв'язок. За
експериментальними даними були побудовані графічні залежності,
названі діаграмами граничних деформацій при руйнуванні
заготовки. Діаграми Келлера-Гудвіна відображають межі граничних
деформацій, тобто геометричне місце точок таких сполучень
головних деформацій, які діють в площині заготовки, які
39
відповідають моменту початку локалізації вогнища пластичної
деформації або руйнування.
На діаграму граничних деформацій впливають такі фактори, як
товщина зразка, межа міцності і межа плинності матеріалу,
деформаційне зміцнення і анізотропія.
У результаті комп'ютерного моделювання МСЕ [7]
стандартного зразка для випробування на глибину сферичної лунки
була отримана діаграма граничних деформацій Келлера-Гудвіна
(рис. 7). Лінія початку відмови 8 розділяє діаграму граничних
деформацій на дві зони: безвідмовну - нижче лінії 8 і зону відмови 7
- вище цієї лінії. Точки, що знаходяться вище лінії 8, означають
руйнування матеріалу зразка. Безвідмовна зона складається з п'яти
областей, які позначають різні стани заготовки: ризик обриву 1,
освіта шийки 2, без дефектність 3, ризик 4, складкоутворення 5.
Рис. 7 – Діаграма граничних деформацій при розриві
На вертикальній осі координат відкладена перша головна
деформація Ɛ1, на горизонтальній осі відкладена друга головна
деформація Ɛ2. Кожна область зразка, розбита методом кінцевих
елементів, відображена на діаграмі точкою з відповідними їй
значеннями логарифмічних деформацій. Безліч точок утворюють
криву 6.
Для порівняльного аналізу даних, отриманих розрахунковим
методом, були проведені кілька випробувань на формовку сферичної
лунки по методу Еріксена з нанесенням ділильної сітки (рис. 8) для
зразка заданої товщини на приладі моделі МТЛ-10 Г. Кругова
40
ділильна сітка необхідна для отримання грубих значень деформацій
при розриві лунки і при утворенні шийки. Для підвищення точності
була нанесена квадратна сітка, однак при розрахунках враховували
окружності, які були вписані в кожну клітинку. Сітку розміром
2×2 мм, глибиною не більше 0,05 мм наносили методом дряпання на
інструментальному мікроскопі в спеціальному пристрої. Необхідно
відзначити, що при глибоких рисках, що перевищують 0,1 мм, при
формуванні купола руйнування йде по цих рисках раніше
можливого.
Товщину стінки отриманого купола вимірювали від вихідної
до його центральної частини за допомогою голчастого мікрометра
(ГОСТ 6507-90 з похибкою не більше 0,01 мм), інші розміри купола
заміряли штангенциркулем (ГОСТ 166-89 з похибкою не більше
0,1 мм).
Рис. 8 – Зразок після випробування на формовку лунки:
а – моделювання за допомогою МСЕ; б – експериментальне
випробування
Як показали вимірювання, найбільше стоншення заготовка
зазнає на стику сферичного сегмента 2 з усіченим конусом 1 (рис. 8,
б), де потім відбувається утворення «шийки», розташованої уздовж
паралелі купола, після чого спостерігається руйнування матеріалу.
Логарифмічні деформації Ɛ1, Ɛ2, Ɛ3 для конкретного осередку
можуть бути обчислені за формулами (1), (2), (3) (4):
D
(1)
1  ln(1  e1 )  ln 1 ,
D0
D
(2)
 2  ln(1  e2 )  ln 2 ,
D0
41
 3  ln(1  e3 )  ln
h1
,
D0
(3)
де D0 - діаметр вписаного в осередок кола до деформації; D1 більший діаметр еліпса після деформації; D2 - менший діаметр еліпса
після деформації; h0 - товщина листа під вічком до деформації; h1 товщина листа під осередком після деформації.
Щоб підрахувати головні деформації в комірці, необхідно
отримати розгортку цього осередку і знайти значення істинних довжин
діаметрів вписаного кола після деформації.
Моделювання з використанням МСЕ проводили в програмному
комплексі FormingSuite 2013 з використанням інтегрованого модуля
LS-DYNA.
LS-DYNA є універсальним програмним продуктом, що базується
на методі кінцевих елементів і дозволяє моделювати складні реальні
проблеми. Він використовується в автомобільній, аерокосмічній,
будівельної,
військової,
виробничої
та
біоінженерних
промисловості. LS-DYNA оптимізована для операційних систем з
загальною та розподіленою пам'яттю Unix, Linux, Windows [8, 9].
Отримані усереднені значення деформацій відзначені на діаграмі
граничних деформацій (рис. 9).
Рис. 9 – Експериментальні значення граничних деформацій,
накладені на графік (діаграма Келлера-Гудвіна)
42
Аналізуючи діаграму Келлера-Гудвіна для витягування кільця
притискного зі сталі 04Х18Н10(304 L) бачимо, що процес
витягування відбуватиметься без руйнування з достатнім запасом
міцності. В той же час фланцева частина заготовки піддається
значним стискальним напруженням. Тому при розрахунку зусилля
притискання заготовки приймаємо більші значення з діапазону
зусиль притискання.
Безпечність процесу витяжки підтверджує і розподіл зон
безпеки (рис. 10).
Рис. 10 – Зони безпеки при штампуванні кільця притискного
Як видно з рисунка, переважна частина деталі цілком
знаходиться в зоні безпеки, і лише у фланцевій частині розташовані
значні площі зон із високою ймовірністю складкоутворення.
Моделювання процесу витягування з низькими та достатніми
значеннями зусилля притискання наведено на рис. 11. З рисунка
видно, що низькі значення зусилля притискання не здатні стримати
складкоутворення (рис. 11, а), а високі значення сприяють
утворенню заготовки із достатньою якістю поверхні і відсутності
значного складкоутворення (рис. 11, б).
43
1а
2а
3а
1б
2б
3б
Рис. 11 – Моделювання процесу витягування з недостатнім
зусиллям притискання (1) та з достатнім зусиллям (2) при ході
пуансона:
а – 20 %; б – 50 %; в – 90 %
При проектуванні технологічного процесу звертаємо увагу на
те, що пластичність матеріалу повинна забезпечити необхідні
пластичні деформації заготовки. Їх визначаємо, також, з
використанням програми FormingSuite 2013 (рис. 12).
Рис. 12 – Розподіл еквівалентних деформацій
44
Як видно з рис. 12 мінімальні значення еквівалентної
деформації складають 2,99 %, а максимальні – 32,98 %.
Як видно з таблиці 2 відносне видовження сталі 04Х18Н10
складає 45 %. Таким чином необхідний рівень пластичності в
процесі витягування забезпечено повністю.
Як правило, в процесі витягування поблизу донної частини
деталі та поблизу фланцевої частини діють значні розтягувальні
напруження, що призводить до значного потоншення стінок
заготовки та до можливого руйнування заготовки. Змодельовану
товщину стінок заготовки наведено на рис. 13. Початкова товщина
матеріалу складала 2,0 мм. В процесі витягування придонна частина
заготовки потоншала до 1,72 мм, а фланцева потовстішала до
2,16 мм.
Рис. 13 – Товщина стінок заготовки в процесі витягування
Також визначали розподіл першої та другої головних
деформацій. Вони представлені на рис. 14. Як видно з рис. 14 перші
головні деформації знаходяться в межах від -1,49 до 32,41 %. Другі
головні деформації знаходяться в межах від -17,54 до 6,72%.
45
а
б
Рис. 14 – Розподіл перших (а) та других (б) головних
деформацій
46
Технологічний процес листового штампування включає
технологічні операції, в результаті виконання яких відбувається
поступове перетворення основного матеріалу в готові вироби
(деталь) [10]. В якості матеріалу вихідної заготовки для листового
штампування найбільш широко застосовують листи, штаби, стрічки,
фасонний прокат. При заданих параметрах, які випливають з
конструкції і розмірів штампувальної деталі і частково визначаючих
сортамент основного матеріалу, кінцевий його вибір здійснюють на
основі економічного аналізу можливих варіантів і визначення
оптимального.
Пошук оптимального варіанту розкрою і розрахунок
коефіцієнта використання матеріалу виконують в такій
послідовності. Спочатку приймають рішення про використання
безвідходного, маловідходного розкрою чи розкрою з відходами.
Дане рішення залежить від потрібної точності деталі, ступеня
складності її форми, товщини матеріалу. Потім визначають величину
перемичок в залежності від габаритних розмірів заготовки, виду і
товщини матеріалу. Далі вибирають тип розкрою: прямий, похилий,
зустрічний, комбінований. Визначивши оптимальне розташування
заготовки на площині смуги, визначають ширину полоси. По
розрахованій ширині смуги визначають кількість смуг, які
отримують з листа із заданими розмірами, і кількість заготовок, що
отримують зі смуги. Потім визначають загальну кількість заготовок
з листа.
В якості основного матеріалу вибираємо стрічку з нержавіючої
сталі 04Х18Н10 ГОСТ 5632-72 товщиною 2 мм.
Визначаємо коефіцієнт використання металу як відношення
площі деталі до площі необхідного металу (добуток ширини стрічки
на крок подачі). Розрахунок проведено в програмі FormingSuite.
Коефіцієнт використання матеріалу становить 0,755, що є достатнім
значенням.
Отже раціональний варіант технологічного процесу листового
штампування кришки притискної буде мати такий вигляд:
005 Транспортувальна
Транспортувати рулони на дільницю
Кран – балка вантажопідйомністю 10 т.
010 Вирубування з витягуванням
Встановити рулон в розмотувальний пристрій.
Заправити в правильний пристрій.
47
Заправити в валкову подачу
Штампувати в режимі одиничних ходів до заправлення в
змотувальний пристрій.
Штампувати в автоматичному режимі
015 Пробивання
Пробити отвір згідно ескізу
Обладнання – прес КД 2122 Е, зусиллями 160 кН.
020 Рельєфна формовка
Формувати отвір та ребра жорсткості витримавши розміри
згідно ескізу
Обладнання – прес КД 2126 Е, зусиллями 400 кН.
025 Вирубування
Вирубати заготовку згідно ескізу
Обладнання – прес КД 2124 Е, зусиллями 250 кН.
030 Пробивання
Пробити два отвори згідно ескізу
Обладнання – прес КД 2122 Е, зусиллями 160 кН.
035 Контрольна
Контролювати розміри деталі – 1% від партії.
Наведена оптимізація технологічного процесу виготовлення
даної
деталі
можлива
при
конструюванні
необхідного
технологічного оснащення. При цьому необхідно враховувати, що за
один хід активного інструменту має бути сформована найбільша
кількість конструктивних елементів деталі.
Сучасне
листоштампувальне
обладнання
забезпечує
одержання одночасно, тобто за один хід активного інструменту,
великої кількості контурів деталі різної конфігурації. При цьому
використовуються складні інструменти – штампи з великою
кількістю матрично-пуансонних груп. Такий підхід до проектування
технологічних процесів дозволяє знизити собівартість продукції за
рахунок зменшення трудоємності обробки і економії заробітної
плати основних і допоміжних робітників внаслідок їх умовного
вивільнення. Затрати на проектування і виготовлення оснащення у
багатьох випадках компенсуються за рахунок вивільнення
обладнання, виробничих площ, матеріалів тощо. Той чи інший
варіант технологічного процесу має бути економічно обґрунтований,
тобто мають бути проведені техніко – економічні розрахунки, які
підтвердять
доцільність
використання
даного
варіанта
технологічного процесу. Для цього необхідно визначити критерії, по
48
яким проводити економічне обґрунтування. На початкових стадіях
технологічного проектування таким критерієм може бути мінімум
приведених витрат.
Приведені витрати на одиницю продукції можуть бути
обраховані за формулою:
З = С + ЕнК ,
де З – приведені витрати одиниці продукції по даному
варіанту;
С – собівартість одиниці продукції по даному варіанту
технологічного процесу;
Ен – нормативний коефіцієнт ефективності капітальних
вкладень, Ен  0,15;
К – капітальні вкладення на одиницю продукції по даному
варіанту технологічного процесу.
За даними базового підприємства собівартість одиниці
продукції складає Сб = 2,50 грн., а питомі капітальні вкладення –
Кб = 2,00 грн. Отже, приведені витрати за базовим варіантом
складають:
Зб = Сб + ЕнКб =2,50 + 0,15·2,00 = 2,80 грн.
За даними передових підприємств, що впровадили аналогічну
технологію, яка базується на принципах концентрації операцій,
досягається зниження собівартості продукції на 5...10%, при
збільшенні капітальних вкладень на 10...15%. Приймаємо граничні
значення зменшення собівартості продукції на 5%, при збільшенні
капітальних вкладень на 15%.
Отже, приведені витрати по проектному варіанту складуть:
Зпр = Спр + ЕнКпр = 2,50· 0,95 + 0,15· 2,00· 1,15 = 2,675 грн.
Економічний ефект на програму буде становити:
Е = (Зб – Зпр)N =(2,80 – 2,675)·1000000 = 125 000 = грн.
Отже, запропонований варіант технологічного процесу
економічно обґрунтований і забезпечує зменшення приведених
витрат при його впровадженні і є доцільним до запровадження у
виробництво.
В роботі запропоновано вдосконалити кришку притискну
лічильника води шляхом заміни матеріалу на нержавіючу немагнітну
сталь 04Х18Н10 (304 L). Проведено дослідження пружнопластичного стану заготовки в процесі деформування. Доведено
технологічність деталі на етапі холодного листового штампування.
49
Складено технологічний процес листового штампування
визначено основні техніко-економічні показники.
та
Література:
1. https://vk.com/club47794813
2. http://neodimagnit.com.ua/?gclid=CK-0aLr6sgCFYPUcgodaH8CxQ
3. Metal forming handbook / Schuler. – Berlin ; Heidelberg; New York;
Barcelona; Budapest; Hong Kong; London; Milan; Paris; Santa Clara; Singapore; Tokyo:
Springer, 1998.
4. Metal Forming: Mechanics and Metallurgy (Paperback) by William F. Hosford,
Robert M. Caddell. – 4th edition. – Cembridge university press, 2014.
5. Sheet metal stamping dies. Die design snd die-making practice. Vukota
Boljanovic. – New York: Industrial press, 2013
6. Теория пластических деформаций металлов / [Унксов Е.П., Джонсон У.,
В.Л. Колмогоров и др.]; под. ред. Е.П. Унксова, А.Г. Овчинникова. – М.:
Машиностроение, 1983. – 598 с.
7. Marcal P.V. and King I.P. Elastic-plastic analysis of two-dimensional stress
systems by the finite element method. Int. J. Mech. Sci., 9(1967). – C. 143-155.
8. http://www.lstc.com/products/ls-dyna
9. http://www.oasys-software.com/dyna/en/software/ls-dyna.shtml
10. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. – 6-е изд.,
перераб. и доп.. – Л. Машиностроение, 1979. – 520 с.
Автор: Івандюк Анастасія Сергіївна, магістрант
кафедри матеріалознавства
та
пластичного
формування
конструкцій
машинобудування
Луцького національного технічного університету,
м. Луцьк, Україна
Науковий керівник: Фещук Юрій Петрович, к.т.н.,
доц. кафедри матеріалознавства та пластичного
формування
конструкцій
машинобудування
Луцького національного технічного університету,
м. Луцьк, Україна
Сфера наукових інтересів: матеріали для
холодного листового штампування, дослідження
мікроструктури
деформованих
матеріалів,
інтенсифікація процесу витягування.
Зв’язок з автором: [email protected]
50
51
УДК 620
Тетяна Кокоша
Луцький національний технічний університет
ВИКОРИСТАННЯ МЕХАНІЗМІВ ПАРАЛЕЛЬНОЇ
СТРУКТУРИ ДЛЯ ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ
ТЕХНОЛОГІЧНОГО ОБЛАДНАННЯ
У статті виконано оцінку функціональних можливостей технологічного
обладнання на основі механізмів паралельної структури, досліджені можливості
застосування механізмів паралельної структури у робото-технічних вимірювальних
системах, виконана оцінка передумов розширення області практичного
використання механізмів паралельної структури.
Ключові слова: верстат, інструмент, моделювання, формоутворююча
система, координатний код.
In the article the estimation process equipment functionality based mechanisms of
parallel structure, mechanisms explored the possibility of parallel structures in the work
and technical measuring systems, the estimation of prerequisites for expanding the
practical application of mechanisms of parallel structure.
Key words: machine tool simulation, formative system, coordinate code.
В
статье
выполнена
оценка
функциональных
возможностей
технологического оборудования на основе механизмов параллельной структуры,
исследованы возможности применения механизмов параллельной структуры в
робототехнических измерительных системах, выполнена оценка предпосылок
расширения области практического использования механизмов параллельной
структуры.
Ключевые слова: станок, инструмент, моделирование, формообразующие
система, координатная код.
Оцінка функціональних можливостей технологічного
обладнання на основі МПС.
Сьогодні ми можемо спостерігати підвищений інтерес до
функціональності ВПК, і як правило, його багатофункціональність
стає визначальним фактором при виборі верстата. Більшість
верстатобудівних фірм включає в нові моделі токарних верстатів
можливість виконувати фрезерування поверхонь, у тому числі,
складнопрофільних, шліфування, переважно чистове, свердління,
зубонарізування, вимір і ряд інших операцій. Перший токарний
верстат моделі V100 на основі МПК зі штангами змінної довжини
розроблений фірмою Index-Werke і представлений на міжнародній
виставці METAV'2000. У цьому верстаті шарнірно-стрижневі МПС
52
використані для формоутворюючих рухів шпиндельної бабки з
токарним затискним патроном для заготовок. Робочий простір
верстата V100 обмежено зоною 250 х 250 х 150 мм при
максимальному діаметрі деталі 130 мм.
При обробці масивних деталей для поліпшення динамічних
характеристик, особливо при високошвидкісній обробці, доцільно
для токарних операцій зберегти жорстку нерухому або рухому (при
необхідності) бабку, а шарнірно – стрижневі МПС використати для
формоутворюючих
рухів
супорта
з
інструментом
(або
інструментальною системою).
У випадку гостріння довгомірних деталей необхідно
збільшувати робочий простір. Із цією метою, потрібно сполучити
результуючу траєкторію вершини інструмента з кінематичними
властивостями й з'єднати обсяг рухів зі структурою верстата. Таким
чином, можна задати потрібний ступінь вільності ВО для виконання
токарним верстатом багатофункціональних завдань і розділити їх
між традиційною й паралельною структурами. У результаті виходить
компонування токарного багатоцільового верстата, де за рахунок
твердих кінематичних зв'язків у вигляді штанг постійної довжини
через шарнірні з'єднання окремого механізму поздовжньої подачі з
відповідною точкою на корпусі рухливої платформи, відбувається
самоорієнтація осі револьверної головки з інструментом.
Для поздовжньої подачі нижніх кінців кожної штанги по
напрямних верстата використаються кулькові гвинтові передачі.
Короткі технологічні рухи з високою динамікою можуть бути
реалізовані за допомогою паралельної структури в сполученні із
традиційною кінематикою, що дозволяє використати всю робочу
зону.
Керування подачею й орієнтацією різального інструменту
виконується комплексно системою програмного керування (ЧПК)
від чотирьох крокових двигунів, кожний з яких задає рух окремого
механізму поздовжньої подачі, установленими шарнірами нижніх
кінців штанг рухливої платформи. У результаті керованого руху
нижніх кінців штанг відбувається переміщення й обертання рухливої
платформи щодо координатних осей верстата X, Y, Z. Зміна
положення нижнього кінця однієї зі штанг залишає без змін
положення інших штанг, хоча й викликає зміну положення в
просторі рухливої платформи, на якій установлений інструмент. При
одночасному русі нижніх опор чотирьох штанг у будь-якій
53
комбінації з різним значенням поздовжньої подачі й напрямком
відбувається складний рух й орієнтація інструмента за рахунок того,
що корпус рухомої платформи самовстановлюється у відповідне
положення в координатному просторі верстата. Таким чином,
рухома інструментальна платформа може мати від чотирьох до
шести ступенів вільності щодо системи координат верстата й
управляється переміщенням тільки по координаті Z нижніх кінців
штанг постійної довжини, шарнірно пов'язаних із приводом подач.
Кожна штанга постійної довжини є твердою кінематичною ланкою,
що управляється приводом подачі по напрямних верстата й зв'язана з
корпусом рухливої платформи що несе інструмент.
Оцінка можливостей застосування МПС у робото
технічних вимірювальних системах.
Технологічне обладнання з МПС (ТОПК) відрізняється від
традиційного можливістю виконання на ньому не тільки операцій
обробки та складання, а й випробування та контролю виробів без
транспортних операцій, що значно підвищує продуктивність,
поліпшує якість виробів, а також підвищує культуру виробництва.
Застосування ТОПК, що має необхідний рівень мобільності зміни
технологічних функцій, починаючи зі зміни інструмента (в тім числі
й вимірювального) у процесі виготовлення виробу і закінчуючи
адаптивним керуванням цим процесом, є принципово новим
вирішенням проблеми підвищення якості виготовлення машин у
специфічних умовах гнучкого багатономенклатурного серійного
виробництва.
ТОПК має значно ширші технологічні можливості у
порівнянні з традиційними верстатними системами внаслідок його
побудови на принципово нових концепціях:
– використання багатофункціональних та багатопоточних
стержневих механізмів паралельної структури (рис. 1) дозволяє за
допомогою одного механізму виконувати транспортні, установчі та
технологічні операції;
– застосування вбудованих високомоментних приводів і
швидкодіючої обчислювальної техніки робить можливим керування
технологічними переміщеннями виконавчого органа механізму та
компенсацію пружних переміщень під дією сил різання, чим
забезпечує стійку роботу технологічної машини при нестійкому
положенні механізму;
54
– використання вбудованих систем контролю сприяє
створенню технологічних систем із елементами штучного інтелекту,
що дозволяє автоматизувати операції, що виконуються вручну.
Рис. 1. Кінематична схема l-координатного робота
1 – нерухомий елемент;
2–
виконавчий
орган-об‘єкт
маніпулювання; 3 – кінематичний ланцюг; 4 – лінійний привод
Для
транспортування,
маніпулювання,
орієнтації
та
позиціювання об’єктами призначені різноманітні за кінематичною
структурою, компонуванням та конструктивним виконанням
робототехнічні системи. Сучасні моделі маніпуляторів побудовані на
основі l-координатних механізмів паралельної структури (рис. 1, 2),
вихідний орган яких переміщується приводами, що регулюють
відстань між заданими точками рухомої та нерухомої платформ. У
таких
роботехнічних
системах
шість
ступенів
свободи
забезпечуються шляхом лінійних переміщень виконавчих
кінематичних ланцюгів, що реалізують відповідний закон руху
(рис. 1).
55
Рис. 2. Об‘єкт маніпулювання, що використовується як вихідна
ланка: 1 – нерухомий елемент; 2 – виконавчий орган-об‘єкт
маніпулювання; 3 – кінематичний ланцюг; 4 – лінійний привод
Робот складається з основи (нерухомої платформи) 1,
виконавчого органу 2, з’єднаних попарно шістьма штангами 3.
Довжина кожної штаги регулюється індивідуальним лінійним
приводом 4. Конструкція робота значно спрощується шляхом
використання усіх шести штанг з приводами аналогічного
виконання. На виконавчому органі робота можна закріпити
необхідний пристрій у залежності від виду робіт, що виконуються.
Для вирішення практичних завдань доцільним є закріплення
шарнірів штанг безпосередньо до об’єкту маніпулювання (рис. 7.16).
Конструкція такого механізму дає можливість формувати робочий
простір та його робочу зону згідно з особливостями технологічного
процесу та конструктивною формою об’єкта маніпулювання.
Створений l-координатний робот з 24-ма ступенями свободи
(рис. 3), який складається з чотирьох однотипних модулів і внаслідок
високої маневреності може виконувати різноманітні технологічні
операції. Робот має послідовне осьове компонування модулів. Такий
робот із дискретними приводами має 224 положень у просторі. Якщо
послідовно включати приводи з інтервалом через одну секунду,
необхідно більше 30 років на здійснення усіх можливих положень
виконавчого органа у просторі.
56
Рис. 3. l-координатний робот із 24-ма ступенями свободи
До складу робота входять чотири послідовно з‘єднані
шестикоординатні модулі A, B, C, D паралельної структури. Кожний
модуль має рухомий та нерухомий елементи, що шарнірно зв‘язані
кінематичними ланцюгами, зміна довжини яких реалізується
лінійними приводами.
Широкі можливості синтезу різноманітних робототехнічних
систем на основі сукупності однотипних модулів відкривають нові
перспективи вирішення проблеми “несумісності” універсальних
роботів із різними видами технологічного обладнання.
Схема робота із системою керування в абсолютних
координатах зображена на рис. 4.
Робот містить кінематичні ланки 1, з‘єднані між собою
обертальними кінематичними парами 2. У кожній парі є привод,
який здійснює відносний рух (поворот) зв‘язаних ланок. Поточне
положення у просторі вихідної ланки 9 характеризується
координатами l1=aA; l2=aB; l3=aD; l4=dB; l5=dD; l6=bD. Точки A, B, D
належать базі 4, а точки a, b, d – вихідній ланці.
57
Рис. 4. Схема робота із системою керування в абсолютних
координатах
Система зворотного зв‘язку є сукупністю шести пристроїв для
вимірювання лінійних переміщень, які отримують інформацію щодо
координат l1, l2,…, l6. Кожний такий пристрій містить струну 6 та
датчик 8 (типу автоматичної рулетки) для вимірювання поточної
довжини струни або апаратуру для безконтактних вимірювань
(наприклад, лазерну або ультразвукову). У процесі переміщення
вихідної ланки інформація про поточні координати l1, l2, …, l6
надходить у блок 3. Одночасно з блока 11 програми, яка задає рух
вихідної ланки, у блок 5 надходить інформація про відносні
положення ланок, на підставі якої розраховуються задані значення
l1* , l 2* , …, l 6* . У блоці 7 з урахуванням
*
*
*
координат l1, l2, …, l6 и l1 , l 2 , …, l 6 визначається неузгодженість
поточних координат
між поточними заданими та фактичними положеннями вихідної
ланки. Після цього у блоці 10 визначаються ланки, переміщенням
яких може бути ліквідована ця неузгодженість. Дані з блоків 10 та 11
надходять у блок 12, у якому формується програма керування
приводами ланок.
Розвиток машинобудування висуває нові вимоги до
автоматизації процесів контролю, що обумовлює значне зростання
58
швидкодії КВМ та забезпечення їх високих маніпуляційних
властивостей. Роботи з паралельною кінематикою можуть
здійснювати маніпуляції як із контрольно-вимірювальною
оснасткою, так і з підконтрольними виробами. Прикладами такого
обладнання є верстат-пентапод мод. Р-800 німецької фірми Мetrom,
верстати-гексаподи мод. РМ-600 японської фірми Okuma і ТМ-1000
АО “Лапик” (Росія), верстатні столи-гексаподи мод. Hexabot
американської фірми Hexel Corporation, а також верстати-триподи
ряду зарубіжних фірм.
Основним компонентом верстата-гексапода мод. COSMO
CENTER PM-600 є шестикоординатний механізм паралельної
структури (рис. 5, 6), штанги 2 якого виконані у вигляді кульковогвинтових пар та інтегровані у порожнистий привод, корпус якого
з‘єднаний із базовою конструкцією верстата 1 через опорні
шарніри 4.
Рис. 5. Загальний вигляд верстата-гексапода мод. COSMO
CENTER PM-600 фірми OKUMA (Японія)
Така конструкція кінематичних ланок не обмежує
максимальну довжину штанг, що дозволяє значно збільшити розміри
59
робочого простору та забезпечити швидкість переміщення штанг до
120 м/хв із прискоренням до 15 м/с2. Частота обертання шпинделя з
потужністю привода 7 кВт досягає 30000 об/хв. Виконавчий орган
може повертатися у межах робочого простору на кут до 25о від
вертикальної осі. Верстат можна використовувати і як КВМ.
Технологічний модуль АО "Лапик" (Росія) забезпечує
виконання в єдиному комплексі функцій багатоцільового
технологічного обладнання та КВМ. На ньому можна виконувати
операції фрезерування, розточування, свердління, розмітку та
вимірювання деталей. Модуль можна за 10 хвилин без спеціального
переналагодження перетворити у КВМ.
Рис. 6. Структура верстата-гексапода моделі COSMO CENTER
PM-600
Обробний центр моделі ТМ-1000 (рис. 7) АО "Лапик" має
шість трубчастих опорних штанг, які розташовані на робочому столі
та попарно зв‘язані верхньою частиною і створюють три
60
кронштейни, що з‘єднані між собою іншими трубчастими
елементами та утворюють таким чином опорну раму. На рамі
встановлені шість телескопічних штанг, приводні електродвигуни
постійного струму та фрикційні приводи.
Для кожної штанги передбачена система зворотного зв‘язку на
основі лазерного інтерферометра, який зв‘язаний з верхньою
платформою та шпинделем або вимірювальним щупом. У
останньому випадку використо-вуються гелій-неонові лазери та
оптоволоконні світловоди, завдяки чому точність позиціювання
виконавчих органів відносно координатних осей досягає 0,8 мкм.
Рама верстата та його штанги з‘єднується за допомогою
універсальних шарнірів, які забезпечують їх одночасне вертикальне
та бокове переміщення. Штанги змонтовані на опорній рамі верстата
і з‘єднані з платформою.
Рис. 7. Загальний вигляд обробного центра мод. ТМ-1000АО
“Лапик”
Для збільшення зносостійкості замість зубчастих передач
використовують шарніри та фрикційні приводи. Команди на
переміщення можуть бути задані у кодах ISO або на спеціальній
мові.
61
Платформа може виконувати наступні базові рухи: переміщення
до заданої точки або на задану відстань при одночасному повороті у
задане положення; поворот у задане положення або на заданий кут без
переміщення; переміщення точки, розташованої на платформі, відносно
заданої гвинтової лінії з одночасним обертанням відносно цієї лінії.
Вантажопідйомність кожної штанги досягає 750 Н.
Система керування верстатом має функцію саморегулювання, яка
забезпечує його стабільну точність завдяки усуненню похибок,
викликаних природними деформаціями конструкції. Після введення
вихідних даних у систему керування компенсуються похибки з
урахуванням температури, вологості та атмосферного тиску.
Експлуатація подібних верстатів показала їх високу ефективність
при обробці складнофасонних поверхонь елементів крил літаків, пресформ, штампів. Маса цих верстатів 2,5...3,5 т, розміри робочого
простору до 1000×700×500 мм. Кут повороту відносно осей координат
не перевищує 45о; точність позиціювання вузлів становить 0,8...1,4 мм.
КВМ за конструкцією аналогічні технологічному обладнанню.
Довжина деталей, які на них вимірюються, не перевищує 1000 мм.
Головна задача гнучкої автоматизації у єдиному виробничому
циклі – ефективне використання інтелектуальної праці за рахунок
застосування верстатів з ЧПУ у сполученні з роботизацією і
комп’ютеризацією управління. Розвиток перспективних технологій на
основі гнучких виробничих систем (ГВС) сформував новий науковий
напрямок, що одержав назву мехатроніка (механіка і електроніка), яка
послужила основою створення технологічного обладнання з
паралельною кінематикою.
Оцінка передумов розширення області практичного
використання МПС.
Відтоді, як ВПК набутили промислового застосування, стало
очевидно, що ці верстати мають певну перспективу, що дозволяє їм
конкурувати в майбутньому з верстатами традиційної конструкції.
Однак інтенсивний розвиток цих верстатів тільки починається, тому в
деяких областях, де традиційні верстати впритул наблизилися до своєї
технічної й економічної межі (що характерно, наприклад, для
стандартних
багатоцільових
верстатів),
ВПК
поки
неконкурентоспроможні. У той же час, результати дослідження
прикладів успішного використання цих верстатів показали, що коли
вони були зосереджені в «вузьких місцях», для верстатів традиційної
конструкції, те це дозволило їм виявити свої якості найкращі з
62
технологічної точки зору якості, і одночасно уникнути властивих таким
верстатам недоліків. Проте, зовсім очевидна необхідність проведення
подальших досліджень і розробок ВПК для того, щоб істотно
розширити область їхнього практичного використання. При цьому
варто звернути увагу на наступні моменти:
Оскільки прогнозувати конструкцію й продуктивність ВПК
складніше, ніж традиційних верстатів, для вибору відповідної
кінематики й оптимізації його конструкції необхідно скористатися
ефективними інструментами стосовно до рішення завдання
спеціального застосування цього верстата, ефективно використовуючи
тим самим його концептуальні можливості, наприклад модульность або
здатність до зміни конфігурації.
ВПК, як відомо, містять у собі чимало щодо нових компонентів,
наприклад шарнірів, які з однієї сторони є звичайними компонентами,
яких чимало на будь-якому ВПК, але з іншої сторони (ключовими для
одержання високої продуктивності верстата. Тому дуже важливо їхнє
постійне вдосконалювання, що веде, зокрема, до істотного підвищення
лінійної твердості верстата з обліком, зрозуміло, вартості цих
компонентів.
Динамічні характеристики ВПК нерідко не відповідають
очікуванням споживачів. Для поліпшення цих характеристик і
досягнення високих швидкостей переміщень по координатах у
сполученні з високою точністю цих переміщень, нелінійну динаміку
ВПК, а також вплив стиків у шарнірах варто закладати в програми
керуючих контролерів.
Такі операції як калібрування ВПК й оцінка його геометричної
точності необхідно прагнути проводити безпосередньо в цеху,
дозволяючи тим самим сполучати їх з такими ж операціями,
проведеними у верстатів традиційної конструкції.
Внаслідок невисокої складності своїх механічних вузлів ВПК
мають досить високий потенціал зниження вартості. Це
підтверджується тими їхніми виробниками, які успішно виступають на
ринку, зокрема фірмами SMT Tricept й Renault Automation Comau.
Однак цьому заважає висока ціна на деякі вузли цих верстатів,
наприклад
на
шарніри.
Тому
для
підвищення
їхньої
конкурентноздатності відносно вартості необхідно збільшувати
продуктивність, підвищувати обсяг випуску й рівень стандартизації
комплектуючих.
63
Оцінка шляхів оптимізації роботи верстатів з МПС.
У цей час, як відзначено в доповіді Т. Трайба (T. Treib)
«Практичне застосування верстатів з паралельною кінематикою»
найбільш успішно зазначені вимоги виконують досить широко
застосовувані в промисловості верстати фірм NEOS Robotics (на
верстатах Tricept виконують свердління, зняття заусенців,
фрезерування нескладних (і не дуже точних) автомобільних
деталей), DS Technologie (на багатоцільових верстатах Ecospeed
sprint фрезерують і свердлять цільні авіаційні деталі з алюмінію й
різних сплавів) і Index (вертикально-токарні верстати V100
призначені для гостріння й виконання інших токарних операцій).
Аналіз цих верстатів, розрахованих на число ступенів вільності від
трьох до шести й що мають обмежену універсальність, дозволив
розкрити основні причини їхнього успіху: правильний вибір
концепції й компонування, пристосованої для здійснення
конкретного кола завдань, використання характерних переваг
паралельної кінематики й запобігання її ж характерних недоліків.
Зокрема, багатоцільовий верстат Tricept цілком підходить для
виконання високошвидкісного свердління з невисокою точністю, на
верстаті V100 при обмеженні робочої зони виконують досить точні
токарні роботи, а при відсутності цього обмеження здійснюють такі
не потребуючі високої жорсткості верстата операції, як
вимірювання, завантаження й розвантаження, лазерне маркування й
т.ін..
Оцінка можливості поєднання МПС із традиційними
механізмами технологічного обладнання.
На перший план в практиці верстатобудування і
машинобудавання виступають проблеми комбінації паралельної
кінематики із традиційною (змішані рішення), число досяжних і
реально підходящих для використання ступенів волі верстата, а
також структура сервосистем. Зокрема, велике значення для
практики мають розміри робочої зони, що досягає, співвідношення
між швидкістю переміщення робочих органів, їхнім прискоренням,
типом прискорення й власних частот верстатів, а також між їх
статичною й динамічною твердістю й точністю [5, 1. Для одержання
їхнього оптимального компонування з урахуванням кінематики
окремих вузлів особливо важливо широке застосування
компьютеризованных методів проектування. У цьому зв'язку
особливий інтерес представляє доповідь Ж.-П. Мерле (J.-P. Merlet)
64
«Застосування систематичної методики оцінки й одержання
оптимальної конструкції систем з паралельною кінематикою». У
ньому розглядаються проблеми тривалого збереження точності
таких систем, у тому числі верстатів і маніпуляторів.
У доповідях, присвячених розробці нових концепцій і
конструкцій верстатів з паралельною кінематикою, розглядалися
питання конструювання реконфігуруємих (верстатів, що піддають
перекомпонуванню), одно- і багатокритеріальної оптимізації
робочого обсягу, жорсткості й власних частот таких верстатів, а
також їхньої структури, у тому числі структури комбінованих
верстатів і новий підхід до їхньої розробки. Досліджувалися також
критерії оптимізації верстатів з паралельною кінематикою (з
рухомими й з нерухомими штангами), проблеми моделювання й
оптимізації компонування гексаподів (як верстатів, так й
маніпуляторів, що мають чотири ступеня вільності.
Верстати із традиційною й паралельною кінематикою мають
свої вже відомі переваги й недоліки. Їх переваги, як повідомляється в
доповіді Б. Куфусса «Новий підхід до розробки й оптимізації
верстатів з комбінованою кінематикою», можна об'єднати, якщо у
верстатах з комбінованою кінематикою використати відкриті й
закриті кінематичні ланцюги. Із цією метою можливе застосування
геометричного або динамічного підходу. При геометричному підході
встановлюють ступені вільності, що вимагаються для виконання
верстатом конкретного завдання, і розподіляють їх відповідно між
традиційною й паралельною структурами. У результаті одержують
верстати без кінематичного резервування, наприклад Ecospeed й
Tricept. Суть цього підходу в тім, що результуючу траєкторію
вершини
інструмента
співвідносять
із
кінематичними
властивостями, й обсяг руху поєднують зі структурами верстата. В
результаті конкретне завдання обробки вирішується комбінацією
коротких швидких і довгих повільних рухів цих органів. При
фрезеруванні, наприклад, короткі рухи повинні сполучатися з піками
швидкості. У результаті короткі рухи з високою динамікою можуть
бути здійснені за допомогою паралельної структури, об'єднаної із
традиційною кінематикою, що дозволяє використати всю робочу
зону.
Література:
1.Крижанівський В.А., Кузнєцов Ю.М., Валявський І.А., Скляров Р.А.
Технологічне обладнання з паралельною кінематикою: Навчальний посібник для
ВНЗ. /Під ред. Ю.М. Кузнєцова. – Кіровоград, 2004. – 449 с.
65
2.Крижанівський В.А., Кузнєцов Ю.М., Валявський І.А., Скляров Р.А.
Технологічне обладнання з паралельною кінематикою.- Кіровоград, 2004. - 449с.
3.Обрабатывающее
оборудование
нового
поколения.
Концепция
проектирования / В.Л. Афонин, А.Ф. Крайнев, В.Е. Ковалёв и др.; Под ред.
В.Л. Афонина. – М.: Машиностроение, 2001. – 256с.
4.Оптимальный синтез схем манипуляторов промышленных роботов /
К.И. Заблонский, Н.Т. Монашко, Б.М. Щекин. – К.: Тэхника, 1989.- 150 с.
5.Параметрический синтез формообразующих систем на базе механизмов с
параллельной кинематикой. Дис.....к.т.н. 05.03.01. Хабаровск, 2005.
Автор: Кокоша Тетяна Миколаївна, магістрант,
кафедра комп’ютерного проектування верстатів та
технологій
машинобудування
Луцького
національного технічного університету, м. Луцьк,
Україна
Сфера
наукових
інтересів:
використання
механізмів паралельної структури на різних етапах
технологічного процесу, розробка пристосувань для
механізмів паралельної структури.
Зв’язок з автором: [email protected]
66
67
УДК 621
Ірина Марчук
Луцький національний технічний університет
МОДЕЛЮВАННЯ ТОЧНОСТІ ОБРОБКИ ЦИЛІНДРИЧНОЇ
ПОВЕРХНІ НА ТОРЦЕКРУГЛОШЛІФУВАЛЬНОМУ
ВЕРСТАТІ
У статті досліджені шляхом моделювання механізми досягнення високої
точності обробки поверхонь деталей на торцекруглошліфувальному верстаті.
Ключові слова: верстат, інструмент, моделювання, формоутворююча
система, координатний код.
The article explored by modeling the mechanisms to achieve high precision
machining of surfaces on tortsekruhloshlifuvalnomu machine.
Key words: machine tool simulation, formative system, coordinate code.
В статье исследованы путем моделирования механизмы достижения
высокой точности обработки поверхностей деталей на торцекруглошлифувальном
станке.
Ключевые слова: станок, инструмент, моделирование, формообразующие
система, координатная код
Рівняння
номінальної
оброблюваної
поверхні
у
формоутворюючому вигляді. Формоутворююча система (ФУС)
верстата – це сукупність базових вузлів, взаємне положення і
переміщення яких забезпечує траєкторію руху інструменту відносно
заготовки.
В
процесі
моделювання
ФУС
розрізняють
такі
характеристичні коди:
- координатний код;
- швидкісний код.
Основним в даному випадку є координатний код, який дає
можливість однозначного відтворення функції формоутворення.
Початковою ланкою формоутворення є заготовка, яка у
відносному русі є нерухомою, і їй надається індекс – 0, з нею
пов’язують систему координат S0. Кінцевою ланкою є інструмент, з
якою пов’язують систему координат SL.
Координатний код – це впорядкований перелік індексів. Запис
координатного коду починається з наступного блоку за заготовкою,
а стаціонарному вузлу надається рух заготовки.
Для
даного
торцекруглошліфувального
верстату,
із
68
спрощеною формулою компоновки, координатний код запишеться у
вигляді:
К=6314,
де l=4 – число рухомих вузлів системи.
Модель ФУС. Математична модель ФУС – це математичний
опис функціонування ФУС для забезпечення номінальної (заданої
кресленням) поверхні.
r0  A0,l  rl
- модель ФУС верстату
Для круглошліфувального верстату:
К=6314; l=4
Рис.
верстата
1.
Система
координат
торцекруглошліфувального
r0  A06,1  A13, 2  A21,3  A34, 4  r4 ,
 
 
r4  A  2  A R  A
де
формоутворюючих точок інструменту
6
A06,1
=
cos 
sin 
0
0
1
3
z2  e 4
- sin  0
cos  0
0
1
0
0
69
0
0
0
1
(1)
-
радіус-вектор
- - обертовий рух
навколо осі z,
1 0 0 0
0 1 0 0
A13, 2
=
A21,3
=
A34, 4
0 0 1 z
0 0 0 1
1 0 0 x
0 1 0 0
=
0 0 1 0
0 0 0 1
- повздовжній рух вздовж осі z,
- повздовжній рух вздовж осі х,
1
0
0 cos 1
0
 sin 1
0 sin 1
0
0
cos 1
0
0
0
0 - обертовий рух навколо
1
осі х.
Оскільки ріжучим інструментом являється шліфувальний круг,
то для нього будемо мати:
r4  A4  2  A1 R  A3 z 2  e 4
(
2)
де
A4  2  =
A1 R  =
1
0
0 cos  2
0
 sin  2
0
0
0 sin  2
0
0
cos  2
0
0
1
1 0 0 R
0 1 0 0
0 0 1 0
0 0 0 1
70
A3 z2  =
1 0 0
0 1 0
0
0
0 0 1 z2
0 0 0 1
Можемо записати так:
A4 1  A4  2   A4 1   2   A4   ,
де  = 1 + 2
A3 z1  A3 z2   A3 z1  z2   A3 z  ,
де z = z1 + z2.
Отже, з врахуванням цього отримаємо:
r0 
cos 
sin 
 sin 
cos 
0 0
0 0
0
0
0
0
1 0
0 1
1
0
0 cos 
0
 sin 
0
0
1 0 0 x
0 1 0 0
.
0 0 1 0
0 0 0 1
1 0 0 0
0 1 0 0
.
0 0 1 z
0 0 0 1
0
0
1 0 0 R
0 1 0 0
.
.
0 sin  cos  0
0
0
0
1
cos    R  cos   x
0 0 1
0 0 0
0
1
.
0
1
=
sin    R  sin   x
z
1
Векторний баланс точності в нормальному напрямку.
Одиничний вектор нормалі до поверхні в точці, заданій радіусвектором
r0
Визначимо шуканні змінні, продиференціювавши
.
відповідно по , , z, x. Отримаємо:
  cos  sin   sin  cos  R
r0


sin  sin   cos  cos  R
0
0
71
r0
  sin  cos   cos  sin  R  sin   x
r0


cos  cos   sin  sin  R  cos   x
0
0
cos 
0
0
sin 
r0
r0


1
0
z
x
0,
0 .
Перевірка компланарності:
 r0
 z
 r
 0
 z
r0

r
 0


r0
0
x
r
 0 0


0
cos 
0
sin 
 cos  sin   sin  cos  R  sin  sin   cos  cos  R
1
0
0
= R cos 

; при R  0 .
2
 sin  cos   cos  sin  R  sin   x  sin  sin   cos  cos  R  cos   x 0
R cos  =0, при   
0
0
 cos  sin   sin  cos  R
 sin  sin   cos  cos  R
= R sin   x
R sin   x = 0, при   0,  ,2 ; при R  0 ; при x  0 .
Отже незалежними параметрами будуть  і z. Приймаємо =0,
тоді
72
1
0
r0 
R  x cos 
R  x sin 
- рівняння циліндра.
z
1
Одиничний вектор нормалі до поверхні можна визначити за
формулою:
r 0
n  u
r 0
u
r 0
u
r 0 ;

u

Радіус-вектор будь-якої точки для поверхні
визначається двома незалежними змінними u і v .
Нехай u   , v  z
r0  r0 u, v 
r0 r0

c.
 z
i
c  k  n   x  R sin 
0
j
x  R cos 
0
k
0
1
;
c  i c1  jc2  k c3 ;
c1 
( R  x) cos 
0
0
1
 ( x  R) cos   0  ( x  R) cos  ;
c2 
0
 ( R  x) sin 
1
0
c3 
 0  ( x  R) sin   ( x  R) sin 
 ( R  x) sin 
0
( R  x) cos 
0
0
73
Отже,
c
( x  R) cos 
( x  R) sin 
r0 r0


 z
0
0
.
Скалярний добуток
c
c
c
- довжина вектора
=


 ( x  R) 2 cos 2   ( x  R) 2 sin 2   ( x  R) 2  sin 2   cos 2   x  R .
Отже, n 
1
xR
( x  R) cos 
( x  R) sin 

cos 
sin 
0
0
0
0
.
Векторний баланс точності.
Запишемо векторний баланс точності
l
r0   A0,i   i Ai ,l  e 4
i 1

(
3)
де i - матриця похибки положення і-го вузла
В загальному випадку (6 степеней вільності) при відсутності
деформацій матриця похибки положення набуває вигляду:
0
i 
i
 i
0
i
0
i
i
i
0
0
0
xi
yi
z i
0
74
,
xi
y i
де  
z i
- похибка положення початку системи
0
S відносно початку координат S  відповідно.
 ,  ,  - малі кути повороту системи S відносно
x, y , z  системи S  відповідно.
координат
осей
Для нашого випадку з врахуванням   0 отримаємо:
5
r0   A0,i   i Ai ,5  e 4   0 A6 A1 A3 A6 A1e 4  A61 A1 A3 A6 A1e 4 
i 1
 A A  2 A3 A6 A1e 4  A6 A1 A3 3 A6 A1e 4  A6 A1 A3 A6 4 A1e 4 
6
1
0

0
 0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
x0 cos   sin  0 0
y0 sin  cos  0 0
.
z 0 . 0
0
1 0
0
1 0 0 x 1 0 0 0 cos 
0 1 0 0 0 1 0 0 sin 
.
.
0
0 0 1 0 0 0 1 z
cos 
sin 
0
0
 sin 
cos 
0
0
0 0
0 0
0
1
1 0  1
.
0 1
 sin 
cos 
0
0
0
0 0 0 1 0 0 0 1
0
 1
0
1
0
0
.
75
0
0 0 1 0
0 0 0 1
.
1 0 0 0
0 1 0 0
1 x1
 1 y1
0
z1
0
0
.
0 1
0 R
0 0
1
0
0
1
+
1 0 0 x 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 R
0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0
.
.
.
0 0 1 0 0 0 1 z 0 0 1 0 0 0 1
0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0
cos   sin  0 0
sin 
cos 
0 0
0
0
0
0
1 0
0 1
0
1
+
.
.
1 0 0 x
0 1 0 0
0
2
0 0 1 0  2
2
0
2
 2
2
0
0
.
0 0 0 1
0
0
1 0 0 0 1 0 0 R
0 1 0 0 0 1 0
x2 1 0 0 0
y2 0 1 0 0
.
.
z 2 0 0 1 z
0 0 0 1
0
0
.
+
0 0 1 0 0 0 1 0
0 0 0 1 0 0 0 1
cos   sin  0 0 1 0 0 x 1 0 0 0
sin  cos  0 0 0 1 0 0 0 1 0 0
+
0
3
 3
0
0
0
0
0
3
0
3
 3
3
0
0
0
.
1 0 0
0 1 0
x3 1
y3 0
z3
0
..
0
0
0
1
1
0
0
0
0 0 1 0
0 0 0 1
76
.
0 0 0 1 z
1 0 0 0 1
0
0
.
.
1 0 0 R
0 1 0 0
0 0 1
0 0 0
0
1
+
cos 
sin 
1 0 0 x 1 0 0 0
1 0 0 0 1 0 0
 sin  0 0
cos  0 0 0
.
.
1 0 0
0 1 0
0
0
0
0
0
4
0
4
 4
4
0
0
0 1 0 0 0 1 z
0 0 1 0 0 0 1
.
.
1 0 0 0
0 1 0 0
4
0 0 1 0  4
.
0 0 0 1

0
0
x4 1 0 0 R
y4 0 1 0 0
.
=
z 4 0 0 1 0
0
0 0 0
1
  0 sin   R   0 z   0 sin   x  x0
 0 cos   R   0 z   0 cos   x  y0
  0 cos    0 sin  R    0 cos    0 sin  x  x0
0
+
+
 sin    1 R  cos   1  sin    1 z  sin    1 x  cos   x1  sin   y1
cos    1 R  sin   1  cos    1 z  cos    1 x  sin   x1  cos   y1
 1 R  1 x  x1
0
+
+
 sin    2 R  cos    2  sin    2 z  cos   x 2  sin   y 2
cos    2 R  sin    2  cos    2 z  sin   x 2  cos   y 2
  2 R  x 2
0
+
77
+
 sin    3 R  cos   x3  sin   y3
cos    3 R  sin   x3  cos   y3
  3 R  x3
0
 sin    4 R  cos   x4  sin   y 4
cos    4 R  sin   x4  cos   y 4
  4 R  x4
0
+
.
Приймаємо:
4
1
4
i 0
i 0
i 1
1  R    i  x   i   yi   1   2 z
4
 2  xi  z ( 1   2 )
i 1
 3  z 0  x0
 4   z 0  y0
 5    0 cos    0 sin  R    0 cos    0 sin  x 
4
4
4
i 1
i 1
  zi  R    i  x    i
i 0
З врахуванням цього отримаємо
r0 
 1 sin    2 cos    3
1 cos    2 sin    4
5
0
.
Векторний баланс точності в нормальному напрямку.
Використовуємо проекцію векторного балансу на нормаль
поверхні.
78
rr  r0  n
де
(
4)
n - одиничний вектор (орт) нормалі;
rr
- нормальна похибка.
rr   1 sin    2 cos    3 cos   1 cos    2 sin    4 sin  
  2   3 cos    4 sin 
Рівняння середньоквадратичної базової циліндричної
поверхні.
Розміри і положення базової поверхні залежать як від
відхилень точок обробленої поверхні від номінальної, так і від виду
базової поверхні. Найбільш важливими видами базових поверхонь є:
 середньоквадратична базова поверхня має ту форму, що і
номінальна, визначається по точках реальної поверхні таким чином,
що середній квадрат відстані між точками реальної і базової
поверхонь – мінімальний;
 прилягаюча базова поверхня має ту форму, що і номінальна,
визначається по точках реальної обробки поверхні таким чином, що
об’єм заключний між базовою і реальною поверхнями, мінімальний,
а всі точки реальної поверхні лежать по одну сторону від
прилягаючої.
Номінальна поверхня задається рівнянням оброблюваної
поверхні. Алгоритм побудови середньоквадратичної базової
поверхні зводиться до розв’язання системи лінійних рівнянь,
порядок якої рівний числу параметрів, що визначають
середньоквадратичну базову поверхню.
Рівняння номінальної площини має вигляд
r0  r0 u, v, q0 
(
5)
реальної обробленої
r  r0  r0  r u, v, q0  ,
де
u, v
(
6)
- криволінійні координати поверхні,
q 0 - вектор розмінних параметрів поверхні.
Рівняння номінальної циліндричної поверхні:
r0  r0 u, v, q0   r0  , z, R, x 
79
(
7)
тобто, незалежні криволінійні координати u   та v  z , а
вектор розмінних параметрів q 0 включає в себе R і x .
Оскільки базова поверхня від номінальної відхиляється на
малу величину, то рівняння базової поверхні може бути записано у
вигляді:
rв  r0  rв ,
де
rв
(
8)
- сума векторів похибок положення і розмірів
rв   в r0  drв
(
9)
в
- матриця узагальненої похибки положення системи
координат, порівняно з базовою поверхнею відносно номінальної
системи координат, в загальному випадку така:
в 
0
в
в
 в
0
в
в
в
0
xв
yв
z в
0
0
0
0
де xв , yв , zв - малі зміщення системи координат базової
поверхні вздовж
осей x. y. z;
 в , в ,  в
- малі кути повороту базової поверхні відносно
осей x. y. z.
Для нашого випадку, оскільки
матриці
в
похибки
прирівнюються до 0, тобто
в 
0
в
0

положення
і
за
z
незалежні змінні, то в
даними
 в  zв  0
0
в
в
xв
yв
 в
в
0
0
0
0
0
0
80
координатами
де
dr0
- повний диференціал
r0
взятий по всіх складових
вектора q 0 розмінних параметрів поверхні.
dr0 
r0
r
 R  0  x 
R
x
Маючи значення
cos 
sin 
0
0
dr0 і  в
rв   в r0  drв  .
 R 
cos 
sin 
0
0
 x 
знайдемо значення
в
0
0
0
в
в
rв
і шести похибок
складовими вектора
 іz
Ці похибки є
:
q  (xв , yв ,  в ,  в , R, x)T
Маючи вектор
0
0
є функція двох незалежних змінних
xв , yв ,  в ,  в , R, x .
q
0
0
rв :
xв
yв
 в  в
0
0
0
0
R  x  cos  R  x  cos 
R  x sin  R  x sin 
+
=
0
z
0
1
 в z  xв  R  x  cos 
  в z  y в  R  x sin 
=
  в R  x  cos    в R  x sin 
0
Таким чином
cos  R  x 
sin  R  x 
rв і q
(
10)
можна знайти складові матриці G.
81
rв  G  q ,
де складові матриці по стовпцях рівні
G
1
0
0
z
0
1
z
0
0
0
R  x sin 
 R  x  cos 
sin 
cos 
sin 
cos 
0
0
(
rв
q
11)
0
0 cos 
0 sin 
.
=
0
0
0
0
0
cos  , sin  , z sin  , z cos  , l.1T .
Відповідно:
f1  cos ; f 2  sin ; f 3   z sin ; f 4  z cos ; f 5  l;
f 6  1; Знайшовши ці коефіцієнти можна знайти складові матриці Н
hki   f k f i ds
S
h11    f1  ds 
2
S
2 L
  R cos
2
dzd  L
2
dzd  L
0 0
h11    f1  ds 
2
S
2 L
  R cos
0 0
h12  h21   f1 f 2 ds 
S
h13  h31   f1 f 3 ds 
S
2 L
  R cos   sin dzd  0
0 0
2 L
  R cos    z sin  dzd  0
0 0
82
2 L
h14  h41 
2
  Rz cos   dzd 
0 0
2 L
h15  h51 
  R cos
1 2
L R
2
  dzd  0
0 0
2 L
h16  h61 
  R cos   dzd  0
0 0
2 L
h22 
  R  sin
2
dzd  LR
0 0
2 L
h23  h32 
1 2
2
R
(

z
sin

)
dzd



L R
0 0
2
2 L
h24  h42 
  Rz sin  cos dzd  0
0 0
2 L
h25  h52 
  R sin dzd  0
0 0
2 L
h26  h62 
  R sin dzd  0
0 0
2 L
h33 
2
2
  Rz sin dzd 
0 0
2 L
h34  h43 
   Rz
2
1 3
L R
3
sin  cos dzd  0
0 0
2 L
h35  h53 
   Rz sin dzd  0
0 0
83
2 L
h36  h63 
   Rz sin dzd  0
0 0
2 L
  Rz
h44 
2
cos 2 dzd 
0 0
1 3
L R
3
2 L
h45  h54 
  Rz cos dzd  0
0 0
2 L
  Rdzd  2LR
h55 
0 0
2 L
h66  h56  h66 
  Rdzd  2LR
0 0
6
0
0
L
0
6
 3L 0
0  3L 2 L2
0
1
H  RL
3L
0
0
2 L2
6
0
0
Приймаємо
0
0
0
0
0
0
xS  x  R
Складові вектора параметрів
S
12 12
12 12
визначимо за залежністю:
2 L
  Rf r dzd
i
n
0 0
2 L
d1 
0
0
0
0
тоді отримаємо матрицю 5х5.
d
d i   f i r n dsi  d i 
0
0
0
0
  R cos  (x
1
 x2  x3  x4  z1  z 2  z 0   0  cos  
0 0
84
   0 z  y0  sin  )dzd 
2 L
d2 
1
RL2  0  Rx0 L
2
 x2  x3  x4  z1  z 2  z 0   0  cos  
  R sin  (x
1
0 0
1
   0 z  y0  sin  )dzd   RL2 0  Ry0 L
2
2 L
d3 
  R( z sin  )(x
1
 x2  x3  x4  z1  z 2  z 0   0  cos  
0 0
1
1
   0 z  y0 sin  )dzd   RL2y0  RL3 0
2
3
2 L
d4 
  Rz cos  (x
1
 x2  x3  x4  z1  z 2  z 0   0  cos  
0 0
1
1
   0 z  y0 sin  )dzd   RL3  0  RL2x0
3
2
2 L
d5  d6 
  R(x
1
 x2  x3  x4  z1  z 2  z 0   0  cos  
0 0
   0 z  y0  sin  )dzd  2 Rx1 L  RL2  2  2 Rx2 L  2 Rx3 L 
 2 Rx4 L  RL2 1
Отримані
результати
d  d1 , d 2 , d3 , d 4 , d 5 
T
Отримані результати
H  q  d
запишемо
в
матрицю:
.
H
і
d
підставляємо в рівняння
і розв’язок дає значення складових
85
q
від
складових H і d .
Розв’язавши дану систему рівнянь отримаємо:
2 
3

 2d1  d 4  ;
RL 
L

2 
3

yв 
 3d 2  d 3  ;
RL 
L

6 2

в 
d3  d 2  ;
2 
RL  L

6 2

в 
d 4  d1  ;
2 
RL  L

d5
xs 
.
2RL
xв 
Точність обертання заготовки залежить від двох похибок
 0 і 1 .
 0 - похибка обертання шпинделя:
xв  0 ; yв  0 ;  в  0 ;  в  0 ;
xs  x1 
1
L1 .
2
 1 - похибка положення осі заготовки:
xв  x0 ; yв   L 0  3y0 ;
в  70 
12
x0 ;  в   0 ; xs  0
L
Література:
1. Врагов Ю.Д. Анализ компоновок металлорежущих станков: (Основы
компонетики). - М.: Машиностроение, 2011. - 208с., ил.
2. Кузнєцов Ю.М., Луців І.В., Дубиняк С.А. Теорія технічних систем. Під
загальною редакцією проф.. Ю.М. Кузнєцова. - К.: - Тернопіль, 2013.-310с.
86
3. Расчеты точности станков: методические рекомендации / Под ред.
Портмана В.Т., Шустера В.Г. и др. – М.: ЭНИМС, 2013.
Автор: Марчук Ірина Віталіївна, магістрант, кафедра
комп’ютерного проектування верстатів та технологій
машинобудування Луцького національного технічного
університету, м. Луцьк, Україна.
Сфера наукових інтересів: проектування приводів
верстатів, аналіз і дослідження точності верстатів.
Зв’язок з автором: [email protected]
87
88
УДК 65.240
Ольга Назарук
Луцький національний технічний університет
УПРАВЛІННЯ КОНКУРЕНТОСПРОМОЖНІСТЮ
ПРАЦІВНИКІВ НА СУЧАСНОМУ ЕТАПІ РОЗВИТКУ
УКРАЇНИ
У статті викладено результати дослідження теоретичних підходів та
сучасних проблем підвищення конкурентоспроможності працівників в Україні.
Запропоновано при розробці національної та регіональної політики підвищення
конкурентоспроможності працівників враховувати оцінювати її рівень в
конкретному виді економічної діяльності та регіоні.
Ключові слова: управління, конкурентоспроможність, працівники, ринок
праці.
The article presents the results of a study of theoretical approaches and modern
problems of workers in improving the competitiveness of Ukraine. Proposed the
development of national and regional policies aimed at improving the competitiveness of
its workers to assess a particular level of economic activity and the region.
Keywords: management, competitiveness, workers labor market.
В статье изложены результаты исследования теоретических подходов и
современных проблем повышения конкурентоспособности работников в Украине.
Предложено при разработке национальной и региональной политики повышения
конкурентоспособности работников оценивать ее уровень в конкретном виде
экономической деятельности и регионе.
Ключевые слова: управление, конкурентоспособность, работники, рынок
труда.
В ринкових умовах від рівня конкурентоспроможності
залежить здатність працівників боротися та відстоювати кращі
робочі місяця на ринку праці, забезпечувати стабільний дохід та
будувати власну кар’єру. Важливо удосконалити та апробувати
методичні підходи до проведення комплексної оцінки рівня
конкурентоспроможності працівників за видами економічної
діяльності.
Одним із провідних економічних ресурсів – факторів
виробництва є праця, тобто на ринку відбувається продаж
специфічного товару «робоча сила», який пропонується її власником
і характеризується сукупністю фізичних і розумових здібностей,
професійних якостей, знань, вмінь і навичок, що дозволяють
найманому працівнику на умовах контракту виконати певний обсяг
89
роботи (трудових послуг) певної якості протягом необхідного часу.
Особливістю конкурентних відносин на ринку праці є те, що його
суб’єкти – покупці і продавці є водночас і носіями попиту та
пропозиції, а сама конкуренція набуває двох форм:
- конкуренція між виробниками-підприємцями за найкращих
працівників необхідних професій, кваліфікацій, що відповідають
специфікації робіт;
- конкуренція між працівниками за найкраще місце
застосування своєї робочої сили [13, с. 144].
Конкуренцію на ринку праці можна визначити як систему
наступних понять:
- по-перше, це є боротьба за обмежений обсяг
платоспроможного попиту покупців трудових послуг, що ведеться
особами, які шукають роботу на певних (доступних) сегментах
ринку праці;
- по-друге, це є суперництво між роботодавцями за відбір на
ринку праці найбільш досвідчених працівників необхідних професій
з певним рівнем кваліфікації на прийнятних умовах (йдеться,
передусім, про ціну трудових послуг – оплату праці та умови
трудової діяльності);
- по-третє, це є суперництво між найманими працівниками
(або особами, які шукають роботу) за утримання такого місця роботи
(посади), яке дозволяє на вигідних умовах продажу своїх трудових
послуг (у тому числі одержанні певних гарантій соціального
захисту) реалізувати свої знання, професійний досвід [14, с. 21].
Конкуренція на ринку праці примушує роботодавців
підвищувати вимоги до компетенції та професіоналізму своїх
працівників, інвестування їхнього безперервного навчання, відбору
на ринку праці найбільш кваліфікованих фахівців, постійного
запровадження інновацій у виробничий процес. Разом з тим,
конкурентна боротьба вимагає від працівників постійної турботи про
рівень своєї конкурентоспроможності, підштовхуючи до оновлення
знань, перенавчання, отримання другої професії, постійного
саморозвитку.
Підвищення вимог до робочої сили зі сторони роботодавців та
інвестування у людський капітал з боку найманих працівників
формують певне співвідношення на ринку праці, яке і визначає його
кон’юнктуру, тобто формує механізм конкуренції за вільні робочі
місця.
90
Дія механізму конкуренції на ринку праці передбачає
порівняльну оцінку та виокремлення переваг не лише в
характеристиках робочої сили, продуктів праці, які виносяться на
ринок (як результатів трудової діяльності працівників), а й
здійснення оцінки переваг робочих місць, що пропонуються.
Останнє стосується, передусім, переваг в оплаті праці та умовах
трудової діяльності, тобто переваг мотиваційного забезпечення праці
[14, с. 22].
Таким чином, конкурентоспроможність продукту праці
залежить від конкурентоспроможності робочої сили, здатної до
створення такого продукту; у свою чергу, досягнення
конкурентоспроможності працівників об’єктивно вимагає кращого
мотиваційного забезпечення праці – комплексу організаційноекономічних та соціальних умов і стимулів трудової діяльності
(оплата праці, її умови, безпека тощо) та відповідних інструментів
впливу на трудову поведінку на макро-, мезо-, мікроекономічному
рівнях.
Найпоширенішим
підходом
у
трактуванні
конкурентоспроможності робочої сили є ототожнення даної
категорії з якістю робочої сили. Згідно з даним підходом під
конкурентоспроможністю робочої сили розуміють лише певну
систему
властивостей
робочої
сили,
тобто
її
якість.
Конкурентоспроможність – це сукупність якісних і вартісних
характеристик специфічного товару «робоча сила», що забезпечують
задоволення конкретних потреб роботодавців, у тому числі
державних підприємств, у працівниках певної кваліфікації (професії)
[1, с. 220].
Розмежувати
категорії
«якість
робочої
сили»
та
конкурентоспроможність робочої сили можна за допомогою
кон’юнктурного підходу. Конкурентоспроможність робочої сили,
виходячи зі специфіки товару «робоча сила», виявляється у двох
напрямках. Згідно з першим напрямком робоча сила
характеризується на ринку праці своїми споживчими та вартісними
характеристиками. На даному етапі можна визначити такі основні
чинники, що обумовлюють рівень конкурентоспроможності
працівників на ринку праці: якісні ознаки робочої сили (професійнокваліфікаційні характеристики, загальноосвітній рівень, особистісні
характеристики тощо);відповідність якісних характеристик робочої
сили потребам ринку праці, ціни робочої сили, попиту на неї. На
91
другому
етапі
показником
конкурентоспроможності
є
результативність праці на певному робочому місці. Від рівня
конкурентоспроможності працівників залежить специфіка його
трудової поведінки, рівень реалізації та розвитку особистісного
трудового потенціалу. З позицій працівника цей показник визначає
стійкість його становища на виробництві, а з позицій підприємства
він визначає перспективи успішної та стійкої фінансово-економічної
діяльності [8, с. 224].
Робоча сила – це такий своєрідний товар, який саме через свою
людську природу походження прагне коштувати дорожче. Практика
показує, що за останнє сторіччя рух вартості сукупної робочої сили,
не дивлячись на активну протидію з боку працедавців, фактично
було однонаправленим, тобто, вона зростала. І якщо відсутність
адекватного підвищення вартості товару робоча сила сприймається
найнятими працівниками достатньо хворобливо, то зниження її
вартості може привести до соціальних конфліктів [6, с. 18].
Закон України «Про зайнятість населення» визначає
конкурентоспроможність працівника – сукупність якостей особи, що
характеризують її здатність працювати, рівень володіння знаннями,
уміннями та навичками [5].
Рівень конкурентоспроможності працівників визначається як
ступінь можливостей витримати конкуренцію з боку реальних або
потенційних претендентів на його робоче місце або претендувати
самому на інше, престижніше.
Л. Лісогор трактує конкурентоспроможну робочу силу як
агреговану сукупність властивостей працівника, які дають його
робочій силі можливості відповідати вимогам конкурентного ринку,
попиту покупців, забезпечують її визнання на ринку праці [9, с. 635].
Тобто, основною функцією конкурентоспроможного працівника є
сприяння реалізації цілей підприємства, а саме, зростання рівня його
конкурентоспроможності, і як наслідок,
збільшення обсягів
виробництва і реалізації продукції, економічне, соціальне та духовне
збагачення його працівників.
М. Ведерніков визначає конкурентоспроможність працівників
як здатність реалізувати наявні в них конкурентні переваги таким
чином, щоб вийти на кращу в порівнянні з іншими суб’єктами
конкуренції на даному ринку конкурентну позицію [2, с. 244].
Конкурентоспроможність персоналу виявляється в здатності
92
підприємства до одержання ефекту від раціонального використання
наявних та потенційних переваг працівників.
М.
Семикіна
вважає,
що
«конкурентоспроможність
національної робочої сили» визначається як сукупність якісних та
кількісних переваг (в освіті, кваліфікації, рівнях компетенції,
накопиченому досвіді, схильності до інновацій, мобільності,
мотивованості тощо), завдячуючи яким на тлі створення
конкурентного середовища стають можливими інноваційні зрушення
в економіці, забезпечення конкурентних позицій держави на
світових ринках високотехнологічної продукції [14, с. 24].
Дослідивши погляди різних авторів, можна визначити
конкурентоспроможність працівників як сукупність якостей
особистості, які здатні реально або потенційно задовольняти
конкретні потреби роботодавців, що проявляються в процесі
конкуренції, тобто дають змогу знайти свою позицію в умовах ринку
для розширеного відтворення у майбутньому.
На нашу думку, доцільно виділити наступні елементи, які
складають конкурентоспроможність працівників:
- освіченість населення;
- рівень професійної підготовки та підвищення кваліфікації
працівників регіону;
- ефективність праці;
- рівень середньомісячної заробітної плати;
- стан умов праці на підприємствах регіону;
- дотримання гендерної рівності;
- ефективність використання робочого часу;
- травматизм на виробництві та професійні захворювання
працівників;
- працевлаштування незахищених верств населення – молоді,
інвалідів, жінок, осіб перед пенсійного віку.
Державне регулювання конкурентоспроможності працівників
спрямоване на сприяння зайнятості усіх верств населення, в тому
числі і незахищених, що виражається у підтримці молодих
працівників, залучених до роботи в селах і селищах, розширенні
можливостей для підвищення конкурентоспроможності молоді,
громадян віком старше 45 років та інвалідів.
Отже, регулювання конкурентоспроможності працівників
здійснюється державними заходами за допомогою трьох ліній
зв’язку: носіїв, виразників та виконавців. Носії, тобто працівники,
93
висловлюють свої інтереси, відповідно виразники представляють їх
у формі консультацій, семінарів, мітингів, на що зважають державні
органи, які запроваджують регіональну політику підвищення
конкурентоспроможності працівників в країні. В залежності від
рівня розвитку регіону, стану регіонального ринку праці та
особливостей окремих галузей, державою встановлюється тим
політики регулювання – активна або ж пасивна.
На сьогоднішній день конкурентоспроможність має своє
відображення на всіх рівнях господарювання:
- на індивідуальному (ринок праці);
- на макрорівні (рівень підприємства);
- на мезорівні (рівень галузей і секторів);
- на макрорівні (рівень всієї економіки в цілому);
- на глобальному рівні (співставлення між державами).
Тобто, державне регулювання конкурентоспроможності
робочої сили повинне залежати від рівня, на якому воно
здійснюється. Наприклад, на глобальному рівні це можуть бути
конвенції та рекомендації МОП щодо використання робочої сили в
країнах, а на індивідуальному – гарантування прав людини на
працю, забезпечення безоплатності освітніх послуг.
І._Віріна описала три рівні здатностей, що характеризують
конкурентоспроможність працівника: сукупність якостей, що
характеризують здатності до праці; володіння навичками пошуку й
знаходження необхідної роботи, уміння переконати роботодавця у
своїх перевагах перед іншими кандидатами; відповідність якості
робочої сили вимогам робочого місця, здатність задовольняти
конкретну потребу покупця робочої сили [16, с. 198].
Конкурентоспроможність індивіда на ринку праці обумовлена
його здібностями та можливостями для отримання максимального
доходу у сфері своєї професійної діяльності та покращення якості
свого життя.
На макрорівні конкурентоспроможність – це здатність
підприємства (фірми, організації) виробляти за прибуткових умов
продукцію, яка за ціною та якістю зможе конкурувати на ринку.
На глобальному рівні конкурентоспроможність – це здатність
країни взаємодіяти з іншими країнами та створювати при цьому
умови для позитивної економічної динаміки і соціальної стабільності
[15, с. 108].
94
Дослідивши взаємозв’язок конкурентоспроможності на ринку
праці з робочою силою, узгодженням потреб усіх сторін та
мінімізацією сукупних витрат, доцільно ширше розкрити поняття,
які детальніше характеризують конкурентоспроможність.
Конкурентоспроможність працівників – поняття відносне,
чітко прив’язане до конкретного ринку або до конкретної групи
роботодавців. Конкурентоспроможність працівників визначається
показниками:
- ступенем ринкової потреби у відповідній якості праці;
- рівнем унікальності якості робочої сили;
- рівнем і характером мобільності персоналу, зв’язаним з
розміщенням споживачів здібностей до праці;
- особливостями споживчого попиту на робочу силу.
Регіональний ринок праці неоднорідний і може бути
структурований на сегменти, які відрізняються ступенем ринкової
потреби в функціональній якості праці. Регіональний ринок праці
включає, перш за все, внутрішні ринки праці, які об’єднують осіб з
стабільною зайнятістю у одного роботодавця. Крім того, в структурі
регіонального ринку праці можна виділити такі підсистеми:
- працівники з стабільною зайнятістю, тобто об’єднання
зайнятих
на
великій
кількості
підприємств
регіону
висококваліфікованих спеціалістів, які залучаються до виконання
робіт невеликої тривалості;
- особи з нестабільною зайнятістю, тобто найбільш мобільна
частина регіонального ринку праці. Вільний ринок праці представляє
механізм саморегуляції трудових ресурсів в ринковій економіці із
вільним попитом та пропозицією;
- особи з неповною зайнятістю, тобто перехідна форма між
відкритим ринком праці і внутрішнім (нерегульованим ринком
праці).
Таким чином, різновиди в ступені ринкової потреби в тому чи
іншому рівні якості праці обумовлюють відповідні види
конкурентоспроможності працівників: стійка, тимчасова та нестійка.
В залежності від рівня унікальності споживчої вартості товару
на ринку праці конкурентоспроможність працівників може бути
трьох видів: ексклюзивна, альтернативна та селективна.
Розбіжності в характері споживчого попиту на робочу силу
обумовлюють чотири види конкурентоспроможності: явна, латентна,
перспективна та демонстраційна [12, с. 71].
95
Таким чином, працівники в умовах сучасної ринкової
економіки стають центральним елементом соціально-економічного
життя суспільства. Це політично та економічно вільні наймані
працівники,
діяльність
яких
направлена
на
досягнення
організаційних цілей шляхом найбільш повної реалізації своїх
переваг
як
суб’єкта
економічного
життя.
Зростання
конкурентоспроможності працівників веде за собою вивільнення
інвестиційного та природного ресурсів, які можуть бути направлені
на подальше задоволення ринкової потреби в товарах і послугах, і як
наслідок – на підвищення благоустрою народу.
Отже, розвиток науково-технічного прогресу та модернізація
суспільства зумовлюють зростання потреби у висококваліфікованих
працівниках, що здатні обслуговувати технічно інноваційне
обладнання, адаптоване до вимог сучасного суспільства.
Насамперед, це стосується удосконалення якісних характеристик
робочої
сили,
що
стане
основою
для
зростання
конкурентоспроможності вітчизняних підприємств і держави в
цілому.
Важливими факторами, що на сучасному етапі впливають на
стан ринку праці України та конкурентоспроможність робочої сили,
є не тільки загальний стан економіки країни, світова фінансова
криза, а й процеси глобалізації, інтеграції України у світову
економічну систему. Глобалізація є однією з основних
характеристик світової економічної системи, яка визначає стан і
тенденції національних економік, має домінуючий вплив на розвиток
окремих країн та супроводжується посиленням економічних
взаємозв’язків між ними [7, с. 168]. З одного боку, через
розповсюдження інновацій у сфері технологій та менеджменту,
активний обмін товарами, послугами, інвестиціями, поширення
процесів трудової міграції глобалізація сприяє підвищенню
конкурентоспроможності робочої сили, зайнятості населення та
ефективності національних економічних систем, а з іншого –
посилює нерівномірність, асинхронність та диспропорції у їх
розвитку.
Поряд з певними позитивними тенденціями у сфері зайнятості,
що спостерігаються в Україні останнім часом, має місце комплекс
проблем, що поглиблюють фінансово-економічну кризу, негативний
вплив її на зайнятість населення та потребують термінового
вирішення. Основними з них є:
96
- невідповідність професійно-кваліфікаційного рівня робочої
сили потребам економіки та ринку праці;
- відсутність належної мобільності робочої сили та мотивації у
працівників до легальної продуктивної зайнятості, головним чином,
внаслідок низької якості робочих місць за умовами та рівнем оплати
праці;
- наявність тіньових відносин у сфері зайнятості населення, що
також негативно впливає на конкурентоспроможність робочої сили.
На нашу думку, доцільно згрупувати сучасні вітчизняні
проблеми підвищення конкурентоспроможності працівників в
залежності від їх рівнів.
В сучасних умовах виникає значна кількість проблем, з якими
стикаються працівники, і які негативно впливають на їх
конкурентоспроможність. Особливо це стосується незахищених
верств населення, в тому числі і молоді. Серед них на рівні
реального ринку праці можна виділити такі:
- падіння попиту на послуги праці молоді;
- зростання чисельності незайнятої та безробітної молоді
(стійке падіння попиту на робочу силу молоді, а також збільшення
тривалості пошуку роботи молоддю, особливо тими її
представниками, які не мають достатнього професійного досвіду,
призвели до того, що чисельність офіційно зареєстрованої
безробітної молоді зросла втричі)
- інтенсивне збільшення частки молоді, яка поєднує основну
діяльність із роботою на умовах вторинної зайнятості;
- поглиблення диспропорцій між пропозицією робочої сили з
боку осіб у віці 15-35 років та попитом на неї.
На національному рівні проблеми конкурентоспроможності
працівників є найбільш глобальними, процес вирішення яких є
надзвичайно трудомістких. Проблема невідповідності професійнокваліфікаційного рівня робочої сили потребам економіки призводить
до підвищення рівня безробіття, оскільки ринок праці переповнений
фахівцями незатребуваних професій, в той час як існує попит на
висококваліфіковані робітничі спеціальності.
Мотивація до легальної трудової діяльності також є однією із
проблем на національному рівні, тому що системи мотивації
персоналу на вітчизняних підприємствах є недосконалими, рівень
заробітної плати низький, частка інших заохочувальних і
компенсаційних виплат у фонді оплати праці невисока, відсутні
97
прояви нематеріальної мотивації. Стимулювання праці є одним із
визначальних чинників у підвищенні результативності роботи, так як
воно підвищує продуктивність та якість праці, підвищує відданість
працівників організації.
Однією із проблем національного рівня є відплив робочої сили
за кордон, в пошуках кращих можливостей працевлаштуватись,
оскільки не рідко буває так, що освічені, перспективні,
висококваліфіковані працівники не мають можливості проявити себе
на вітчизняному ринку праці.
Відсутність належної мобільності робочої сили є однією із
проблем галузевого рівня, оскільки в сучасних умовах виникає
потреба в працівниках, здатних пройти перекваліфікацію, або ж
змінити постійне робоче місце на нове. Особливо це стосується
молоді, оскільки працівники цієї вікової групи знаходяться на етапі
становлення кар’єри, тобто пошуку перспективних робочих місць.
Якість робочих місць на вітчизняних підприємствах є
невисокою, роботодавці не забезпечують гідні умови праці повною
мірою, економлять на цьому, що негативно впливає на здоров’я
працівників, призводять до травматизму та професійних
захворювань.
Процес підвищення кваліфікації та підготовка кадрів мають
важливе значення при формуванні конкурентоспроможної робочої
сили в державі, проте в на даний час розвиток персоналу на
вітчизняних підприємствах є далеко не першочерговою проблемою.
Атестація персоналу має здебільшого формальний характер,
відсутнє навчання поза межами організації, не приділяється увага
адаптації нових працівників, що є вкрай важливим моментом,
оскільки соціально-психологічний клімат в колективі – це один з
визначальних чинників вибору робочого місця. Неналежна увага
приділяється профілактиці та запобіганню конфліктів у трудових
колективах, відсутні примирні комісії.
Проблеми конкурентоспроможності працівників вникають не
лише на національному та галузевому рівнях, а і на рівні
особистості, що проявляється в невідповідності отриманої
спеціальності потребам ринку праці. Закінчивши навчальний заклад,
значна частина молоді не спроможна працевлаштуватись за обраним
напрямом, оскільки отримати перше робоче місце вкрай важко,
основною причиною чого є відсутність досвіду роботи.
98
Важливе значення при формуванні конкурентоспроможності
майбутніх фахівців є профорієнтаційна робота, якість якої потребує
більшої уваги. Неспроможність випускників загальноосвітніх
закладів оцінити сучасний стан ринку праці та потребу в робочій
силі призводить до неусвідомленого вибору майбутньої професії, в
результаті
чого
випускники
престижних
спеціальностей
поповнюють ряди безробітних.
Іще однією проблемою індивідуального рівня є висока вартість
навчання, яка є непосильною для значної частини населення. Це
обумовлює вибір не бажаних професій, а більш доступних.
Проблеми гендерної нерівності також можна віднести до
індивідуальних, які проявляються в дискримінації жінок при
працевлаштуванні.
Описані проблеми конкурентоспроможності працівників
різних рівнів призводять до погіршення якісних характеристик
трудового потенціалу, зниження професійної придатності,
збільшення розриву між рівнем кваліфікації претендентів на робочі
місця та сучасними вимогами до якості працівників.
Негативні тенденції, що мають місце в системі освіти та
формуванні висококваліфікованої робочої сили, призводять до
погіршення якісних характеристик трудового потенціалу, зниження
професійної придатності, збільшення розриву між рівнем
кваліфікації претендентів на робочі місця і сучасними вимогами до
якості працівників. Низька якість робочих місць за умовами та
оплатою праці є однією з основних причин відтоку значної кількості
кваліфікованої робочої сили за кордон. За експертними оцінками, за
кордоном нині працює близько 3 млн. співвітчизників, серед яких
переважну більшість становлять кваліфіковані особи працездатного
віку. Враховуючи, що проблема кадрового забезпечення характерна
для більшості європейських країн, які зацікавлені в залученні
іноземної робочої сили, можна очікувати зростання обсягів
зовнішньої трудової міграції (зокрема, негативної), що ще більше
ускладнює проблему кадрового забезпечення вітчизняних
підприємств [4, с. 341].
На сучасному етапі економічного розвитку на ринку праці
України спостерігається тенденція до збільшення дефіциту
кваліфікованої робочої сили, особливо кваліфікованих робітників.
Дефіцит кваліфікованих кадрів уже в найближчі роки – це джерело
для стримування створення високотехнологічних робочих місць та,
99
відповідно, уповільнення темпів розвитку виробництва. Таке
становище з формуванням робочої сили зумовлене низкою причин,
основними з яких є:
- невідповідність професійної підготовки кадрів навчальними
закладами потребам ринку праці;
- незадовільний рівень якості підготовки кадрів;
- невідповідність умов праці та розмірів заробітної плати, які
пропонуються роботодавцями на конкретних робочих місцях,
очікуванням випускників.
Вирішення цих питань відноситься як до працівників
робітничих професій, так і фахівців з вищою освітою. Державна
політика у сфері розвитку і раціонального використання кадрового
потенціалу має бути спрямована на розвиток системи професійної
орієнтації; посилення мотивації до праці, державного впливу на
структуру і якість підготовки та кваліфікації робочої сили,
підвищення освітнього і професійно-кваліфікаційного рівня
працюючих. Необхідно наблизити обсяги і структуру підготовки
кадрів вищими та професійно-технічними закладами до обсягів і
структури попиту на ринку праці.
Ситуація із забезпеченням національної економіки кадрами,
що склалася в Україні, свідчить про недосконалість існуючого
механізму взаємодії ринку освітніх послуг та ринку праці [17, с.
155]. Недостатньою залишається мобільність робочої сили та її
мотивація до легальної продуктивної зайнятості. Наявна проблема
безробіття серед молоді певною мірою є наслідком невідповідності
ринку освітніх послуг потребам ринку праці. Крім того, в країні
практично не сформовано системи профорієнтації населення, її
спрямування на підвищення престижу робітничих професій та
формування мотивації молоді до трудової діяльності. Залишається
однією з найбільш складних проблем економіки та ринку праці
проблема легалізації зайнятості.
Сукупність конкурентоспроможних робітників визначає
конкурентоспроможність персоналу підприємства, робочої сили в
масштабі країни відповідно до обраної стратегії розвитку [3, с. 82].
Проблеми конкурентоспроможності робочої сили в сучасних
умовах торкаються, насамперед, незахищених верств населення, а
саме молоді.
Серед основних причин ускладнення працевлаштування
випускників навчальних закладів слід виокремити, насамперед:
100
- наявні диспропорції структури попиту на ринку праці, які
поглиблюються внаслідок слабкості координаційних зв’язків між
ринком праці та ринком освітніх послуг;
- невідповідності отриманої спеціальності потребам ринку
праці;
- відсутності довгострокових економічних прогнозів змін
професійно-кваліфікаційної структури робочої сили;
- посилення конкуренції на ринку праці професій та
спеціальностей, по яких ведеться підготовка в навчальних закладах;
- переважно неусвідомлений підхід до вибору майбутньої
професії як результат недосконалості існуючої системи
профорієнтації молоді, спрямованості на отримання престижної (на
даний момент) професії, яка може бути незатребувана на ринку
праці у перспективі;
- недостатність практичного досвіду чи стажу роботи за
спеціальністю;
- розрив між змістом освіти та вимогами з боку роботодавців;
- психологічна неготовність молоді до прийняття самостійних
рішень [10, с. 59].
Недостатня ефективність управління процесом вибору професії
обумовлена, насамперед, використанням традиційної системи освіти,
не адаптованої до змін вимог молоді та потреб ринку праці,
нерозвиненістю системи поетапної професійної підготовки та
безперервної освіти. Реформування системи освіти у напрямі
підвищення конкурентоспроможності випускників сприятиме
підвищенню адаптаційного потенціалу молоді, приведенню
соціально-психологічних характеристик випускників у відповідність
з потребами ринку праці, формуванню соціально активного стилю
поведінки, тобто професійній соціалізації [11, с. 43].
В Україні дотепер немає єдиного дієвого механізму
регулювання процесу підготовки і працевлаштування молодих
спеціалістів. Відсутність ефективної системи моніторингу розвитку
системи освіти, зокрема, не дозволяє стверджувати, що офіційні
статичні дані щодо працевлаштування випускників вищих
навчальних закладів, які навчалися за кошти державного замовлення,
відображають фактичний стан справ.
Зменшенню
соціальної
напруженості,
пов’язаної
з
працевлаштуванням молоді, сприятиме подальша диверсифікація
структури та обсягів підготовки спеціалістів, вивчення та
101
застосування досвіду розвинутих країн щодо переходу до системи
безперервної освіти. Застосування такого підходу буде сприяти
скороченню терміну адаптації випускника в умовах самостійної
професійної діяльності, пошуку і отриманню першого робочого
місця. Саме тому необхідно приділяти увагу активізації процесу
адаптування знань та навиків, отриманих випускниками навчальних
закладів, до потреб роботодавців.
З цією метою слід розробляти ефективні заходи державного
заохочення роботодавців – підприємств державної та недержавної
форм власності – до створення робочих місць для молоді,
забезпечення можливості організації виробничої практики для
студентів з метою ознайомлення з виробничим процесом та
подальшим їх працевлаштуванням на цих підприємствах [10, с. 64].
Стратегія України щодо інтеграції вимагає виконання ряду
завдань, які передбачають зміну якісних та кількісних характеристик
трудового потенціалу, приведення їх у відповідність до стандартів,
що діють у глобальних євросистемах. Наразі неможливо надати
однозначну оцінку стану трудового потенціалу України. Слід
відмітити, що, з одного боку, має місце поліпшення його якісних
характеристик, зокрема збільшилася кількість спеціалістів з вищою
освітою, вони більше пристосовані до роботи в ринковому
середовищі, здатні займатися підприємницькою діяльністю. З іншого
боку в умовах кризи в Україні відбуваються процеси, що деякою
мірою призводять до руйнації трудового потенціалу – погіршення
стану здоров’я населення, зниження природного приросту,
посилення трудової міграції, зростання показників старіння,
занижена ціна робочої сили, яка сформувала низький рівень доходів
населення, високий рівень безробіття спричинений скороченням
великої кількості працівників, невідповідність якості робочої сили
потребам сучасного ринку праці.
Характеризуючи
процес
формування
професійнокваліфікаційних характеристик працездатного населення, слід
відмітити, що кількість спеціалістів з вищою освітою значно
збільшилася, але не завжди можна стверджувати про високу
кваліфікацію цих спеціалістів та належний рівень знань. Негативно
впливає на якість фахівців той факт, що вони невпевнені у
можливості працевлаштування за спеціальністю, має місце
недостатній зв’язок навчальних закладів з підприємствами для
набуття практичного досвіду. Державне замовлення на підготовку
102
фахівців з вищою освітою до нинішнього року постійно
збільшувалося,
але
відсутність
прогнозування
на
загальнодержавному та галузевих рівнях спричинило перенасичення
ринку робочої сили спеціалістами з вищою освітою, в той час коли
бракує спеціалістів робітничих професій [8, с. 225].
Таким чином, в сучасних умовах в Україні має місце комплекс
проблем, які спричинені фінансово-економічною кризою та
поглиблюють її, негативно впливають на зайнятість населення,
спричиняють дисбаланс на ринку праці та потребують термінового
вирішення. Негативні тенденції спричинені багатьма факторами,
основними з яких є невідповідність кваліфікаційного рівня
працівників потребам ринку праці, зниження мотивації до легальної
продуктивної зайнятості та наявність тіньових відносин у сфері
зайнятості.
За рахунок популяризації окремих професій відбулося
перенасичення ринку праці спеціальностями юриста, економіста,
менеджера тощо. Це спричинило ускладнення працевлаштування
випускників вищих навчальних закладів, диспропорцію структури
попиту на ринку праці, а також невідповідність отриманих
спеціальностей потребам ринку. Проблеми, з якими стикається
сучасна молодь відзначаються важкими наслідками, які
позначаються не тільки на економічній стабільності держави, але й
на економічній безпеці.
Отже, стратегічна перспектива України повинна базуватися на
цілому ряді тактичних заходів, спрямованих на підвищення
конкурентоспроможності працівників. При розробці регіональної
політики
підвищення
конкурентоспроможності
працівників,
доцільно зважати на її наявний рівень в конкретному виді
економічної діяльності. Першочергової уваги потребують галузі з
критичним рівнем конкурентоспроможності працівників, для яких
доцільно застосовувати політику нарощення, для видів економічної
діяльності з нестабільним станом пропонуємо реалізовувати заходи
політики стимулювання, які спрямовані на збалансування попиту і
пропозиції на ринку праці та задоволення інтересів сторін соціальнотрудових відносин. Для видів економічної діяльності з порівняно
стабільним
рівнем
конкурентоспроможності
працівників
рекомендуємо використовувати політику підтримання, заходи якої
спрямовані на насичення ринку праці висококваліфікованими
103
працівниками та забезпечення підприємств перспективними
працівниками з сучасним поглядом на виробництво.
Література:
1. Богиня Д.П. Основи економіки праці: навч. посібник / Д.П. Богиня,
О.А. Грішнова. – 3-тє вид., стереотип. – К.: Знання-Прес, 2002. – 313 с.
2. Ведерніков М. Генезис конкурентоспроможності робочої сили в контексті
розвитку управліня персоналом / М. Ведерніков // Економічний аналіз. – 2010. № –7.
– С. 244-246.
3. Вдовенко І.С. Конкурентоспроможність та змагальність як засіб
підготовки робітника виробничої сфери І.С. Вдовенко / Вісник Чернігівського
національного педагогічного університету ім. Т.Г. Шевченка. – 2011. – № 2. –
С. 82-90.
4. Економічні проблеми ХХІ століття. Міжнародний та український виміри /
За ред. С.І. Юрия, Є.В. Савельєва. – К.: Знання, 2007. – 595 с.
5. Закон України «Про зайнятість населення» від 05.07.2012 № 5067-VІ.
6. Іваннікова Н.А. Специфіка конкурентоспроможності робочої сили:
регіональний аспект / Н.А. Іваннікова // Економіка і регіон. – 2009. – № 4. – С. 18-24.
7. Кальченко Т.В. Глобальна економіка: методологія системних досліджень:
Монографія. – К.: КНЕУ, 2006. – 248 с.
8. Кириченко Т.О. Конкурентоспроможність людського капіталу України в
умовах інтеграції у світове господарство / Т.О. Кириченко // Вісник Хмельницького
національного університету. – 2009. – № 5. – С. 224-227.
9. Лісогор Л.С. Оцінка конкурентоспроможності робочої сили у контексті
формування конкурентного середовища на ринку праці / Л.С. Лісогор // Проблемы
развития внешнеэкономических свіязей и привлечения иностранных инвестиций:
региональный аспект. – 2007. – № 2. – С. 635-642.
10. Лісогор Л.С. Працевлаштування випускників в умовах економічної
кризи / Л.С. Лісогор // Ринок праці. – 2009. – № 2. – С. 58-67.
11. Лясников Н. Мотивы выбора профессии / Н. Лясников //Человек и труд,
2000. − № 8. − С. 42-45.
12. Мирненко В.І. Трактовка объекта конкурентоспособности человеческого
ресурса на рынке труда в современных условиях / В.І. Мирненко // Збірник
наукових праць Кіровоградського національного технічного університету. – 2010.
№ – 17. – С. 71-76.
13. Петрова І.Л. Сегментація ринку праці: теорія і практика регулювання. –
К.: Ін-т економіки,управління та господарського права, 1997. – 298 с.
14. Семикіна М.В. Конкурентоспроможність у сфері праці: сутність та
методологія визначення / М.В. Семикіна // Збірник наукових праці
Кіровоградського національного технічного університету, 2009. – № 15. – С. 21-31.
15. Тімашкова О.А. Досвід внутрішньофірмового навчання як фактору
розвитку конкурентоспроможності робочої сили в країнах з розвиненою
економікою / О.А. Тімашкова // Проблемы развития внешнеэкономических связей и
привлечения иностранных инвестиций: региональный аспект, 2010. – № 2. –
С. 640-644.
16. Фатхутдинов Р.А. Управление конкурентоспособностью организации. –
М: ИНФРА, 2004. – 535 с.
104
17. Шевченко Л.С. Ринок праці: сучасний економіко-теоретичний аналіз:
Монографія. – Х.: ФОП Вап-нярчук Н.М., 2007. – 336 с.
Автор: Назарук Ольга Вікторівна, магістрант за
спеціальністю «Управління персоналом і економіка
праці»
Луцького
національного
технічного
університету, м. Луцьк, Україна.
Сфера наукових інтересів: управління персоналом,
конкурентоспроможність персоналу, ринок праці,
зайнятість, соціальне партнерство.
Зв’язок з авторами: [email protected]
105
106
PL-NTU TRANSGRANICZNA WYMIANA
DOŚWIADCZEŃ
(w języku polskim)
107
108
UKD 64.011.56
Roman Hrudetskii
Łucki narodowy uniwersytet techniczny
ZASADY MODELOWANIA WODNO-GAZOWYCH
DYNAMICZNYCH PRZETWORNIKÓW DŁAWIENIA
В роботі є розробка принципів моделювання та синтезу дросельних схем
газогідродинамічних пристроїв контролю для розширення їх можливостей щодо
застосування для вимірювання технологічних параметрів та контролю складу
речовин, синтезу відповідних газогідродинамічних пристроїв контролю та
пристроїв метрологічного забезпечення.
Ключові слова: моделювання, граф, кортеж, шеренга
The work is to develop principles of modeling and synthesis schemes
hazohidrodynamichnyh throttle control devices to enhance their capacity to use to
measure process parameters and control of substances relevant synthesis of control and
metrology of devices.
Keywords: modeling, graph, procession, rank.
В работе описываеться разработка принципов моделирования и синтеза
дроссельных схем газогидродинамических устройств контроля для расширения их
возможностей по применению для измерения технологических параметров и
контроля состава веществ, синтеза соответствующих газогидродинамических
устройств контроля и устройств метрологического обеспечения.
Ключевые слова: моделирование, граф, кортеж, шеренга
Dzisiaj w różnych dziedzinach nauki i techniki szerokie
zastosowanie otrzymały gazohydrodynamiczne urządzenia przepustnicy,
które zostały zbudowane na bazie gazohydrodynamicznych efektów,
występujących przy przepływie gazu lub cieczy przez element
przepustnicy. W przypadku wystąpienia takich procesów wykorzystują
takie, jak dławienie przepływu, oddziaływanie strumieni, powstawanie
wiru, konwersji laminarnego przepływu w turbulentny, wpływ na
przepływ gazu lub cieczy pola siłowego i inne.
Gazohydrodynamiczną metodą przepustnicy nazywamy metodę
pomiaru, która opiera się na proces dławienia gazu lub cieczy, a
przetworniki pomiarowe, realizowane na podstawie takiej metody, gazohydrodynamicznymi przetwornicami przepustnicy.
Na bazie tej metody można budować urządzenia do kontroli
parametrów technologicznych, które są wybuchowe i są ognioodporne,
jak zwykle, nie boją się przeciążenia i wibracje, mogą pracować w
warunkach promieniowania, są niezawodne, łatwe w produkcji i
109
utrzymaniu. Urządzenia kontroli mogą być budowane także na podstawie
przetworników pomiarowych z zastosowaniem dodatkowego analogowodyskretnej transformacji sygnału na wyjściu.
Rozważmy
metody,
które
mają
stosunek
do
gazohydrodynamicznego metody pomiaru przepustnicy i odpowiednich
przetworników pomiarowych różnych parametrów technologicznych,
realizowanych na bazie tej metody.
Najbardziej szerokie zastosowanie otrzymały pomiarowe
przetworniki wykonane w jednym elemencie przepustnicy, w
szczególności do pomiaru przepływu, gęstości i lepkości medium
przepływającego przez element przepustnicy.
Jak elementy pomiarowe w przemiennikach przepływu stosuje się
różne zawężające urządzenia i rurki kapilarne. Spadek ciśnienia P na
elemencie przepustnicy w takich pomiarowych przemiennikach i
przepływ objętościowy środowiska przez ten element będzie mieć postać:
dla zwężających się urządzeń
Qo   F (2P /  )
(1.1)
do rurek kapilarnych
Qo  d 4 P /(128l )
(1.2)
gdzie  і – lepkość i gęstość środowiska;  i F – współczynnik
przepływu i przekrój urządzenia zwężenie; d i l – średnica i długość
kanału przelotowego kapilary. Ponadto, współczynnik przepływu 
zależy od konstrukcji urządzenia zwężenie i wytraty – gdzie -
  f ( m, Re) , де m  ( d D )2 względna powierzchnia urządzenia
zwężenia, w której i – D średnica rurociągu, a Re   D  – liczba
Reynoldsa, w którym  – prędkość środowiska.
Jednak charakterystyka przepływu (1.2) nie jest wystarczająco
dokładna, ponieważ w nią nie brane pod uwagę straty ciśnienia na wlocie
do rurki, na jej wyjściu i na kształtowanie parabolicznego profilu
prędkości, charakterystycznego dla laminarnego przepływu medium w
rurce. Łączne straty można oszacować za pomocą formuły
Pk  kQo2 d 4
gdzie k - współczynnik
(1.3)
charakteryzujący cechy konstrukcyjne
kapilary. Należą do nich kształt jego końcu i sposób zabudowy w
komorze. Stwierdzono, że współczynnik k jest zależny od liczby
110
Reynoldsa, a to ze względu na jego zależności długości odcinka kapilary,
w którym powstaje paraboliczny profil prędkości. To może być jedną z
przyczyn tego, że różni badacze podają różne wartości określonego
współczynnika.
W przypadku pomiaru przepływu gazu należy wziąć pod uwagę
zmianę jego gęstości na elemencie przepustnicy. W расходомерах z
суживающими urządzeniami odbywa się za pomocą dodatkowego
mnożnika ci na rozszerzenie środowiska na zwężającym się urządzeniu,
wprowadza się w prawej części wzoru (1.1)
W przepływomierzu z urządzeniami przewężenia to prowadzi się z
pomocą dodatkowego mnożnika  na zwiększenie środowiska dla
urządzenia zwężającego się, to wprowadza się do prawej strony formuły
(1.1)
Qo  F (2P /  ) 0.5
(1.4)
Mnożnik  zależy na ogół od konstrukcji zwężającego się
urządzenia, różnicy ciśnień na nim, a także od parametrów gazu, na
przykład jego ciśnienia P i wskaźnika adiabaty. Dla różnych typów
urządzeń zwężenia zależność   f ( m, P P ,  ) jest różna i słabo
zbadana.
W ten sposób obecnie rozwój gazohydradynamicznych mierników
przepustnicy przetwornic nie jest wystarczający i wymaga doskonalenia.
Aby zwiększyć dokładność pomiaru, należy zastosować
stabilizujące środki lub zmienne kompensacyjne środowiska. Częściej
stabilizują mierzoną środę i element przepustnicy. Dość powszechne są
warianty budowy przetworników przepływu na czterech różnorodnych
(laminarnych i burzliwej) przepustnicach, które włączają się w
pomiarowy schemat przepustnicy. W mostowych planach przewidywana
jest kompensacja wpływu lepkości na sygnał wyjściowy przetwornika.
Jednak brak odpowiednich
modeli
matematycznych
takich
przetworników przepływu nie pozwoliła rozwiązać zadanie ich
optymalnego projektowania i one nie znalazły szerokiego zastosowania w
praktyce.
Należy zauważyć, że przepływomierze zmiennej różnicy ciśnień ze
standardowymi zwężającymi się urządzeniami z każdym rokiem stają się
coraz lepsze, jednak często nie mogą zapewnić odpowiednią dokładność
pomiaru. Istnieje jeszcze wiele nierozwiązanych zadań w tej dziedzinie.
Szerokie zastosowanie gazohidrodynamiczna metody przepustnicy
otrzymała do pomiaru lepkości cieczy i gazów. Przetworniki pomiarowe
111
na bazie tej metody w większości wykonywane są na jednym laminarnam
elemencie przepustnicy – kapilarnej rurce. Podstawowym określonym
równaniem takich przetworników pomiarowych jest równanie HagenaPoiseuille’a (1.2). Ale do jego praktycznego zastosowania należy wziąć
pod uwagę szereg charakterystycznych zmian: zmiana na poślizg,
poprawkę na energię kinetyczną, co obejmuje straty ciśnienia na wlocie,
na wylocie i na kształtowanie się profilu prędkości, a także zmiana na
rozszerzenie gazu w kapilarze.
Dla cieczy należy wziąć pod uwagę w zasadzie tylko drugą
poprawkę. Dla tego przypadku Gegenbah i Kuet uzupełnili równanie (1.2)
korekcyjnymi stałymi, które biorą pod uwagę efekty na końcach
kapilarów
P 
8Qo ( l  nR )
R 4

mQo2
2 R 4
gdzie, oprócz znanych: m - współczynnik Gegenbaha; n poprawka Кueta; R - promień kapilary. Eksperymentalne wartości m i n
są dość niejednoznaczne. Tak więc, na przykład, różne naukowcy
określają wartość m od 0,5 do 1,6, a wartość n - od 0 do 6. Jedną z
przyczyn takiej niepewności wartości m i n są niedoskonałość modelu
(1.6), ponieważ wartość n zależy od Re. Tak więc, jedną z głównych
przyczyn niskiej dokładności do lepkościomierzy kapilarnych jest
niepewność wartości m i n.
W podobny sposób działają i gazohidrodynamiczne przepustnicy
pomiarowe przetworniki gęstości, tylko jak element przepustnicy tutaj nie
stosuje się rurek kapilarnych, a zwężające się urządzenie. W zależności
od środowiska są opisane równaniem (1.1) lub (1.4). Wpływ na sygnał
wyjściowy takich przetwornic parametrów środowiska, zmienność
współczynników α i ε w (1.1) i (1.4), a także stosunkowo niska czułość
pomiaru. To z kolei nie pozwoliło im znaleźć szerokie zastosowanie w
praktyce.
Analizatory gazowe przepustnicy mogą być budowane w układzie
przepustnicy dzielnika ciśnienia, sporządzonego z dwóch szeregowo
włączonych różnorodnej (turbulentnego i laminarnego) dławików. Takie
analizatory postrzegają skonsolidowane ustawienie   mieszanki i
ich wrażliwość wyżej omówionych wcześniej. Jednak analizatory gazów
tego typu nie znalazły praktycznego zastosowania, jednak, chociaż
dzielniki ciśnienia stosowane są w analizatoerach gazowych, wykonanych
2
112
w różnicowej lub mostowej pomiarowych układach przepustnicy.
Analizatory gazów z różnicowym schematem przepustnicy składają
się z dwóch przegród ciśnienia, jednym z nich przepływa analizowany
gaz, a przez drugą - gaz porównania. Jako przykład rozważmy analizator
gazowy Dommera, który jest zbudowany za różnicowym schematem
przepustnicy w układzie składającym się z dwóch laminarnoturbulentnych przegród ciśnienia. Taki analizator gazowy jest
przeznaczony do pomiaru stężenia dwutlenku węgla w domowych
gazach. i ma czułość około 10Pa %CO2. Jednak błąd pomiaru takich
przetworników pomiarowych wynosi około 4%. Oni również nie są
stosowane powszechnie w praktyce.
Analizatory z mostowym schematem przepustnicy zbudowane na
bazie dwóch połączonych równolegle przegród ciśnienia, przez które
przechodzi analizowany gaz. Takie analizatory mogą być wykonane
zarówno z jednym miejscem pracy dzielnika, jak i z dwoma, tutaj zakłada
się, że ciśnienie między przepustnicą dzielnika z tego samego typu dławik
nie zależy od właściwości gazu, a w dzielniku z różnymi dławikami - jest
funkcją składu analizowanego gazu. Największym zainteresowaniem jest
mostowy schemat krzyżowy z włączeniem laminarnego i turbulentnego
dławików, czyli układ z dwoma pracującymi dzielnkami. Taki układ
zapewnia większą czułość pomiaru. Przykładem takiego гanalizatora
gazowego może służyć urządzenie typu ГКД-І [70], dokładność wynosi
±3%.
Tak więc analiza prac w zakresie gazohidrodynamicznej
przepustnicy metody pomiaru składu gazów pokazał, że wypracowanie
znanych przepustnic analizatorów gazowych odbyły się bez
odpowiedniego teoretycznego uzasadnienia i dlatego w tych
opracowaniach nie są realizowane wszystkie możliwości tej metody. Brak
odpowiednich modeli matematycznych pomiarowych schematów
przepustnicy, niedostateczne ich eksperymentalne badania nie pozwoliły
ustalić zależność czułości przetwornika od składu cech konstrukcyjnych
elementów przepustnicy i wpływ na sygnał wyjściowy przetwornika
różnych niewpływowych parametrów. Dlatego dla szerokiego stosowania
należy rozwiązać zadanie ich optymalnego projektowania.
Dostępne opracowania przepustnicy przetworników pomiarowych
wykonywane bez odpowiedniego teoretycznego uzasadnienia. Takie
przetwornice proponowano budować głównie na znanym z elektrycznych
metod schematów pomiaru: schemat na jednym elemencie przepustnicy,
różnicowy lub mostowy schematy przepustnicy na czterech elementach
113
przepustnicy. Przy tym znane metody analizy elektrycznych schematów
pomiarowych i ich podstawowe właściwości, na przykład zależności do
określenia czułości, były w pełni na pneumatyczne i hydrauliczne
schematy pomiarowe.
W praktyce takie podejście do badania przepustnicy schematów
podczas tworzenia ich modeli matematycznych nie pozwalają ocenić
możliwości tej metody pomiaru jest w pełni. Właściwości i cechy
przepustnicy przetworników pomiarowych, nie pozwalają również
opracować metody ich obliczania, bo gazohidrodynamiczny oporu
przepustnicy elementów w odróżnieniu od oporu elektrycznego
rezystorów zależy nie tylko od cech konstrukcyjnych elementów
przepustnicy, ale i od parametrów środowiska, przepływającego przez
elementy przepustnicy, od profilu przepływu, a także od warunków
powstawania tego trybu.
Możliwości gazohidrodynamiczne przetworników pomiarowych
przepustnicy w dużym stopniu zależą od planów ich budowy, od
stosowanych w tych układach typów przepustnic elementów i tym
podobne. Metody syntezy schematów budowy takich przetworników na
dzień dzisiejszy nie są prezentowane. Nie opracowano również metody
opisu struktur takich schematów. W związku z tym większość możliwych
schematów budowy przetwornic przepustnic nie były znane i nie były
rozpatrywane. Rozwiązanie tych zadań w pierwszej kolejności pozwoli
sformalizować i zautomatyzować syntezę struktur schematów
przetwornic na podstawie różnych parametrów pomiaru. Przede
wszystkim w tym celu należy ich badanie przez modelowania
matematycznego. W związku z tym pojawia się zadanie opracowania
odpowiednich modeli matematycznych pomiarowych obwodów
przepustnicy, a także przetworników pomiarowych na bazie tych
schematów.
Ponieważ model matematyczny przepustnicy pomiarowej schematu
składa się z układu równań bilansów materiałowych i systemów równań
elementów przepustnicy, które są zawarte w ten schemat, to dokładność
modelu schematu przepustnicy w zasadzie będzie ustalona dokładnością
modeli matematycznych elementów przepustnicy.
Gazohidrodynamiczne pomiarowe przetworniki przepustnicy
zbudowane są w jednym lub kilku elementach przepustnicy, w pewien
sposób połączone w odpowiedni schemat pomiarowy. Przez elementy
przepustnicy przetwornicy odbywa się w określonym trybie strumień
ściskanego lub nieściskanego płynu.
114
Możliwości funkcjonalne i dane metrologiczne takiego konwertera
zależą od wielu różnych czynników: od ilości elementów przepustnicy i
schematu ich kombinacji, od rodzaju stosowanych elementów,
przepustnicy od ilości i rodzaju cieczy przepływającej przez elementy
przepustnicy, od trybu zasilania przetwornicy i od warunków jego pracy.
Bardzo ważnym jest przy tym rodzaj sygnału wyjściowego przetwornika,
który może być lub ciśnieniem lub różnicą ciśnień lub przepływem. W
związku z tym, że każdy z wyżej wymienionych czynników może
przybierać różne wartości lub modyfikacji, a wszystkie one w ogóle się
spotykają w różnych kombinacjach, analiza możliwości i cech różnych
schematów przepustnic pomiarowych, co potrzebne do budowy
konkretnego przetwornika, jest trudnym wyzwaniem.
Do rozwiązania takich zadań strukturalno-parametrycznej
optymalizacji przy budowie takich urządzeń należy matematycznie opisać
strukturę ich budowy, sformułować zasady syntezy struktur przepustnicy
schematów gazohidrodynamicznych urządzeń. Pozwoli to również
syntetyzować nowe schematy, na podstawie których budować nowe
gazohidrodynamiczne urządzenia, w szczególności urządzenia kontroli
składu płynnych substancji z zaawansowanymi funkcjami.
W ostatnim czasie w wielu dziedzinach nauki i techniki do opisu
różnych obiektów i procesów są bardzo powszechne rubryki i związane z
nimi metody badań. Niektóre elementy teorii grafów można wykorzystać
do sformułowania zasad syntezy struktur przepustnicy urządzeń
gazohidrodynamicznych. Przyjrzyjmy się ich więcej.
Szerokie zastosowanie teoria grafów otrzymała w badaniu tzw.
problemy optymalizacji, która występuje przy projektowaniu dużych
systemów zarówno technicznych, jak i programowych, takich jak
kompilatory.
W ramach tych badań opracowano wiele, nieznanych wcześniej
teoretyczno-grafowych pojęć. Teoria grafów jest wielką atrakcją dla
specjalistów w dziedzinie projektowania do tworzenia efektywnych
algorytmów i analizy ich złożoności. Korzystanie z urządzenia teorii
grafów miała istotny wpływ na rozwój algorytmów konstrukcyjnego
projektowania schematów. Bezpośrednie i szczegółowe przedstawienie
praktycznych systemów, takich jak sieci dystrybucji, systemu
komunikacji, prowadzi do grafów dużego rozmiaru, pozytywna analiza
których zależy w równym stopniu, jak od skutecznych algorytmów, jak i
od możliwości sprzętu komputerowego. Dlatego obecnie skupiamy się na
rozwoju i opisie algorytmów komputerowych do analizy grafów.
115
Graf ustawiany jest jako wiele punktów lub wierzchołki x1, x2 ...,
xn i wielu linii lub żeber a1, a2,..., am, łączących ze sobą wszystkie lub
część punktów. Formalna definicja grafu może być podana w następujący
sposób.
Grafem nazywa się dwójka rodzaju G = (X, A), gdzie X = {xi}, i =
1, 2, ..., n – zbiór wierzchołków grafu, A = {ai}, i = 1, 2,..., m – wiele
żeber grafu.
Grafy mogą być zorientowane, niezorientowane i mieszane (rys.
2.1). Jeśli żebra u wielu A skupiają się, że zwykle jest pokazany strzałką,
to są one nazywane łukami, i graf z tymi żebrami nazywa zorientowanym
grafem lub orgrafem (rys. 1,a).
Rys. 1. Przykłady ustawienia grafów
Jeśli żebra nie mają orientacji, to graf nazywa się
niezorientowanym (rys. 1,b). Graf, w którym są obecne i żebra, i łuku
nazywa mieszanym (rys. 1,w). W przypadku, gdy G = (X, A) jest
orgrafem, i chcemy pominąć ukierunkowaniem łuki ze zbioru A, to
niezorientowany graf, odpowiedni G, będzie oznaczony i nazywać się
niezorientowanym duplikatem lub niezorientowanym sobowtórem
(rys. 1,d).
116
Łuk ai może być przedstawiony uporządkowaną parą
wierzchołków (xn, xk), składający się z początkowego xn i ostatecznego
hc wierzchołków. Na przykład, dla grafu G1 (rys. 1,a) łuk 1 określa się
parą wierzchołków (x2, x1), a łuk a3 parą (x2, x3). Jeśli xn, hc – końcowe
szczytu łuku ai, to mówimy, że wierzchołki zapisu i xk są identyczne łuku
ai lub łuk ai identyczna wierzchołkom xn i hc.
Łuk, którego punkt początkowy i końcowy wierzchołki pokrywają
się, nazywa się pętlą. W kolumnie G3 (rys. 1,w) łuk a7 jest pętlą.
Każdy wierzchołek niezorientowanego grafu xi może
charakteryzować się stopniem wierzchołka d(xi).
Stopniem wierzchołka xi – d(xi) określa się liczba żeber,
identyczną do tej tej górze. Na przykład, dla dwuznaki G1 (rys. 1,b)
charakterystyki stopni następujące: d(x1)=2, d(x2)=3, d(x3)=3, d(x4 )=2.
Graf jest opisano przeliczeniem wielu wierzchołków i łuków.
Przykłady opisu dotyczą orgrafów na rysunku. 2 i rysunku. 3.
G4 = (X, A),
gdzie X = (xi), i = 1, 2, 3, 4 – zbiór wierzchołków; A = (ai), i = 1,
2, ..., 6 – wiele łuków, przy czym A = ((x1, x2), (x4, x2), (x2, x4 ), (x2,
x3), (x3, x3), (x4, x1)).
Rys. 2. Przykład ustawienia grafu
G5 = (X, A),
gdzie X = {B, C, D, E, F} – wiele wierzchołków grafu, A = {ai}, i
= 1, 2, ..., 5 – wiele łuków grafu, przy czym a1 = (F, B), a2 = (B, E), a3 =
(F, D), a4 = (E, C), a5 = (C, D).
117
Rys. 3. Przykład ustawienia grafu
Opis grafów składa się w zadaniu wielu wierzchołków X i
zgodności z G, który pokazuje, jak ze sobą powiązane wierzchołki.
Dopasowane Г nazywa się odwzorowanie zbioru X w X, a graf w
tym przypadku jestodznaczony parą G = (X, Г).
Dla niezorientowanego lub mieszanego grafu zakłada się, że
zgodność Г określa taki odpowiednik graf skierowany, który
otrzymywany jest z oryginalnego grafu wymianą każdego
niezorientowanego żebra dwoma przeciwnie skierowanymi łukami,
łączącymi te same wierzchołki. Na przykład, dla wykresu na rys. 1,b
Г(х2)={х1,х3,х5}, Г(х4)={ х3, х5}i tak dalej.
Nad grafami można przeprowadzać operacje matematyczne.
Rozważmy niektóre z nich.
Łączenie grafów G1 i G2, oznaczane jako G1 G2, jest takim
grafem G3 = (X1 X2, A1, A2), że wiele jego wierzchołków jest
stowarzyszeniem X1 i X2, a wiele żeber – stowarzyszeniem A1 i A2 .
Hrabia G3, otrzymany operacją łączenie grafów G1 i G2, jak pokazano na
rysunku. 4,d, a jego macierz sąsiedztwa – na rys. 4,e. Macierz sąsiedztwa
wynikającego grafu okazuje się zabiegiem częściowego logicznego
dodawania macierzy sąsiedztwa źródłowych grafów G1 i G2 .
Łączenie grafów G1 i G2, oznaczane jako G1
G2, reprezentuje
graf G4 = (Х1 Х2, A1 A2). W ten sposób wiele wierzchołków grafu
G4 składa się z wierzchołków znajdujących się jednocześnie w G1 i G2 .
Operację łączenia grafów G1 G2 pokazano na rysunku. 5,w, a
wynikowa macierz sąsiedztwa okazuje się zabiegiem częściowego
logicznego mnożenia macierzy sąsiedztwa źródłowych grafów G1 i G2 .
pokazano na rysunku. 5.g.
118
Rys 4. Wizualny obraz zrzeszania grafów
119
Rys. 5. Przykład łączenia grafów
120
Obwodnicza suma dwóch grafów G1 i G2, oznaczanych jako G1
 G2, jest graf G5, spowodowany z wielu żeber A1  A2 . Innymi
słowy, graf G5 nie ma izolowanych wierzchołków i składa się tylko z
żeber, obecnych zarówno w G1 lub G2, ale nie w obu na raz. Obwodnicą
sumę grafów G1 i G2 pokazano na rysunku. 2.5,d, a wynikowa macierz
sąsiedztwa okazuje się zabiegiem pojedyńczego logicznego dodawania na
mod 2 macierzy przylegania źródłowych grafów G1 i G2 . pokazano na
rysunku. 5.e.
W celu rozwiązania postawionych przez nas zadań jest bardziej
odpowiednie i wygodnie zastosować teoretyczną wieloskładnikową
koncepcję. Istnieją takie podstawowe pojęcia i elementy matematycznego
języka: "zbiór", "krotka", "funkcja", "związek". To podstawowe pojęcia,
na bazie których realizowane teoretyczno mnogie budowanie matematyki.
Pojęcie zbioru znane z podręczników do matematyki, nie będziemy
prowadzić go. Zbiorem mogą być liczby naturalne, zbiór podstawowych
elementów, na których budowane są pomiarowe schematy, na przykład
zbiór elementów przepustnicy przy budowie gazohidrodynamicznych
urządzeń. Kiedy chcą powiedzieć, że zbiór składa się z elementów
і
с ich
łączą w
 .
W ten sposób wyraz
a ,b,c,
elementowy zbiór, elementami którego są a , b і с .
a, b
oznacza trzy-
Zbiory A i В uważa za równe, jeśli zawierają te same elementy.
Jeśli choć jeden element zbioru A nie należy do zbioru B to mówią, że nie
są one sobie równe i przeciwnie, wszystkie elementy zbiory B muszą
należeć do zbioru A.
W podanym przykładzie kolejność elementów w zbiorze nie jest
A  1, 2,3, 4
B  4,1,3, 2
istotna, to znaczy zbiór
i zbiór
są równe
(A=B). Zakładamy, że zbiory A i B nie są uporządkowane. Jeśli zbiór jest
uporządkowany, to jego elementy będą podawane w określonej
kolejności.
Kolejną ważną zasadą jest to, że zbiór nie może zawierać takich
samych elementów. Tak, zadanie zbiory
B  4,1,3, 2,1, 2
B  4,1,3, 2
uważa za
niesłuszne. Prawidłowy będzie zapis
Zbiór A nazywany jest podzbiorem zbioru B , jeśli każdy element
zbioru A należy do zbioru B . Wskazują na to tak:
121
A  B . Jeśli istnieje
zbiór A , to on ma co najmniej dwa podzbiory: sam A i zbiór pusty  .
Zbiór nazywa się pustym, jeśli nie ma w ani jednego elementu. Liczba
wszystkich podzbiorów n - elementarnego zbióru jest
elementnych
podzbiorów n elementarnego
k nm 
2n .
Liczba m –
zbioru
jest
n!
m!(n  m)! .
Biorąc pod uwagę powyższe, można stwierdzić, że z pomocą
zestawów można zadawać hidrogazohydrodynamiczne elementy
przepustnicy, z których będziemy budować pewny pomiarowy schemat.
Na przykład, zbiór laminarny, turbulentny i mieszany elementów
( Л ,Т , З odpowiednio) można zadać zbiorem D1  Л ,Т , З. .
Jeśli pomiarowy schemat urządzenia jest dokładnie zadany, to
należy użyć uporządkowany zbiór elementów. Do dziś znane są
uporządkowane zbiory rodzaju "krotka".
Zakładamy, że krotka – to zestaw elementów lub składników, które
są uporządkowane w pewien sposób. Czyli wynika z tego, że składnik –
to dowolny element krotki. Dla oznaczenia krotek używa się nawiasów
 .
jej
długością.
Odpowiednio, krotka długości S pierwszym elementem jest
a1 , drugim
Liczbę
a2 – ostatnim – aS
elementów
w
krotce
nazywają
 a , a ,...,a 
1 2
S
, oznaczają
. Długość krotki może
różnić siębyle jak. Będziemy nazywać krotkę długości 2 – dwójkami,
długości 3 – trójkami, długości 4 – czwórkami itp.
Krotki  i  uważa się za równe, jeśli każdy element krotki  i
każdy element krotki  są równe, a ich długości są równe i te krotki są
uporządkowane za jedną regułą. Czyli krotka  1, 2,3, 4  i krotka
 1, 2, 4,3  nie będą sobie równe. Innymi słowy równość krotek może
być wykonywana tylko pod warunkiem ich tożsamości.
W ten sposób można stwierdzić, że z pomocą krotek można opisać
połączenie szeregowe elementów. Kolejność ich włączenia w krotkę
będzie odzwierciedlać porządek syntezy ich w schemat pomiarowy. Na
przykład, krotka  1, 2  opisuje schemat, który składa się z szeregowego
połączenia elementu 1 i 2, przy czym pierwszy będzie to element 1, a
122
potem będzie włączony element 2. Lub krotka
schemat połączenia szeregowego laminarnego
Т dławików.
 Л ,Т  opisuje
Л i turbulentnego
Z pomocą krotek można opisywać wszelkie schematy, na przykład
elektryczne, pneumatyczne, hydrauliczne. Głównymi tutaj są zasady
opisu krotek, ich długość, kolejność i zasady kombinacji w schemat
pomiarowy.
Do opisu reguł kombinacji krotek mniejszej długości w wielką
wprowadzamy pojęcie bezpośredniego iloczyn kartezjański zbiorów
(krotek). Bezpośrednim iloczynem kartezjańskim zbiorów A і B i
nazywa się zbiór D , który zawiera te i tylko te pary, pierwszy składnik
których należy do A , drugi należy do B (oznaczają D  A  B ).
Bezpośrednie iloczyn kartezjański zawiera wszystkie elementy zbioru A
dodane przed elementami zbioru B . Wszystkie elementy zbioru D można
znaleźć mnożeniem w parach wszystkich elementów zbioru A i B . Ale
należy wziąć pod uwagę, że A  B  B  A przecież w właściwości
krotek, a mianowicie kolejność ich włączzenia, ważne jest to, który
element jest włączony w schemat pierwszym – element zbioru A lub B .
Dajemy przykłady: jeśli zbiory oryginalnych elementów
A  a і B  b, tо A  B   a ,b ,
jeżeli A  a ,b, а B  a ,b ,c, tо
A  B    a , a  ,  a ,b  ,  a , c  ,  b , a  ,  b ,b  ,  b , c 

.
W podobny sposób można znaleźć krotki większej długości, a
mianowicie: jeślin
A  a ,b, B  a ,b,c, C  a ,c то
A  B  C    a, a, a ,  a, a, c ,  a, b, a ,  a, b, c ,  a, c, a ,  a, c, c ,
 b, a, a ,  b, a, c ,  b, b, a ,  b, b, c ,  b, c, a ,  b, c, c  .
W ten sposób, wyżej opisane zasady, za pomocą których można
opisywać gazohydrodynamiczne schematy pomiarowe, zbudowane są na
podstawie kolejnych włączeń w nich pewnych elementów.
123
Dla równoległego połączenia elementów wykorzystujemy pojęcie
uporządkowanego zbioru. Przecież przy równoległym połączeniu
elementów nie ma znaczenia w jakiej kolejności te elementy
wprowadzone do schematu pomiarowego.
Pojęcie takiego zbioru zaproponował prof. Ze Pistun a mianowicie
pojęcie szeregu. W szeregu, jak i w krotce w przeciwieństwie do wielu
elementów, elementy mogą całkowicie lub częściowo pokrywać się, a
składnikami mogą być dowolne obiekty, w tym – zbiory, krotki i szeregi.
Dla oznaczenia szeregów będziemy stosować nawiasy
  . Tak więc, na
przykład, szereg szerokości 3, pierwszym składnikiem którego jest
a
a ,a
a
,a
a1 ,

drugim 2 i trzecim 3 , zapisane w następujący sposób: 1 2 3 .
Podobnie do pojęcia krotki, szeregi mogą być równe. Szeregi  i
 uważa za równe, jeśli wszystkie elementy szeregi są obecne w szeregu
, czyli ich składniki są takie same. Przy tym ich szerokość powinna być
taka sama. Szerokością szeregi jest liczba elementów wchodzących w nią.
Na przykład, jeśli   [ Л , Т , З ] , to szerokość takiej szeregi równa 3.
Z tego wynika, że kolejność włączenia w szereg roli nie odgrywa.
W przeciwieństwie do krotki szereg [ Л , Т , З ] i [ Л , З , Т ] poziomie. Na
tym polega główna różnica szeregi od krotki – kolejność włączania
elementów w jednej linii nie ma znaczenia, bo przy równoległym
włączeniu elementów w schemacie jej cechy konstrukcyjne nie zmieniają
się.
Składniki szeregi, jak i krotki, mogą być elementy przepustnicy,
krotki i szeregi. Aby uzyskać szeregi większej szerokości używają
operację tzw. "pośredniego" iloczyny kartezjańskiego.
Bezpośrednim iloczynem kartezjańskim zbiorów A i B
nazywany jest zbiór, składający się z wszystkich tych i tylko tych
szeregów szerokości 2, jeden składnik których należy A , a drugs należy
B . Iloczyn kartezjański zbiorów A і B oznaczymy A * B .
A  a ,b, а B  a ,b,c, tо
A * B   a , a,a ,b,a ,c,b,b,b,c
Jeśli
.
Podobnie szukają szeregi większej długości, a mianowicie: kiedy
A  a ,b, B  a ,b,c, C  a ,c tо
124
A * B * C   a, a, a, a, a,c, a,b, a, a,b,c, a,c, a,a,c,c,b,b, a,b,b,c,b,c,c 
W ten sposób z wszystkich opcji matematycznego opisu schematów
(teoria grafów, teoria zbiorów) najbardziej optymalne jest teoretyczna i
wieloskładnikową koncepcje opisu schematów. Wykorzystując
podstawowe pojęcia tej koncepcji - "zbiór", "krotka" i "szeregi" i operacji
nad nimi, opracowane zasady modelowania struktury schematów
przepustnicy gazohydrodynamiczne urządzeń, syntetyzowane i opisane
struktury przepustnicy schematów w celu budowania na nich
gazohydrodynamiczne urządzeń kontroli składu płynnych substancji.
Bibliografia:
1. Пістун Є.П., Леськів Г.Ф. Побудова та моделювання газогідродинамічних
вимірювальних схем на двох дросельних елементах // Методи та прилади контролю
якості. – 2002. - № 9. - С.35-38.
2. Пістун Є.П., Леськів Г.Ф. Застосування теорії чисел для моделювання та
проектування газодинамічних дросельних пристроїв // Труды Одесского
политехнического университета: Научный и производственно-практический
сборник по техническим и естественным наукам. – Одесса . – 2001. – Вып.3(15). –
С.109-114.
3. Пістун Є. Газогідродинамічні вимірювальні перетворювачі на складених
дросельних елементах / Євген Пістун, Галина Леськів // Вісник Національного
університету «Львівська політехніка». – 2002. – № 460 : Теплоенергетика. Інженерія
довкілля. Автоматизація.
4. Пістун Є.П., Дубіль Р.Я., Матіко Ф.Д. Розширення діапазону вимірювання
витрати за методом змінного перепаду тиску // Вимірювальна техніка та метрологія:
Міжвідомчий наук.-техн. збірник.- 2001. - № 58. - C. 147-151.
Autor:
Roman
Hrudetskii,
asystent
katedry
komputerowego zarządzania procesami produkcyjnymi
Łuckiego narodowego technicznego uniwersytetu,
m. Łuck, Ukraina.
Obszar zainteresowań naukowych: teoria informacji,
programowanie, banki i bazy danych, elementy
przepustnicy.
Kontakt z autorem: [email protected]
125
126
UKD 620.22: 621.983
Anastasiia Ivandiuk
Łucki narodowy uniwersytet techniczny
DOSKONALENIE KONSTRUKCJI LICZNIKA WODY KV-1,5
Стаття присвячена вдосконаленню конструкції лічильника води для
запобігання стороннього впливу на роботу лічильного механізму шляхом
використання сильних магнітів. Запропоновано застосувати кільце притискне з
немагнітної нержавіючої сталі. Оптимізовано параметри холодного листового
штампування деталі.
Ключові слова: нержавіюча сталь, штампування, витягування, оптимізація.
The article is devoted to improving the design of water meter to prevent outside
influence at work counting mechanism by using strong magnets. A clamping ring use of nonmagnetic stainless steel. Optimized parameters of cold sheet metal stamping parts.
Keywords: stainless steel, stamping, deep drawing, optimization.
Статья посвящена совершенствованию конструкции счетчика воды для
предотвращения постороннего влияния на работу счетного механизма путем
использования сильных магнитов. Предложено применить кольцо прижимное из
немагнитной нержавеющей стали. Оптимизированы параметры холодной листовой
штамповки детали.
Ключевые слова: нержавеющая сталь, штамповка, вытяжка, оптимизация.
W związku z ciągłym wzrostem kosztów wody w sieci Internet [1]
częstą pojawiają się propozycje zmniejszenia kosztów w rachunku poprzez
ingerencji w działanie licznika wody za pomocą magnesów neodymowych.
Dane magnesy posiadają siłą wiązania 300-3800 N [2], którego w
zupełności wystarczy, aby zatrzymać obracanie elementów licznika.
Rozwiązać ten problem można poprzez wymianę elementów
ferromagnetycznych licznika na niemagnetyczne materiały. Przy produkcji
pierścienia dociskowego ze stali niemagnetycznej ważna jest optymalizacja
parametrów technologicznych przejść tłoczenia blachy.
Charakterystyczną cechą części otrzymywanych tłoczeniem blachy
jest wiele opcyj ich budowy, czyli jedną część można tłoczyć na różne
sposoby, od których zależą graniczne wymiary, właściwości użytkowe,
dokładność szczegółów i inne. [3-7].
Głównym celem intensyfikacji procesów tłoczenia blachy jest
skrócenie cyklu technologicznego przygotowania produkcji, a także
zapewnienie wymaganych wskaźników jakości i wydajności, a kierunkami
tej intensyfikacji jest opracowanie i rozwój nowych sposobów
127
odkształcania, a także metod komputerowego wspomagania obliczeń i
wyboru racjonalnego wariantu procesu technologicznego.
Projektowanie procesu technologicznego budowy pustych części w
przedsiębiorstwach opiera się na zastosowaniu referencyjnych zaleceń.
Zestawiono orientacyjne dane nie uwzględniają cechy budowy różnych
części i często są przybliżone, co generuje błędy przy projektowaniu
procesów technologicznych i oprzyrządowania. Wynika to z braku modeli
matematycznych, uwzględniających w pełni technologiczne czynniki i
relacje różnych operacji technologicznych tłoczenia, a także trudności
wykorzystania istniejących modeli komputerowych, w szczególności
opartych na metodzie skończonych elementów. Wybrane wymaga
konieczność rozwoju i ujednolicenia metod matematycznych obliczeń i
metod komputerowego wspomagania projektowania.
Zaginanie obrzeży jest to oddzielny rodzaj technologii, który posiada
takie cechy jak: wysoka wydajność, możliwość uzyskania różnych
kształtów i rozmiarów półproduktów i gotowych części, możliwość
mechanizacji i automatyzacji tłoczenia poprzez tworzenie kompleksów
urządzeń, zapewniających wykonanie wszystkich operacji procesu
produkcyjnego w trybie automatycznym (w tym wirnikowych i wirnikowoprzenośnikowych linii), możliwość uzyskania wymiennych części z dużą
dokładnością wymiarów, bez dalszej obróbki skrawaniem.
Zaginanie obrzeży najbardziej powszechnie stosowane w masowej i
produkcji seryjnej, gdy koszty wyposażenie tłoczeniowe jest szczególnie
opłacalne. Wraz z tym doświadczenia wielu krajowych zakładów pokazuje,
że tłoczenie blachi może być z powodzeniem stosowane w średnio seryjnej
produkcji [5].
Wybór wariantu procesu technologicznego blachy tłoczenie zależy
od wielkości produkcji, rodzaju produkcji, formy wyrobów materiału, z
którego jest wykonane, specjalnych potrzeb, które mają zastosowanie do
produktów, które są produkowane. Wybór najbardziej efektywnego
wariantu procesu technologicznego powinien być dokonany na podstawie
techniczno-ekonomicznej.
Najbardziej efektywne procesy oparte na stosowaniu zimnej
deformacji plastycznej – procesy zimnego tłoczenia blachy. Dzięki
ciągłemu rozwojowi technologii wzorów stempli, stosowanych urządzeń i
środków mechanizacji, tłoczenie stosuje się w czasach współczesnych
produkcji szerokiego przedziału i konfiguracji.
Doskonalenie konstrukcji licznika wody poprzez wymianę
pierścienia dociskowego, wykonanego z magnetycznej stali nierdzewnej na
128
podobny, wykonany ze stali nierdzewnej. Optymalizacja procesu
technologicznego zimnego tłoczenia blachy pierścienia dociskowego z
wykorzystaniem oprogramowania FormingSuite 2013.
Głównymi operacjami po zmianie formy, które stosują się w
produkcji części pierścień zaciskowy licznika KV–1,5 –okap, formowanie,
a także kołnierz. Ta nowa zwiększa niezawodność przyrządu pomiarowego
podczas eksploatacji.
Licznik ilości cieczy (rys. 1) zawiera dwukomorową obudowę z
kamerą 1, wewnątrz której znajduje się liczydło (na rysunku nie pokazano),
a także komora robocza 2 z wejściem 3 i wyjścowymi 4 przewodami, i
ukształtowanym dnem w postaci faktury płytki 5, a także szczelną
nakładową płytą 6, który jest przeznaczony do podziału kamer 1 i 2.
Oprócz wymienionych części korpus wyposażony jest w środkowej osi 7 z
zamontowanymi na ostatniej wirnikiem 8 i sprzęgłem magnetychym 9,
która jest podzielona na pół sprędła i objęta ochronnym ekranem 10. Za
kształtem ochronny ekran wykonany jest jednolitym elementem, który
łączy konstruktywnie dwie figury geometryczne: tuleję dociskową i
kręconą płytkę.
а
б
Rys. 1 Schemat licznika KV – 1,5:
a – licznik w przekroju osiowym; b– widok z góry
Wewnętrzne górne krawędzie aparatu 1 obudowy licznika
wyposażone w prowadnice 13, wykonanymi w postaci łukowych pasków,
które są umieszczone łukowate w kształcie taśmy płytki dociskowej i
przesunięte względem łukowych pasków 11 tej płytki z możliwością
późniejszego sprzęgła ich powierzchoń podczas montażu wszystkich części
licznika. Między podkładką wytłumiającą 10 i szczelna figurowa okładka 5
zainstalowane pierścień dociskowy 14 i uszczelka 15, a do ostatecznego
129
zatwierdzenia z wykorzystaniem sprzętu płytki dociskowej 10 (ona i
ochronny ekran).
Przy podawaniu płynów przez króciec wlotowy 3 w komorę roboczą,
2 licznika ilości płynów koło 8 obraca się tworząc moment obrotowy, który
za pomocą sprzęgła magnetycznego 9, co stanowi magnetyczne sprzęgło
między pólsprędłami, przekazuje kinematyczny moment obrotowy na
konto żmija liczydła. Ochronny ekran 10, dzięki temu że on pokrywa obu
magnetycznych pólsprędł, chroni je przed wpływem słabej i średniej
zewnętrznych pól magnetycznych, przy czym on sam zapewnia
wytrzymałość mechaniczną i łatwość montażu dzięki swojej konstrukcji.
Szkic pierścienia dociskowego przedstawiono na rys. 2.
Rys. 2 – Schemat pierścienia dociskowego
Głównym zabiegiem po zmienie formy w produkcji pierścienia
dociskowego jest wyciąg. Jako materiał źródłowy przy wyciągu korzystają
wszystkie techniczne metali i ich stopów w postaci blach, taśm i pasów,
zdolnych podjąć odkształcenie plastyczne. W ten sposób, wyciąg jest
procesem uzyskania pustych wyrobów z płaskiej blachy. Proces ten można
prowadzić bez zgrubienia, jak i z pogrubieniem przedmiotu.
Udany proces tłoczenia może być zrealizowany pod warunkiem, że
redukcja przedmiotu do średnicy otworu cylindra będzie odbywać się w
130
określonym zakresie, aby napięcia w metalu, nie przekraczały granic
wytrzymałości.
Operacja wyciągnięcia odbywa się w tłoczeniu, przy czym w
zależności od materiału i głębokości drążonego wyroby proces tłoczenia
może wykonywać kilka operacji w uporządkowanym szeregu pieczęci ze
stopniowym zmniejszeniem średnicy produktu. Proces tłoczenia (rys. 3)
odbywa się przez naciśnięcie stempla 1 na środkową część zwykle okrągłe
przedmiotu 3, który popycha ją w otwór matrycy. Dno przyszłego filiżanki
5, przechodzi przez matrycę, ciągnie za sobą drugą część przedmiotu do
środka, co prowadzi do jej krzepnięcia i zmniejszenie średnicy.
Рис. 3 – Schemat operacji wyciągnięcia
Wyciągiem można produkować części z metalu i materiałów o grubości
od 0,2...30 mm. Wyciąg jest wykonany na ekscentrycznych, prasach
korbowych, korbo-przegubowych prasach jednostronnego działania,
korbowych prasach dwustronnego działania, prasach hydraulicznych i
matrycach różnych typów i wzorów.
Pracochłonność procesu i sposób wyciągnięcia zależą od materiału i
konstrukcji dekoracji wykonanej części 5 (stosunek wielkości
charakteryzujących przekrój i wysokość części, promieni wiązania dna, ścian i
kołnierza, konfiguracji kołnierza).
Do wyciągnięcia części z cienkiego materiału, z szerokim kołnierzem,
kiedy trzeba utrzymać równomierny docisk podczas całego skoku stempla i
zapobiec zbyt silnemu zacisku obrabianego przedmiotu, stosuje się zaciski z
131
ogranicznikiem. Ogranicznikiem docisku przedmiotu służą podpory, uszczelki
lub pierścienie montowane na matrycy lub docisk. Luz między matrycą biorą
od (0,05...0,1) S do 1,1 S.
Konstrukcja części jest taka, że po wycąganiu i nadaniu niezbędnego
kształtu jamy obrabianego elementu należy przeprowadzić odbortowanie –
tłoczenie blachy, w wyniku którego plastyczne deformacji oryginalnego
płaskiego przedmiotu tworzą pokład po obrysie wcześniej wyciętego otwory
lub z zewnętrznego układu. W pierwszym przypadku odbortowanie realizują
spiczastym stemplem w matrycy poprzez zginanie i rozciąganie ściany wokół
przedmiotu wcześniej wyciętego w niej otwory, otrzymują cylindryczny
pokład. W drugim przypadku pokład na zewnątrz konturu przedmiotu
obrabianego otrzymywany metodą tłoczenia gumą. Na pokładzie ma zwykle
fałdy (zagiecia), do rozwiązania których wymagane jest szlifowanie ręcznie
lub w stemplu.
Rys. 4. – Schemat operacji odbortowanie:
1 – przedmiot obrabiany; 2– ścieńczenie ścian; 4 – macierz; 5 –
stempel
Jak widać z rys. 2 część zawiera cztery podłużne rzeźbione
formowania. Wypukłe formowanie jest zmiana kształtu przedmiotu
obrabianego, polegająca na tworzeniu lokalnych wgłębień i nierówności
poprzez rozciąganie materiału (rys. 5).
Ryż. 5 – Tworzenie usztywnienia i podłodze pół sferycznych
wgłębień
Oprócz lokalnych wgłębień i wklęsłych i wypukłych, zwolnień
formowaniem otrzymują rysunki i usztywnienia. Racjonalnie wykonane
usztywnienia pozwalają znacznie zwiększyć sztywność płaskich i płytkich
132
elementów tłoczonych, pojawia się możliwość zmniejszenia grubości
obrabianego przedmiotu i jego masy. Zastosowanie formowania w zamian
okapy w produkcji płytkich części z kołnierzem pozwala uzyskać oszczędności
metalu na skutek zmniejszenia poprzecznych wymiarów obrabianego
przedmiotu. Zwiększenie wytrzymałości, uzyskanych w wyniku
deformacyjnego hartowania, przewyższa spadek wytrzymałości na skutek
przedmiotu w strefie odkształcenia.
Kształt stempla znacząco wpływa na lokalizację źródła deformacji.
Podczas deformacji pół-sferycznam stemplem strefa odkształcenia składa się z
dwóch działek: działka mająca kontakt z stemplem i wolna działka, na której
brak obciążenia zewnętrzne.
Formowaniem cylindrycznym stemplem z płaską czołową (rys. 6)
można uzyskać pogłębienia wysokości (0,2...0,3) średnicy stempla. Aby
uzyskać więcej głębokich ubytków stosuje się formowanie z wstępnych zestaw
metalu w postaci rowka pierścieniowego (ryfta), a przy tłoczeniu części ich
stopów aluminiowych - zróżnicowane grzanie kołnierza.
Rys. 6 – Kształtowanie cylindrycznych stemplem z płaską czołową i
formowanie z wstępnymi zestawami
Wzorzec przy tworzeniu częściowo obciąga na stemplu, a częściowo na
matrycy, więc głębokość matrycy powinna być większa niż wysokość żebra
lub pogłębienia, a promień kąta fazy stempla znacznie mniej promienia
zaokrąglenia krawędzi matrycy w przeciwnym razie może pojawić się
załamania ścian formującej części, co prowadzi do pęknięć i nieodwracalnego
braku. Formowanie umożliwia się elastycznym i cieczowym środowiskiem
(wytłaczanie gumy, poliuretanu, stosowane w przekrojów na wszystkich
typach maszyn, samolotów, budowaniu wagonów, oprzyrządowania
telewizyjnego) cieczowe formowanie - karbowanych rur asymetryczny
śluzowych (sprężarek w systemach rurociągów i jako wrażliwych elementów
przyrządów).
Pierścień zaciskowy jest trudną przestrzenną konstrukcją, która ma
pięścią i wzciognięte kontury prosty w konfiguracji, znajdujące się w różnych
133
płaszczyznach. Jako materiał pierścienia dociskowego wzięto stal
niemagnetyczną 04Х18Н10 (AISI 304L) w postaci taśmy.
Stal taśma stalowa przeznaczona do wykrawania części szerokiej gamy
zastosowań. AISI 304L stanowi podstawowy gatunek w rodzinie stali
nierdzewnej i zawiera co najmniej 18% Cr i 10% Ni. Taka zawartość Cr
zapewnia powstawanie na powierzchni tlenkowej warstwy, co sprawia, że stali
są odporne na działanie różnych substancji chemicznych. Również ten
stosunek elementów w składzie stopu pozwala mu zachować
antyferomagnetyczne właściwości.
AISI 304L jest niezwykle trwała, elastyczna i plastyczna, z łatwością
znajdzie wiele zastosowań. Typowe działania obejmują gięcie, formowanie
układu, trakcja, rotacyjne odsysanie i inne. W procesie formowania można
wykorzystać te same maszyny i często te same narzędzia, co do stali, ale
wymaga to na 50...100% wieńkszy wysiłek. Jest to związane z wysokim
stopniem wzmocnienia podczas formowania stali austenitycznej.
Stal jest używana w wielu dziedzinach działalności człowieka, a jej
doskonała odporność temperaturowa i antykorozyjne właściwości są
głównymi zaletami w stosunku do innych gatunków stali. Wymienimy tylko
niektóre zastosowania stali nierdzewnej AISI 304L: różne gałęzie przemysłu,
gdzie stal jest stosowana w produkcji wyrobów i konstrukcji metalowych;
zbiorniki i pojemniki, a także rury do transportu i przechowywania różnego
rodzaju płynów, w tym wody pitnej, co pozwala na wykorzystanie jej do
produkcji części domowych liczników wody.
Skład chemiczny stali 04Х18Н10(304 L) w procentach podano w
tabeli 1.
Tabela 1
Marka
C
Mn Ni
S
P
Cr
Cu Fe
04Х18Н10 ≤ 0,08 ≤ 2 8…10,5 ≤ 0,03 ≤ 0,045 18…20 ≤ 1 66,3…74
Właściwości mechaniczne
przedstawiono w tabeli 2.
Marka
04Х18Н10
marki
Granica
Wydłużenie
wytrzymałości %
МPa
490
45
134
stali
04Х18Н10(304
Twardość
MPa
179
L)
Tabela 2
Granica
płytkości,
МPа
>200
Na szkicu pierścienia dociskowego znajdują się wszystkie niezbędne
dane, które charakteryzują wymiary elementów konstrukcyjnych części, a
także odległości między nimi.
Najbardziej wyobrażenie o przydatności danego metalu do tłoczenia
może być zdobyte po technologiczny badania. Mimo różnic w charakterze
deformacji, o możliwości wyciągnięcia lub formowania jest oceniana na
podstawie wyników badań przy najbardziej niekorzystnych dla
odkształcenia schemacie napięcia, na przykład, w warunkach dwuosiowego
rozciągania.
Było postawione zadanie porównać wyniki doświadczalne badania
płaskich próbek z podziału siatki metodą Eriksena na szczególną
stemplowość z danymi symulacji uzyskanymi metodą oczywiścieelementarnej analizy. Stosowana w przemyśle klasyczna metoda badania na
formowanie sferycznej studni po Eriksenu formalnie ocenia zdolność
blachy do parcia w układzie zbliżonej do dwuosiowego rozciągania i
związane z redukcją grubości obrabianej głębokości otworu.
Do eksperymentu wybrano próbki o różnej średnicy przejścia
sferycznej części przedmiotu w kołnierzową.
Przeprowadzono symulacje komputerowe formowania sferycznej
studni w oprogramowaniu FormingSuite, opierającym się na metodzie
elementów skończonych (MES). Właściwości mechaniczne stali
04Х18Н10 (AISI 304L) w FormingSuite zostały określone z bliskimi do
rzeczywistych.
Do oceny ostatecznej zmiany formy arkusz przedmiotu, co kończy
się zniszczeniem materiału, wykorzystują wykresy odkształceń granicznych
Kellera-Goodwina, które pokazują różnego rodzaju stosunek wartości
głównych odkształceń podczas jedno - i dwuosiowych intensywnych
stanach [4, 7].
Keller S. P. i Goodwin R. M. oferowały oceniać stemplowość nie w
końcy równomiernej deformacji, a po zakończeniu intensywnej deformacji
blachy, czyli zniszczenia. Keller P. S. zauważył, że między zmianami
ortogonalnymi jeden do drugiego deformacji w momencie zniszczenia
istnieje związek. Z danych doświadczalnych zostały zbudowane układy
zależności, zwane wykresy odkształceń granicznych w przypadku
zniszczenia przedmiotu. Wykresy Kellera-Goodwina odzwierciedlają
granice granicznych odkształceń, czyli zbiór punktów takich kombinacji
głównych odkształceń, działających w płaszczyźnie przedmiotu
obrabianego, które pasują do momentu rozpoczęcia lokalizacji ogniska
plastycznego odkształcenia lub pęknięcia.
135
Na wykres odkształceń granicznych wpływają takie czynniki, jak
grubość próbki, wytrzymałość na rozciąganie i granica plastyczności
materiału, deformacyjne utwardzenie i anizotropia.
W wyniku modelowania komputerowego MES [7] standardowej
próbki do badania na głębokość sferycznego otworu uzyskano wykres
odkształceń granicznych Kellera-Goodwina (rys. 7). Linia początku
odmowy 8 dzieli wykres odkształceń granicznych na dwie strefy:
niezawodne - poniżej linii 8 i strefy odmowy 7 - powyżej tej linii. Punkty
znajdujące się powyżej linii 8 oznaczają zniszczenie materiału próbki.
Bezawaryjna teren składa się z pięciu obszarów, które reprezentują różne
stanu przedmiotu: ryzyko zerwania 1, edukacja szyjki 2, bez defektywność
3, ryzyko 4, plikacja 5.
Rys. 7 – Wykres odkształceń granicznych przy zerwaniu
Na osi pionowej układu współrzędnych opóźnione pierwsze
odkształcenie główne Ɛ1, na osi poziomej odłożona druga strona
deformacji Ɛ2. Każdy obszar próbki rozbity metodą elementów
skończonych, znajduje odzwierciedlenie na wykresie punktem z
odpowiednimi jej wartościami odkształceń logarytmicznych. Wiele
punktów tworzą krzywą 6.
Do analizy porównawczej danych uzyskanych metodą wyliczeniową,
przeprowadzono kilka badań na formowanie sferycznej studni metodą
Eriksena z zastosowaniem podziału siatki (rys. 8) dla próbki o określonej
grubości na urządzeniu modelu MT-10 R. Kołowa siatka dzielenia jest
niezbędna do uzyskania brutto wartości odkształcenia przy zerwaniu dołka
i w trakcie powstawania szyjki. W celu zwiększenia dokładności
136
namalowano kwadratowa siatka, jednak w obliczeniach pod uwagę okręgu,
które zostały wpisane w każdą komórkę. Siatkę o wymiarach 2×2 mm,
głębokości nie większej niż 0,05 mm pokryta metodą drapania na
instrumentalnym mikroskopie w specjalnym urządzeniu. Należy zauważyć,
że przy głębokich kreskach powyżej 0,1 mm, przy tworzeniu kopuły
zniszczenie na tych kreskach wcześniej możliwego.
Do analizy porównawczej danych uzyskanych przez przekrój ściany
o grubości otrzymanej kopuły mierzona od źródła do jego centralnej części
z pomocą acicular mikrometrów (GOST 6507-90 z dokładnością do nie
więcej niż 0,01 mm), pozostałe wymiary kopuły zmierzali cyrkliem
(Standard paćstwowy166-89 z błędem nie większym niż 0,1 mm).
Rys. 8 – Próbki po teście na formowanie otworu:
а – modelowanie za pomocą МСЕ; b – próbka testowa
Jak wykazały pomiary, najczęściej przerzedzenie zbioru występują
na styku sferycznego segmentu 2 ze ściętym stożkiem 1 (rys. 8, b), gdzie
następnie odbywa się tworzenie "szyjki", położonej wzdłuż równoleżnika
kopuły, po czym obserwuje się niszczenie materiału.
Logarytmiczne deformacji Ɛ1, Ɛ2, Ɛ3 dla danej komórki mogą być
obliczane według wzorów (1), (2), (3) (4):
D
(1)
1  ln(1  e1 )  ln 1 ,
D0
D
(2)
 2  ln(1  e2 )  ln 2 ,
D0
h
(3)
 3  ln(1  e3 )  ln 1 ,
D0
137
gdzie D0 - średnica okręgu wpisanego w komórce okręgu do
deformacji; D1 - większa średnica elipsy po deformacji; D2 - mniejsza
średnica elipsy po deformacji; h0 - grubość blachy pod środkiem do
deformacji; h1 - grubość blachy pod komórką po deformacji.
Aby obliczyć główne deformacji w komórce, należy uzyskać obraz
tej komórki i znaleźć wartość prawdziwych długości średnic okręgu
wpisanego po deformacji.
Modelowanie z wykorzystaniem MES przeprowadzono w programie
kompleksie FormingSuite 2013 za pomocą zintegrowanego modułu LSDYNA.
LS-DYNA jest uniwersalnym produktem, który opiera się na
metodzie elementów skończonych i pozwala modelować złożone
prawdziwe problemy. Jest on stosowany w branży motoryzacyjnej,
lotniczej, budowlanej, wojskowej, produkcyjnej i bioenginerii przemysłu.
LS-DYNA zoptymalizowany pod kątem systemów operacyjnych z wspólną
i rozproszoną pamięcią Unix, Linux, Windows [8, 9].
Uzyskane uśrednione wartości odkształceń są zaznaczone na
wykresie odkształceń granicznych (rys. 9).
Rys. 9 – Eksperymentalne wartości granicznych odkształceń,
nałożone na wykres (wykres Kellera-Goodwina)
Analizując wykres Kellera-Goodwina do ciągnięcia pierścienia
dociskowego ze stali 04Х18Н10(304 L), widzimy, że proces wyciągania
odbywa się będzie bez zniszczenia z wystarczającym marginesem
bezpieczeństwa. W tym samym czasie kołnierzowa część przedmiotu ulega
138
znacznemu napięciu ściskania. Dlatego przy obliczaniu siły docisku
przedmiotu przyjmujemy duże wartości z zakresu wysiłku docisku.
Bezpieczeństwo procesu tłoczenia potwierdza i rozkład stref
bezpieczeństwa (rys. 10). Jak widać z rysunku, większość części w całości
znajduje się w strefie bezpieczeństwa, i tylko w kołnierzowej części
znajdują się znaczne placu wejść z dużym prawdopodobieństwem
sfałdowaniem.
Rys. 10 – Strefy bezpieczeństwa podczas tłoczenia pierścienia
dociskowego
Modelowanie procesu wyciągania z niskimi i wystarczającymi
wartościami siły docisku przedstawiono na rys. 11. Z rysunku widać, że
najniższe wartości siły przyciskając nie są w stanie dotrzymać sfałdowanie
(rys. 11), a wysokie wartości przyczyniają się do powstawania przedmiotu
z wystarczającą jakością powierzchni i brakiem znacznego sfałdowania
(rys. 11, b).
139
1а
2а
3а
1б
2б
3б
Rys. 11 – Modelowanie procesu wyciągania z niewystarczającą siłą
dociskania (1) i z odpowiednią siłą (2) w trakcie stempla:
а – 20 %; b – 50 %; c – 90 %
Przy projektowaniu procesu technologicznego należy zwrócić uwagę
na to, że plastyczność materiału powinna zapewnić niezbędne
odkształcenie plastyczne materiału. Je określamy, również z
wykorzystaniem programu FormingSuite 2013 (rys. 12).
Ras. 12 – Rozkład równoważnych deformacji
140
Jak widać z rys. 12 minimalne wartości równoważnego
odkształcenia wynoszą 2,99 %, a maksymalne – 32,98 %.
Jak wynika z tabeli 2 wydłużenie stali 04Х18Н10 wynosi 45 %. W
ten sposób odpowiedni poziom plastyczności w procesie wydobywania
zabezpieczony w pełni.
Zazwyczaj w procesie wydobywania w pobliżu dolnej części i w
pobliżu kołnierzowej części działają znaczne naprężenia rozciągające, co
prowadzi do znacznego dodatkowego rozcieńczenie warstwy ścian
przedmiotu i ewentualnego zniszczenia przedmiotu. Zmodelowamną
grubość ścianek detalu przedstawiono na rys. 13. Początkowa grubość
materiału wynosiła 2,0 mm. W procesie wydobywania придонная część
przedmiotu wyschnie do 1,72 mm, a kołnierzowa z przytyła do 2,16 mm.
Rys. 13 – Grubość ścianek detalu w procesie wyciągania
Także utożsamiali rozkład pierwszej i drugiej głównych odkształceń.
Są one przedstawione na rysunku. 14. Jak widać z rys. 14 pierwsze główne
deformacji znajdują się w odległości od -1,49 do 32,41 %. Drugie główne
deformacji znajdują się w odległości od -17,54 do 6,72%.
141
а
б
Ras. 14 – Rozkład pierwszych (a), drugich (b) głównych odkształceń
142
Proces technologiczny tłoczenie blachy obejmuje operacje
technologiczne, w wyniku których następuje przekształcenie materiału
podstawowego w wyroby gotowe (część) [10]. Jako materiał źródłowy do
tłoczenia blachy najczęściej stosuje się arkusze, taśmy. Przy zadanych
parametrach, które wynikają z konstrukcji i wymiarów części
stempowanych i częściowo określających zakres materiału podstawowego,
końcowy jego wyboru dokonują na podstawie ekonomicznej analizy
możliwych wariantów i określenie optymalnego.
Poszukiwanie optymalnego wariantu układu i obliczenia
współczynnika wykorzystania materiału wykonuje się w następnej
kolejności. Najpierw podejmują decyzję o użyciu bezodpadowego,
małoodpadowego cięcia lub cięcia z odpadami. Ta decyzja zależy od
wymaganej dokładności części, stopnia trudności jej kształtu, grubości
materiału. Następnie określają wartość zworek w zależności od wymiarów
przedmiotu obrabianego, rodzaju i grubości materiału. Dalej wybierają
rodzaj cięcia: proste, skośne, licznik, kombinowany. Określając optymalne
położenie przedmiotu na płaszczyźnie paski, określają szerokości pasma.
Według obliczonej szerokości pasma określają ilość zespołów, które
otrzymują z blachy z podanymi wymiarami, a ilość detali, które otrzymują
z taśmy. Następnie trzeba określić całkowitą ilość elementów z blachy.
Jako podstawowy materiał wybieramy taśmę ze stali nierdzewnej
04Х18Н10 Standard państwowy 5632-72 grubości 2 mm.
Wyznaczamy współczynnik wykorzystania metalu jako stosunek
powierzchni części do placu odpowiedniego metalu (iloczyn szerokości
taśmy na krok papieru). Obliczenia przeprowadzono w programie
FormingSuite. Współczynnik wykorzystania materiału wynosi 0,755, co
jest wystarczającą wartością.
Dlatego racjonalny wariant procesu wykrawania blachy pokrywy
dociskowej będzie mieć taki widok:
005 Transportowa
Transport rolki na działkę
Żuraw – belka o udźwigu 10 t
010 Wycinka z trzymaniem
Ustawić rolkę w odwijające urządzenie.
Doprawić do właściwego urządzenia.
Doprawić do bałwanowego dopływu
Wycinanie w czasie kilku ruchów do tankowania w zawijające
urządzenie.
Wycinanie w trybie automatycznym
143
015 Przebicie
Zrobić otwór według szkicu
Sprzęt – press KD 2122 E, stresem 160 kn.
020 Wypukłe formowanie
Tworzyć otwór i usztywnienia wytrzymując wymiary według szkicu
Sprzęt – press CD 2126 E, stresem 400 kn.
025 Wycinka
Wyłączyć wzorzec według szkicu
Sprzęt – press CD 2124 E, wysiłku 250 kn.
030 Przebicie
Przebić się przez dwa otwory według szkicu
Sprzęt – press KD 2122 E, stresem 160 kn.
035 Lampka
Kontrolować wymiary części – 1% od partii.
Podana optymalizacja procesu technologicznego budowy tej części
jest możliwa przy zabudowie niezbędnego wyposażenia technologicznego.
Należy przy tym pamiętać, że w jednym ruchu aktywnego narzędzia
powinna być utworzona największą liczbę elementów konstrukcyjnych
części.
Nowoczesne sprzęt do tłoczenia listów zapewnia uzyskanie
jednocześnie, czyli za jednym zamachem aktywnego narzędzia, dużej ilości
obwodów części o różnej konfiguracji. Przy tym są skomplikowane
narzędzia – znaczki z dużą ilością macierzowo-пуансонних grup. Takie
podejście do projektowania procesów technologicznych pozwala obniżyć
koszty produkcji poprzez zmniejszenie pracochłonności obsługi i
oszczędności wynagrodzeń podstawowych i pomocniczych pracowników
ze względu na ich warunkowego uwolnienia do środowiska. Koszty
projektowanie i wykonanie oprzyrządowania w wielu przypadkach są
kompensowane poprzez uwolnienie urządzeń, powierzchni produkcyjnych,
materiałów i tym podobne. Ten lub inny wariant procesu technologicznego
powinien być ekonomicznie uzasadniony, czyli muszą być przeprowadzone
techniczno – ekonomicznie, które potwierdzą celowość korzystania z tego
wariantu procesu technologicznego. Aby to zrobić, należy określić kryteria,
według których odbywać uzasadnienie ekonomiczne. W początkowej fazie
projektowania technologicznego takim kryterium może być co najmniej
podanych kosztów.
Podane koszty na jednostkę produktu mogą być obliczone według
wzoru:
З = С + ЕнК ,
144
де З – приведені витрати одиниці продукції по даному варіанту;
С – koszt jednostkowy produkcji tego wariantu procesu
technologicznego;
Ен – normatywny współczynnik efektywności inwestycji
kapitałowych, Ен  0,15;
К – wydatki inwestycyjne na jednostkę produkcji tego wariantu
procesu technologicznego.
Według podstawowego przedsiębiorstwa koszt jednostkowy
produktów wynosi Сб = 2,50 UAH, a konkretnego inwestycje kapitałowe –
Кб = 2,00 UAH. W konsekwencji, powyższe koszty według podstawowego
składnika wynoszą:
Зб = Сб + ЕнКб =2,50 + 0,15·2,00 = 2,80 UAH
Według najnowocześniejszych przedsiębiorstw, które wprowadziły
podobną technologię, która opiera się na zasadach koncentracji operacji
uzyskuje się obniżenie kosztów produkcji na 5...10%, przy zwiększeniu
inwestycji na 10...15%. Przyjmujemy wartości graniczne zmniejszenie
kosztów produkcji o 5%, przy wzroście inwestycji o 15%.
W konsekwencji, powyższe koszty projektu wynoszą:
Зпр = Спр + ЕнКпр = 2,50· 0,95 + 0,15· 2,00· 1,15 = 2,675 UAH
Efekt ekonomiczny na program będzie wynosić:
Е = (Зб – Зпр)N =(2,80 – 2,675)·1000000 = 125 000 = грн.
Zatem
proponowany
wariant
procesu
technologicznego
ekonomicznie uzasadniony i zapewnia redukcję tych kosztów przy jego
wdrażaniu i jest wskazane do wdrożenia do produkcji.
W pracy zaproponowano poprawić wewnętrzną powierzchnię
pokrywy licznika wody poprzez wymianę materiału na stal antykorozyjną
niemagnetyczną 04Х18Н10 (304 L). Przeprowadzone badanie metody
sprężysto-plastycznego stanu przedmiotu obrabianego w procesie
odkształcania. Udowodniono technologiczności części na etapie zimnej
blachy tłoczenie. Złożony proces technologiczny tłoczenia blachy i
określono podstawowe techniczno-ekonomiczne wskaźniki.
Bibliografia
1. https://vk.com/club47794813
2. http://neodimagnit.com.ua/?gclid=CK-0aLr6sgCFYPUcgodaH8CxQ
3. Metal forming handbook / Schuler. – Berlin ; Heidelberg; New York; Barcelona;
Budapest; Hong Kong; London; Milan; Paris; Santa Clara; Singapore; Tokyo: Springer,
1998.
4. Metal Forming: Mechanics and Metallurgy (Paperback) by William F. Hosford,
Robert M. Caddell. – 4th edition. – Cembridge university press, 2014.
145
5. Sheet metal stamping dies. Die design snd die-making practice. Vukota
Boljanovic. – New York: Industrial press, 2013
6. Теория пластических деформаций металлов / [Унксов Е.П., Джонсон У.,
В.Л. Колмогоров и др.]; под. ред. Е.П. Унксова, А.Г. Овчинникова. – М.:
Машиностроение, 1983. – 598 с.
7. Marcal P.V. and King I.P. Elastic-plastic analysis of two-dimensional stress
systems by the finite element method. Int. J. Mech. Sci., 9(1967). – C. 143-155.
8. http://www.lstc.com/products/ls-dyna
9. http://www.oasys-software.com/dyna/en/software/ls-dyna.shtml
10. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. – 6-е изд., перераб.
и доп.. – Л. Машиностроение, 1979. – 520 с.
Autor: Anastasiia Ivandiuk, magister wydziału
materiałoznawstwa i plastycznego kształtowania
konstrukcji maszyn Łuckiego narodowego technicznego
uniwersytetu, m. Łuck, Ukraina
Kierownik naukowy: Jurij Feshchuk, kandydat nauk
technicznych, docent wydziału inżynierii materiałowej i
plastycznego
kształtowania
konstrukcji
maszyn
Łuckiego narodowego technicznego uniwersytetu, m.
Łuck, Ukraina
Obszar zainteresowań naukowych: materiały do
tłoczenia zimnej blachy, badania mikrostruktury
zdeformowanych materiałów, intensyfikacja procesu
wyciągania.
Kontakt z autorem: [email protected]
146
147
UKD 620
Tetiana Kokosha
Łucki narodowy uniwersytet techniczny
KORZYSTANIE Z MECHANIZMÓW RÓWNOLEGŁEJ
STRUKTURY W CELU ZWIĘKSZENIA EFEKTYWNOŚCI
URZĄDZEŃ TECHNOLOGICZNYCH
У статті виконано оцінку функціональних можливостей технологічного
обладнання на основі механізмів паралельної структури, досліджені можливості
застосування механізмів паралельної структури у робото-технічних вимірювальних
системах, виконана оцінка передумов розширення області практичного
використання механізмів паралельної структури.
Ключові слова: верстат, інструмент, моделювання, формоутворююча
система, координатний код.
In the article the estimation process equipment functionality based mechanisms of
parallel structure, mechanisms explored the possibility of parallel structures in the work
and technical measuring systems, the estimation of prerequisites for expanding the practical
application of mechanisms of parallel structure.
Key words: machine tool simulation, formative system, coordinate code.
В
статье
выполнена
оценка
функциональных
возможностей
технологического оборудования на основе механизмов параллельной структуры,
исследованы возможности применения механизмов параллельной структуры в
робототехнических измерительных системах, выполнена оценка предпосылок
расширения области практического использования механизмов параллельной
структуры.
Ключевые слова: станок, инструмент, моделирование, формообразующие
система, координатная код.
Ocena funkcjonalności urządzeń technologicznych na podstawie
MRS.
Dziś możemy zaobserwować zwiększone zainteresowanie
funkcjonalności WPK, i jak zwykle, jego wielofunkcyjność staje się
decydującym czynnikiem przy wyborze maszyny. Większość firm do
budowania narzędzia mechanicznego zawiera nowe modele tokarek z
wykonywaniem frezowanie powierzchni, w tym ze skomplikowanym
profilem, szlifowania, głównie końcowe, wiercenie, nacięcia, pomiar i
wiele innych operacji. Pierwsza tokarka modelu V100 na podstawie МPК
z ciężarkami o zmiennej długości opracowana przez firmę Index-Werke i
zaprezentowana na międzynarodowych targach METAV'2000. W tej
maszynie przegubowo-kluczowi MRS wykorzystane do formotwórczych
148
ruchów babki wreciona z tokarkach uchwytem zaciskowym do detali.
Obszar roboczy maszyny V100 ograniczone do obszaru 250 x 250 x 150
mm, przy maksymalnej średnicy części 130 mm.
Przy przetważaniu masywnych detali do poprawy dynamiki,
szczególnie podczas szybkiego przetwarzania, wskazane jest, aby dla
operacji tokarskich zachować sztywną nieruchomą lub ruchomą (w razie
potrzeby) babkę, a sztykowo – prętowy MRS użyć do formotwórczych
ruchów hamulca z narzędziem (lub instrumentalnym systemem).
W przypadku toczenia długich, wąskich elementów należy
zwiększyć obszar roboczy. W tym celu trzeba połączyć ścieżkę wynikową
wierzchołka narzędzia z kinematycznymi właściwościami i połączyć ilość
ruchów ze strukturą maszyny. W ten sposób można ustawić żądany stopień
wolności ВО celu wykonania tokarką wielofunkcyjnych zadań i podzielić
je między tradycyjną i równoległymi strukturami. W rezultacie
otrzymujemy układ tokarki obrabiarki wielozadaniowej, gdzie z powodu
trudnych kiematycznych więzi w postaci belki o stałej długości
pośrednictwem połączeń sztykowych oddzielnego mechanizmu posuwu
wzdłużnego z odpowiednim punktem na obudowie ruchomej platformy,
dzieje się самоориентация osi tarczy głowicy z narzędziem.
Dla posuwu wzdłużnego dolnych końców każdej sztangi w
prowadnicach obrabiarek stosowane śrubowe kulkowe transmisji. Krótkie
technologiczne ruchu z wysoką dynamiką mogą być realizowane za
pomocą równoległej struktury w połączeniu z tradycyjną kinematyką, co
pozwala wykorzystać cały teren.
Sterowanie posuwem i orientacją narzędzia tnącego odbywa się
kompleksowym system oprogramowania sterowania (CNC) od czterech
silników krokowych, z których każdy określa ruch pojedynczego
mechanizmu posuwu wzdłużnego, zamontowanymi zawiasami dolnych
końców belki ruchomej platformy. W wyniku kontrolowanego ruchu
dolnych końcówek drążków dzieje przesuwanie i obracanie ruchomej
platformy względem współrzędnych osi maszyny X, Y, Z. Zmiana
położenia dolnego końca jednej z belek pozostawia bez zmian położenia
innych drążków, choć i powoduje zmianę położenia w przestrzeni
ruchomej platformy, na którym zainstalowano narzędzie. Przy
jednoczesnym ruchu dolnych podpór czterech drążków w dowolnej
kombinacji z różną wartością posuwu wzdłużnego i kierunkiem dzieje
złożony ruch i orientacja narzędzia ze względu na fakt, że obudowa
ruchomej platformy ustanawia się sama w odpowiednie położenie w
przestrzeni współrzędnych obrabiarki. W ten sposób, ruchome platforma
149
instrumentalna może mieć od czterech do sześciu stopni swobody
względem układu współrzędnych maszyny i jest zarządzana ruchem tylko
dla współrzędnej Z dolnych końców belki o stałej długości, przegubowo
związanych z napędem posuwu. Każda belka stałej długości jest solidny
kinematycznym ogniwem, które jest sterowane napędem posuwu dla
prowadnic obrabiarki i związana z obudową ruchomej platformy nośnej
narzędzia.
Ocena możliwości zastosowania MRS w zrobotyzowanych
technicznych systemach pomiarowych.
Sprzęt technologiczny z МPС (TOPK) różni się od tradycyjnego
możliwością wykonania na nim nie tylko operacji obróbki i montażu, ale i
badania i kontroli produktów bez operacji transportowych, co znacznie
zwiększa wydajność, poprawia jakość wyrobów, a także promuje kulturę
produkcji. Zastosowanie TOPK, że ma odpowiedni poziom mobilności
zmian technologicznych funkcji, począwszy od zmiany narzędzia (w tym
pomiarowych) w procesie produkcji wyrobu i kończąc adaptacyjnym
kierowaniem tym procesem, jest zupełnie nowym rozwiązaniem problemu
poprawy jakości budowy maszyn w specyficznych warunkach elastycznej
wielokrotnościowej produkcji seryjnej.
TOPK ma znacznie szersze możliwości technologiczne w
porównaniu z tradycyjnymi верстатними systemami z powodu jego
budowy na zupełnie nowych koncepcjach:
– korzystanie z wielofunkcyjnych i wielowątkowych kluczowych
mechanizmów równoległej struktury (rys. 1) pozwala za pomocą jednego
mechanizmu
wykonać
transportowe,
instalacyjne
i
operacje
technologiczne;
– zastosowanie wbudowanych napędów z wysokim momentem i
szybko działającej inżynierii umożliwia sterowanie procesami
technologicznymi ruchem organu wykonawczego mechanizmu i
odszkodowania elastycznych ruchów pod wpływem sił skrawania, co
zapewnia stabilną pracę technologicznej maszyny przy zmiennym
położeniu mechanizmu;
– korzystanie z wbudowanych systemów kontroli przyczynia się do
tworzenia systemów technologicznych z elementami sztucznej inteligencji,
co pozwala zautomatyzować operacje wykonywane ręcznie.
150
Rys. 1. Kinematyczny schemat l-współrzędnego robota
1 - nieruchomy element; 2 - organ wykonawczy manipulacji obiektu;
3 - łańcuch kinematyczny; 4 - napęd liniowy
Do transportowania, manipulacji, orientacji i pozycjonowania
obiektów są przyznaczone różne za kinematyczną strukturą, układem i
konstrukcyjną realizacją zrobotyzowane systemy. Nowoczesne modele
manipulatorów zbudowane na bazie l-osiowych mechanizmów równoległej
struktury (rys. 1, 2), wyjściowy organ których porusza się napędami, że
regulują odległość pomiędzy punktami ruchomej i nieruchomej platformy.
W takich mechanicznych systemach sześć stopni swobody są poprzez
liniowe wykonawcze kinematyczne łańcuchi, które realizują ustawę ruchu
(rys. 1).
Robot składa się z podstawy (nieruchomej platformy) 1, organu
wykonawczego 2 połączonych parami sześciu belek 3. Długość każdej
belki jest regulowana indywidualnie liniowym napędem 4. Konstrukcja
pracy jest znacznie uproszczona poprzez wykorzystanie wszystkich sześciu
ramion z napędami podobnego wykonania. Na organie wykonawczym
robota można zamocować urządzenie w zależności od rodzaju
wykonywanych prac.
151
Do rozwiązania zadań praktycznych wskazane jest zakładanie
przegubów belek bezpośrednio do obiektu manipulacji (rys. 7.16).
Konstrukcja takiego mechanizmu daje możliwość, aby tworzyć miejsca
pracy oraz jego obszar pracy w związku ze specyfiką procesu
technologicznego i konstruktywną formą obiektu manipulacji.
Rys. 2. Obiekt manipulacji, stosowany jako oryginalne powiązanie:
1 – stały element; 2 – organ wykonawczy-obiekt manipulacji; 3 –
kinematyczna łańcuch; 4 – liniowy napęd
Stworzony l-osiowy robot z 24 stopniami swobody (rys. 3), który
składa się z czterech podobnych modułów i z powodu wysokiej sprawności
może wykonywać różne operacje technologiczne. Robot ma spójny osiowy
układ modułów. Taki robot z odrębnymi napędami ma 224 stanów w
przestrzeni. Jeśli konsekwentnie wcielać napędy w odstępach przez jedną
sekundę, należy ponad 30 lat na realizację wszystkich możliwych pozycji
organu wykonawczego w przestrzeni.
152
Rys. 3. l- osiowy robot 24 stopniami swobody
Skład robota składa się z czterech kolejno połączonych
sześcioosiowych modułów A, B, C, D równoległej struktury. Każdy moduł
posiada ruchome i nieruchome elementy, przegubowo połączone
kinematycznymi łańcuchami, zmiana długości których realizowana
siłownikami liniowymi.
Szerokie możliwości syntezy różnych robotów na podstawie
skupiska podobnych modułów otwierają nowe perspektywy rozwiązania
problemu "niezgodności" uniwersalnych robotów z różnymi rodzajami
urządzeń technologicznych.
Schemat robota z systemem zarządzania w absolutnych
współrzędnych pokazano na rysunku 4.
153
Rys. 4. Schemat robota z systemem zarządzania w absolutnych
współrzędnych
Robot zawiera kinematyczne ogniwa 1, połączone między sobą
obrotowymi kinematycznymi parami 2. W każdej parze jest napęd, który
wykonuje względny ruch (obrót) połączonych ogniw. Aktualna pozycja w
przestrzeni wyjściowego ogniwa 9 charakteryzuje się współrzędnymi
l1=aA; l2=aB; l3=aD; l4=dB; l5=dD; l6=bD. Punkty A, B, D należą bazie 4, a
punkty a, b, d –wyjściowemu związku.
System sprzężenia zwrotnego jest zbiorem sześciu urządzeń do
pomiaru przemieszczeń liniowych, które otrzymują informacje dotyczące
współrzędnych l1, l2,…, l6.. Każde takie urządzenie zawiera struny 6 i 8
czujnik (typu automatycznej ruletki) do pomiaru bieżącej długości łańcucha
lub aparaturę do bezstykowych pomiarów (na przykład, laserową lub
ultradźwiękową). W trakcie przenoszenia wyjściowego szczebla informacje
o aktualne współrzędne l1, l2, …, l6 wchodzi w blok 3. Jednocześnie z bloku
11 programu, która określa ruch wyjściowego szczebla, w bloku 5
docierają informacje o względne położenia ogniw, na podstawie której
obliczane są wartości zadane współrzędne l1, l2, …, l6. W bloku 7 z
*
*
*
uwzględnieniem współrzędnych l1, l2, …, l6 i l1 , l 2 , …, l 6 określa się
niedopasowanie między bieżącymi zadanymi i faktycznymi stanami
wyjściowego szczebla. Po tym, jak w bloku 10 określane są ogniwa,
przenoszeniem których może być zlikwidowana ta niespójność. Dane z
154
bloków 10 i 11 robią w bloku 12, w którym powstaje program sterowania
napędami ogniw.
Rozwój inżynierii samochodowej stawia nowe wymagania dotyczące
automatyzacji procesów kontroli, co powoduje znaczny wzrost wydajności
KVM i zapewnienia ich wysokiej manipulacyjnych właściwości. Pracy
równoległej kinematyką mogą dokonywać manipulacji jak kontrolnopomiarowej, narzędzi, jak i pod produktami pod kontrolą. Przykładem
takiego sprzętu jest maszyna-pięcionóg mod. G-800 niemieckiej firmy
Мetrom, maszyny-sześcionóg mod. RM-600 japońskiej firmy Okuma i
TM-1000 SA "Lapik" (Rosja), mechanicznych sześcionógi mod. Hexabot
amerykańskiej firmy Hexel Corporation, a także maszyny-trójnogi wielu
zagranicznych firm.
Głównym elementem maszyny-sześcionógi mod. COSMO
CENTER PM-600 jest sześcioosiowy mechanizm równoległej struktury
(rys. 5, 6), belki 2 wykonane są w postaci kulkowyo- śrubowej i
zintegrowane w pusty napęd, obudowa którego jest połączona z
podstawową konstrukcją maszyny 1 przez oporowe przeguby 4.
Rys. 5. Ogólny wygląd maszyny-sześcionógi mod. COSMO
CENTER PM-600 firmy OKUMA (Japonia)
155
Taka konstrukcja ogniw kinematycznych nie ogranicza maksymalną
długość ramion, co pozwala znacznie zwiększyć wymiary przestrzeni
roboczej i zapewnić prędkość przesuwu belki do 120 m/min z
przyspieszeniem do 15 m/s2. Prędkość obrotowa wrzeciona z napędem o
mocy 7 kw osiąga 30000 obr./min. organ Wykonawczy może obracać się w
granicach obszaru roboczego na kąt do 25 ºc od osi pionowej. Maszynę
można używać i jak KVM.
Technologiczny moduł SA "Lapik" (Rosja) zapewnia wykonanie w
jednym kompleksie funkcji uniwersalnego sprzętu technologicznego i
KVM. Na nim można wykonywać operacje frezowania, toczenia,
wiercenia, wytyczenia i pomiary części. Moduł można w 10 minut bez
specjalnego narządu przekształcić w KVM.
.
Rys. 6. Struktura maszyny-sześcionógi mod. COSMO CENTER
PM-600
156
Centrum obróbcze model TM-1000 (rys. 7) s. A. "Lapik" ma sześć
rurowych mocnych ramion, które znajdują się na pulpicie i w parach
związane górną częścią i tworzą trzy wsporniki, połączone ze sobą, innymi
rurowymi elementami i tworzą w ten sposób ramę. Na ramie zamontowane
sześć teleskopowych ramion, napędowe silniki elektryczne prądu stałego i
rozłączne, cierne napędy.
Rys. 7. Widok ogólny centrum obróbkowego mod. ТМ-1000АО
“Lapik”
Dla każdego plącznika system sprzężenia zwrotnego na bazie
interferometru laserowego, który jest związany z górną platformą i
wrzecionem lub bolcem. W tym drugim przypadku używa się hel-neon i
lasery światłowodowe światłowody, dzięki czemu dokładność
pozycjonowania organów wykonawczych dotyczących współrzędnych osi
osiąga 0,8 µm. Rama maszyny i jego sztangi łączy się za pomocą
uniwersalnych przegubów, które zapewniają ich jednoczesne pionowe i
boczne przenoszenie. Drążki montowane na ramie maszyny i połączone z
platformą.
Dla zwiększenia odporności na ścieranie zamiast przekładni używają
przeguby cierne napędy. Polecenia do poruszania się mogą być ustawione
w kodach ISO lub na specjalnym języku.
157
Platforma może wykonywać następujące ruchy: ruch do określonego
punktu lub na określoną odległość, przy jednoczesnym skręcie w
określonej pozycji; obrót w określonej pozycji lub na określony kąt bez
ruchu; przeniesienie punktu, znajdującego się na platformie, w stosunku do
danego linii śrubowej z jednoczesnym obrotem względem tej linii.
Nośność każdej sztangi osiąga 750 Nm.
System sterowania obrabiarką posiada funkcję samoregulacji, która
zapewnia
stabilną
dokładność
dzięki rozwiązywanie
błędów
spowodowanych naturalnymi deformacjami konstrukcji. Po wprowadzeniu
danych źródłowych w systemie zarządzania są kompensowane błędu z
uwzględnieniem temperatury, wilgotności i ciśnienia atmosferycznego.
Eksploatacja tych maszyn wykazała ich wysoką wydajność podczas
przetwarzania trudnych powierzchni elementów skrzydeł samolotów, form
wtryskowych, tłoczników. Masa tych maszyn 2,5...3,5 t, wymiary
przestrzeni roboczej 1000×700×500 mm. Kąt obrotu względem osi
współrzędnych nie przekracza 45*; dokładność pozycjonowania witryn
wynosi 0,8...1,4 mm. KVM w konstrukcji podobne do technologicznych
urządzeń. Długość części, które na nich są mierzone, nie przekracza 1000
mm.
Głównym zadaniem elastycznej automatyzacji w jednym cyklu
produkcyjnym jest efektywne wykorzystanie pracy intelektualnej poprzez
zastosowanie obrabiarek CNC w połączeniu z robotyzacją i
komputeryzacją zarządzania. Rozwój zaawansowanych technologii na
bazie elastycznych systemów produkcyjnych (PSP) utworzyła nową
naukową kierunek, która uzyskała tytuł mechatronika (mechanika i
elektronika), która była podstawą tworzenia urządzeń technologicznych z
równoległej kinematyką.
Ocena
przesłanek
rozszerzenie
zakresu
praktycznego
wykorzystania MRS.
Od tego czasu, jak WPK otrzymały zastosowań przemysłowych,
stało się oczywiste, że te maszyny mają określoną perspektywę, co pozwala
im konkurować w przyszłości z maszynami tradycyjnej konstrukcji. Jednak
intensywny rozwój tych maszyn dopiero się zaczyna, więc w niektórych
obszarach, gdzie tradycyjne obrabiarki blisko zbliżył się do swojej
technicznej i ekonoWPKznej granicy (co jest charakterystyczne np. dla
standardowych
obrabiarek
wielozadaniowych),
WPK
aż
są
niekonkurencyjne. W tym samym czasie, wyniki badań przykładów
udanego zastosowania tych maszyn wykazały, że gdy byli skupieni w
"wąskich miejscach", do obrabiarek tradycyjnej konstrukcji, to pozwoliło
158
im pokazać swoje najlepsze cechy z technologicznego punktu widzenia
jakości, a jednocześnie uniknąć związanych z tymi obrabiarkami wad.
Jednak zupełnie oczywista konieczność prowadzenia dalszych badań i
rozwoju WPK dla tego, aby znacznie poszerzyć zakres ich praktycznego
wykorzystania. Warto przy tym zwrócić uwagę na następujące punkty:
Ponieważ przewidzieć konstrukcję i wydajność WPK trudniejsze, niż
tradycyjnych maszyn, do wyboru odpowiedniej kinematyki i optymalizacji
jego konstrukcji, należy skorzystać z efektywnych narzędzi w odniesieniu
do rozwiązania zadania specjalnego zastosowania tej maszyny, skutecznie
wykorzystując tym samym jego możliwości koncepcyjne, na przykład,
modułowość lub zdolność do zmiany konfiguracji.
WPK, jak wiadomo, zawierają w sobie sporo stosunkowo nowych
elementów, takich jak np. przegubów, które z jednej strony są zwykłymi
składnikami, których jest sporo na każdym WPK, ale z drugiej strony
(kluczem do uzyskania wysokiej wydajności maszyny. Dlatego bardzo
ważne jest ich ciągłe doskonalenie, co prowadzi między innymi do
znacznego wzrostu liniowej sztywności obrabiarki z uwzględnieniem
oczywiście wartości tych składników.
Charaktarystyki WPK często nie spełniają oczekiwań konsumentów.
W celu poprawy tych cech i osiągnięcie wysokich prędkości przesuwu w
osiach w połączeniu z wysoką dokładnością tych ruchów, dynamiką
nieliniową WPK, a także wpływ styków w przegubach należy zakładać w
programach sterujących kontrolera.
Takie operacje jak kalibracja WPK i ocena precyzji geometrycznej
należy dążyć bezpośrednio w hali produkcyjnej, pozwalając tym samym
łączyć je z takimi samymi transakcjami przeprowadzonymi u obrabiarek
konwencjonalnych.
Ze względu na niską trudność swoich zespołów mechanicznych
WPK mają dość wysoki potencjał redukcji kosztów. Jest to potwierdzone
przez tych producentów, którzy z powodzeniem działają na rynku, w
szczególności firm SMT Tricept i Renault Automation Comau. Jednak
przeszkadza wysoka cena na niektóre węzły tych maszyn, na przykład na
przeguby. Dlatego w celu zwiększenia ich konkurencyjności względem
kosztów należy zwiększać wydajność, zwiększyć wielkość produkcji i
poziom standaryzacji komponentów.
Ocena sposobów optymalizacji pracy maszyn z MRS. W tym
czasie, jak podkreślono w raporcie T. Traiba (T. Treib) "Praktyczne
zastosowanie maszyn z równoległej kinematyką" najbardziej pomyślnie
powyższe wymagania spełniają dość powszechnie stosowane w przemyśle
159
maszyny firm NEOS Robotics (na obrabiarkach Tricept wykonać
wiercenie, zdejmowanie zadziorów, frezowanie prostych (i nie bardzo
dokładnych) części samochodowych), DS Technologie (na obrabiarkach
wielozadaniowych Ecospeed sprint frezowane i nawiercone całe lotnicze
części z aluminium i stopów różnych) i Index (pionowo-tokarki V100 są
przeznaczone do toczenia i wykonywania innych operacji tokarskich).
Analiza tych maszyn, w przeliczeniu na liczbę stopni swobody od trzech do
sześciu i posiadających ograniczoną wszechstronność, pozwolił odkryć
podstawowe przyczyny ich sukcesu: właściwy wybór koncepcji i wyglądu,
przystosowane do realizacji określonego zakresu zadań, korzystanie z
charakterystycznych zalet równoległej kinematyki i zapobiec jej
charakterystycznych wad. W szczególności, uniwersalna maszyna Tricept
doskonale nadaje się do wykonywania szybkiego wiercenia z niską
dokładnością, na maszynie V100 przy ograniczeniu strefy roboczej
wykonują wystarczająco precyzyjne tokarki pracy, a w przypadku braku
tego ograniczenia realizują takie które nie wymagają wysokiej sztywności
obrabiarki operacji, jak pomiar, załadunku i rozładunku, znakowanie
laserowe itd, itp..
Ocena możliwości kombinacji MRS z tradycyjnymi
mechanizmami urządzeń technologicznych.
Na pierwszy plan w praktyce obrabiarek i budowania maszyn
występują problemy połączeniu równoległym kinematyki z tradycyjnej
(mieszane rozwiązania), liczba łatwo dostępne i naprawdę nadający się do
użytku stopni swobody maszyny, a także struktura systemu serwisowego.
W szczególności duże znaczenie dla praktyki mają wymiary obszaru
roboczego, zależność między prędkością ruchu roboczyego, ich
przyspieszenie, typ przyspieszenia i częstotliwość drgań własnych maszyn,
a także między ich statyczną i dynaWPKzną sztywnością i dokładnością [5,
1. W celu uzyskania ich optymalnego układu z uwzględnieniem kinematyki
poszczególnych węzłów szczególnie ważne szerokie zastosowanie
komputerowych metod projektowania. W tym kontekście szczególnie
interesujące jest raport J.-P. Merlet (J.-P. Merlet) "Zastosowanie
systematycznej metody oceny i uzyskania optymalnej konstrukcji
systemów z równoległej kinematyką". Tam są omawiane problemy
długotrwałego utrzymania dokładności tych systemów, w tym maszyn i
manipulatorów.
W wykładach poświęconych opracowaniu nowych koncepcji i
konstrukcji maszyn z równoległą kinematyką, rozpatrywano pytania
operacji rekonfiguracji (maszyn, poddaje się komponowaniu), jedno - i
160
wielo-kryteriowych optymalizacji pojemności skokowej, sztywności i
częstotliwości drgań własnych takich maszyn, a także ich struktury, w tym
struktury złożonych maszyn i nowego podejścia do ich rozwoju. Badano
również kryteria optymalizacji obrabiarek z równoległą kinematyką (z
ruchomymi i nieruchomymi ciężarkami), problemy modelowania i
optymalizacji układu sześcionóg (jak obrabiarek i narzędzi, które mają
cztery stopnie swobody.
Maszyny z tradycyjną i równoległą kinematyką mają swoje już
znane zalety i wady. Ich zalety, jak poinformowano w raporcie B. Kufussa
"Nowe podejście do projektowania i optymalizacji obrabiarek z
kombinowaną kinematyką", można połączyć, jeśli w obrabiarkach z
kombinowaną kinematyką użyć otwarte i zamknięte łańcuchy
kinematyczne. W tym celu możliwe jest zastosowanie geometrycznego lub
dynaWPKznego podejścia. Przy geometrycznym podejściu określają
stopnie swobody, które są wymagane do wykonywania maszyną
konkretnego zadania, i rozdzielają je między tradycyjną i równoległą
strukturą. W rezultacie otrzymują maszyny bez kinematycznej kopii
zapasowej, np. Ecospeed i Tricept. Istota tego podejścia polega na tym, że
wynikową
trajektorią
wierzchołka
narzędzia
skorelowane
z
kinematycznymi właściwościami i zakresem ruchu łączą ze strukturami
maszyny. W wyniku szczególne zadanie do obróbki decyduje kombinacja
krótkich szybkich i długich powolnych ruchów tych organów. Przy
frezowaniu, na przykład, krótkie ruchy powinny być połączone z pikami
prędkości. W wyniku krótkie jazdy z dużą dynamiką mogą być
zrealizowane za pomocą równoległej struktury, połączonej z tradycyjną
kinematyką, co pozwala wykorzystać cały teren roboczy.
Bibliografia:
1. Крижанівський В.А., Кузнєцов Ю.М., Валявський І.А., Скляров Р.А.
Технологічне обладнання з паралельною кінематикою: Навчальний посібник для ВНЗ.
/Під ред. Ю.М. Кузнєцова. – Кіровоград, 2004. – 449 с.
2. Крижанівський В.А., Кузнєцов Ю.М., Валявський І.А., Скляров Р.А.
Технологічне обладнання з паралельною кінематикою.- Кіровоград, 2004. - 449с.
3. Обрабатывающее
оборудование
нового
поколения.
Концепция
проектирования / В.Л. Афонин, А.Ф. Крайнев, В.Е. Ковалёв и др.; Под ред.
В.Л. Афонина. – М.: Машиностроение, 2001. – 256с.
4. Оптимальный синтез схем манипуляторов промышленных роботов /
К.И. Заблонский, Н.Т. Монашко, Б.М. Щекин. – К.: Тэхника, 1989.- 150 с.
5. Параметрический синтез формообразующих систем на базе механизмов с
параллельной кинематикой. Дис.....к.т.н. 05.03.01. Хабаровск, 2005.
161
Autor: Tetiana Kokosha, student gr. TMm-61, katedra
komputerowego projektowania obrabiarek i technologii
budowy maszyn Łuckiego narodowego technicznego
uniwersytetu, m. Łuck, Ukraina
Obszar zainteresowań naukowych: korzystanie z
mechanizmów równoległej struktury na różnych etapach
procesu technologicznego, opracowanie urządzeń do
mechanizmów równoległej struktury.
Kontakt z autorem: [email protected]
162
163
UKD 621
Iryna Marchuk
Łucki narodowy uniwersytet techniczny
MODELOWANIE DOKŁADNOŚCI OBRÓBKI POWIERZCHNI
CYLINDRYCZNYCH NA MASZYNIE Z KĄTOWĄ GŁOWICĄ
SZLIFIERSKĄ
У статті досліджені шляхом моделювання механізми досягнення високої
точності обробки поверхонь деталей на торцекруглошліфувальному верстаті.
Ключові слова: верстат, інструмент, моделювання, формоутворююча
система, координатний код.
The article explored by modeling the mechanisms to achieve high precision
machining of surfaces on tortsekruhloshlifuvalnomu machine.
Key words: machine tool simulation, formative system, coordinate code.
В статье исследованы путем моделирования механизмы достижения
высокой точности обработки поверхностей деталей на торцекруглошлифувальном
станке.
Ключевые слова: станок, инструмент, моделирование, формообразующие
система, координатная код
Równanie nominalnej obrabianej powierzchni w kształtującej
postaci. Kształtujący system (KS) obrabiarki – to zbiór podstawowych
węzłów, wzajemne położenie i ruch, których zapewnia trajektorii ruchu
narzędzia względem przedmiotu obrabianego.
W
procesie
modelowania
KS
wyróżniają
następujące
charakterystyczne kody:
- osiowy kod;
- szybki kod.
Podstawowym w tym przypadku jest osiowy kod, który daje
możliwość jednoznacznego odtworzenia funkcji kszałtowania.
Punktem wyjścia kszałtowania jest wzorzec, który w względnym
ruchu jest nieruchomy, a jemu przypisany indeks – 0, z nią wiążą układ
współrzędnych S0. Końcowym polączeniem jest narzędzie, z którym wiążą
układ współrzędnych SL.
Osiowe kod to uporządkowana lista indeksów. Zapis współrzędnego
kodu rozpoczyna się od następnego bloku z materiałem, a stacjonarnemu
węzłowi przykłada się ruch przedmiotu obrabianego.
Do tego maszynie z obrabiarce z kątową głowicą szlifierską z
uproszczonym wzorem układu, osiowe kod zapisany w postaci:
164
К=6314,
gdzie l=4 – liczba ruchomych części układu.
Model KS. Model matematyczny KS – to matematyczny opis
funkcjonowania KS dla zapewnienia nominalnej (określonej rysunkiem)
powierzchni.
r0  A0,l  rl
- model KS obrabiarki
Dla obrabiarki z kątową głowicą szlifierską:
К=6314; l=4
Рис. 1. Układ współrzędnych obrabiarki z kątową głowicą
szlifierską
r0  A06,1  A13, 2  A21,3  A34, 4  r4 ,
 
R A3 z2  e 4
gdzie r4  A  2  A
kształtujących punktów narzędzia
6
A06,1
=
cos 
sin 
0
0
1
(1)
- sin  0
cos  0
0
1
0
0
165
0
0
0
1
- promień-wektor
- - ruch obrotowy
wokół osi z,
1 0 0 0
0 1 0 0
A13, 2
=
A21,3
=
A34, 4
0 0 1 z
0 0 0 1
1 0 0 x
0 1 0 0
=
0 0 1 0
0 0 0 1
- wzdłużny ruch wzdłuż osi z,
- wzdłużny ruch wzdłuż osi x,
1
0
0 cos 1
0
 sin 1
0
0
0 sin 1
0
0
cos 1
0
0 - ruch obrotowy
1
wokół osi х.
Ponieważ narzędzie tnące jest ściernica, to do niego będziemy
mieć:
r4  A4  2  A1 R  A3 z 2  e 4
(2)
gdzie
A4  2  =
A1 R  =
1
0
0 cos  2
0
 sin  2
0
0
0 sin  2
0
0
cos  2
0
0
1
1 0 0 R
0 1 0 0
0 0 1 0
0 0 0 1
166
A3 z2  =
1 0 0
0 1 0
0
0
0 0 1 z2
0 0 0 1
Możemy zapisać:
A4 1  A4  2   A4 1   2   A4   ,
gdzie  = 1 + 2
A3 z1  A3 z2   A3 z1  z2   A3 z  ,
gdzie z = z1 + z2.
W konsekwencji, z uwzględnieniem tego otrzymamy:
r0 
cos 
sin 
 sin 
cos 
0 0
0 0
0
0
0
0
1 0
0 1
1
0
0 cos 
0
 sin 
1 0 0 x
0 1 0 0
.
0
0
0 0 1 0
0 0 0 1
1 0 0 0
0 1 0 0
.
0 0 1 z
0 0 0 1
0
0
1 0 0 R
0 1 0 0
.
.
0 sin  cos  0
0
0
0
1
cos    R  cos   x
0 0 1
0 0 0
0
1
.
0
1
=
sin    R  sin   x
z
1
Wektorawa równowaga precyzji w normalnym kierunku.
Jednostkowy wektor normali do powierzchni w punkcie określonym
przez
promień-wektor
r0
.
Określimy
poszukiwane
zróżnicując r0 odpowiednie po , , z, x. Otrzymamy:
  cos  sin   sin  cos  R
r0


sin  sin   cos  cos  R
0
0
167
zmienne,
  sin  cos   cos  sin  R  sin   x
r0


cos  cos   sin  sin  R  cos   x
0
0
cos 
0
0
sin 
r0
r0


1
0
z
x
0,
0 .
Sprawdzanie współplanarności:
 r0
 z
 r
 0
 z
r0

r
 0


r0
0
x
r
 0 0


0
cos 
0
sin 
 cos  sin   sin  cos  R  sin  sin   cos  cos  R
1
0
0
= R cos 

; при R  0 .
2
 sin  cos   cos  sin  R  sin   x  sin  sin   cos  cos  R  cos   x 0
R cos  =0, при   
0
0
 cos  sin   sin  cos  R
 sin  sin   cos  cos  R
= R sin   x
R sin   x = 0, при   0,  ,2 ; при R  0 ; при x  0 .
A więc niezależnymi parametrami będą  і z. Przyjmujemy =0,
wtedy
168
1
0
r0 
R  x cos 
R  x sin 
- równanie cylindra.
z
1
Jednostkowy wektor normali do powierzchni, można określić
według wzoru:
r 0
n  u
r 0
u
r 0
u
r 0 ;

u

Promień-wektor dowolnego punktu powierzchni
określa się dwoma niezależnymi zmiennymi u і v .
Niech u   , v  z
r0  r0 u, v 
r0 r0

c.
 z
i
c  k  n   x  R sin 
0
j
x  R cos 
0
k
0
1
;
c  i c1  jc2  k c3 ;
c1 
( R  x) cos 
0
0
1
 ( x  R) cos   0  ( x  R) cos  ;
c2 
0
 ( R  x) sin 
1
0
c3 
 0  ( x  R) sin   ( x  R) sin 
 ( R  x) sin 
0
( R  x) cos 
0
0
169
Więc,
( x  R) cos 
( x  R) sin 
r0 r0


 z
c
0
0
.
Iloczyn skalarny
c
c
- długość wektora
c
=  ( x  R) 2 cos 2   ( x  R) 2 sin 2   ( x  R) 2  sin 2   cos 2    x  R .
Więc, n 
1
xR
( x  R) cos 
( x  R) sin 

cos 
sin 
0
0
0
0
.
Wektorowa równowaga precyzji.
Zapisujemy wektorową równowagę precyzji
l
r0   A0,i   i Ai ,l  e 4
(3)
i 1

gdzie i - matryca tolerancji położenia i-tego węzła
W ogólnym przypadku (6 stopni swobody) w przypadku braku
deformacji matryca błędu położenia zmienia się:
0
i 
i
 i
0
i
0
i
i
i
0
0
0
xi
yi
z i
0
170
,
xi
y i
gdzie  
z i
- dokładność położenia początku układu
0
współrzędnych
odpowiednio.
,  ,
S
S
względem początku układu współrzędnych
- małe kąty obrotu układu S względem osi
x, y , z 
układu S  odpowiednio.
Dla naszego przypadku z uwzględnieniem   0 otrzymamy:
5
r0   A0,i   i Ai ,5  e 4   0 A6 A1 A3 A6 A1e 4  A61 A1 A3 A6 A1e 4 
i 1
 A A  2 A3 A6 A1e 4  A6 A1 A3 3 A6 A1e 4  A6 A1 A3 A6 4 A1e 4 
6
1
0

0
 0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
x0 cos   sin  0 0
y0 sin  cos  0 0
.
z 0 . 0
0
1 0
0
1 0 0 x 1 0 0 0 cos 
0 1 0 0 0 1 0 0 sin 
.
.
0
0 0 1 0 0 0 1 z
cos 
sin 
0
0
 sin 
cos 
0
0
0 0
0 0
0
1
1 0  1
.
0 1
 sin 
cos 
0
0
0
0 0 0 1 0 0 0 1
0
0
 1
0
1
0
171
0
0 0 1 0
0 0 0 1
.
1 0 0 0
0 1 0 0
1 x1
 1 y1
0
z1
0
0
.
0 1
0 R
0 0
1
0
0
1
+
1 0 0 x 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 R
0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0
.
.
.
.
0 0 1 0 0 0 1 z 0 0 1 0 0 0 1
0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0
cos   sin  0 0
sin 
cos 
0 0
0
0
0
0
1 0
0 1
.
.
1 0 0 x
0 1 0 0
0
2
0 0 1 0  2
2
0
2
 2
2
0
0
.
0 0 0 1
0
0
1 0 0 0 1 0 0 R
0 1 0 0 0 1 0
.
0 0 1 0 0 0 1
0 0 0 1 0 0 0
0
0
1
+
172
x2 1 0 0 0
y2 0 1 0 0
.
.
z 2 0 0 1 z
0
0 0 0 1
0
1
+
+
0
3
 3
0
1 0
0 1
0 0
0 0
cos 
sin 
 sin 
cos 
0 0 1 0 0 x 1 0 0 0
0 0 0 1 0 0 0 1 0 0
0
0
0
0
3
0
3
 3
1 0 0 0 1 0 0 0 1 z
0 1 0 0 0 1 0 0 0 1
x3 1 0 0 0
3
.
y3
z3
.
0 1 0 0
..
0 0 1
0 0 0
0
0
0 R cos   sin  0 0 1
0 0 sin  cos  0 0 0
+
.
1 0
0
0
1 0 0
0 1
0
0
0 1 0
0
0
.
.
0
1
0 0 x 1 0 0 0
1 0 0 0 1 0 0
.
0 1 0 0 0 1 z
0 0 1 0 0 0 1
.
.
1 0 0 0
0 1 0 0
0
4
.
0 0 1 0  4
0 0 0 1

0
4
0
4
 4
4
0
0
0
x4 1 0 0 R
y4 0 1 0 0
.
=
z 4 0 0 1 0
0
0 0 0
  0 sin   R   0 z   0 sin   x  x0
 0 cos   R   0 z   0 cos   x  y0
1
  0 cos    0 sin  R    0 cos    0 sin  x  x0
0
173
+
 sin    1 R  cos   1  sin    1 z  sin    1 x  cos   x1  sin   y1
cos    1 R  sin   1  cos    1 z  cos    1 x  sin   x1  cos   y1
 1 R  1 x  x1
0
+
+
 sin    2 R  cos    2  sin    2 z  cos   x 2  sin   y 2
cos    2 R  sin    2  cos    2 z  sin   x 2  cos   y 2
  2 R  x 2
0
+
+
 sin    3 R  cos   x3  sin   y3
cos    3 R  sin   x3  cos   y3
  3 R  x3
0
 sin    4 R  cos   x4  sin   y 4
cos    4 R  sin   x4  cos   y 4
  4 R  x4
0
+
.
Przyjmujemy:
4
1
4
i 0
i 0
i 1
1  R    i  x   i   yi   1   2 z
4
 2  xi  z ( 1   2 )
i 1
 3  z 0  x0
 4   z 0  y0
174
 5    0 cos    0 sin  R    0 cos    0 sin  x 
4
4
4
i 1
i 1
  zi  R    i  x    i
i 0
З врахуванням цього отримаємо
r0 
 1 sin    2 cos    3
1 cos    2 sin    4
5
0
.
Wektorowa równowaga precyzji w normalnym kierunku.
Używamy projekcję wektorowej równowagi na normali
powierzchni.
rr  r0  n
gdzie
rr
(
4)
n - wektor jednostkowy (ort) normali;
- normalny błąd.
rr   1 sin    2 cos    3 cos   1 cos    2 sin    4 sin  
  2   3 cos    4 sin 
Równanie
średniokwadratycznej
bazowej
powierzchni
cylindrycznej.
Wymiary i położenie bazy pomiarowej zależą od odchyleń punktów
powierzchni nominalnej, jak i od rodzaju bazy pomiarowej.
Najważniejszymi rodzajami powierzchoń podstawowych są:
• średniokwadratyczna podstawowa powierzchnia ma taką formę,
że i nominalna, jest określana na podstawie punktów rzeczywistej
powierzchni w taki sposób, że średni kwadrat odległości między punktami
prawdziwej i podstawowej powierzchni – minimalny;
• dopasowana podstawowa powierzchnia ma taką formę, że i
nominalna, jest określana na podstawie punktów prawdziwej obróbki
powierzchni w taki sposób, że objętość końcowa między podstawową i
rzeczywistą powierzchniami, minimalna, a wszystkie punkty rzeczywistej
powierzchni leżą po jednej stronie od sąsiedniej.
Nominalna powierzchnia jest określona równaniem powierzchni
obrabianej. Algorytm wyznaczania średniokwadratycznej bazowej
175
powierzchni sprowadza się do rozwiązania układu równań liniowych,
kolejność, która jest równa liczbie parametrów, które określają
średniokwadratyczną powierzchnię.
Równanie nominalnej płaszczyzny ma postać
r0  r0 u, v, q0 
(
5)
prawdziwo wykończengo
r  r0  r0  r u, v, q0  ,
gdzie
u, v
(
6)
- zakrzywione współrzędne powierzchni,
q 0 - wektor obiegowych parametrów powierzchni.
Równanie nominalnej powierzchni cylindrycznej:
r0  r0 u, v, q0   r0  , z, R, x 
(
7)
,czyli niezależne współrzędne krzywoliniowe u   та v  z , a
wektor obiegowych parametrów q 0 zawiera R і x .
Ponieważ podstawowa powierzchnia nominalnej odbiega na małą
wartość, to równanie powierzchni bazowej może być zapisane w postaci:
rв  r0  rв ,
gdzie
rв
(
8)
- suma wektorów błędów położenia i rozmiarów
rв   в r0  drв
в
(
9)
- matryca uogólnionego błędu położenia układu
współrzędnych, w porównaniu do bazowej powierzchni w stosunku do
znamionowej układu współrzędnych, w ogólnym przypadku taka:
в 
0
в
в
 в
0
в
в
в
0
xв
yв
z в
0
0
0
0
gdzie xв , yв , zв - małe przesunięcia układu współrzędnych
podstawowej powierzchni wzdłuż osi x. y. z;
176
 в , в ,  в
- małe kąty obrotu bazowej powierzchni względem
osi x. y. z.
Dla naszego przypadku, tak jak  і
z
niezależne zmienne, to w
 в błędy położenia według współrzędnych równają się 0, czyli
 в  zв  0
macierzy
в 
gdzie
0
в
0
в
в
xв
yв
0
 в
в
0
0
0
0
0
0
dr0
r0
- pełna różnicowy
wzięty dla wszystkich składowych
wektora q 0 obiegowych parametrów powierzchni.
dr0 
r0
r
 R  0  x 
R
x
cos 
sin 
0
0
 R 
cos 
sin 
0
0
 x 
cos  R  x 
sin  R  x 
0
0
dr0 і  в znajdziemy znaczenie rв :
0
в
 в xв
0
0
  в yв
rв   в r0  drв  .
 в  в
0
0
Mając znaczenie
0
R  x  cos  R  x  cos 
R  x sin  R  x sin 
+
=
0
z
0
1
177
0
0
0
 в z  xв  R  x  cos 
  в z  y в  R  x sin 
=
  в R  x  cos    в R  x sin 
0
W ten sposób
і
z
rв
i sześciu błędów
składowymi wektora
jest funkcja dwóch zmiennych niezależnych
xв , yв ,  в ,  в , R, x . Odchylenia te są
q
:
q  (xв , yв ,  в ,  в , R, x)T
Mając wektor
rв і q
(
10)
można znaleźć elementy macierzy G.
rв  G  q ,
(
gdzie elementy macierzy w kolumnach są równe
G

1
0
0
z
0
1
z
0
0
0
R  x sin 
 R  x  cos 
sin 
cos 
sin 
cos 
0
0
rв
q
11)
0
0 cos 
0 sin 
.
=
0
0
0
0
0
cos  , sin  , z sin  , z cos  , l.1T .
Odpowiednie:
f1  cos ; f 2  sin ; f 3   z sin ; f 4  z cos ; f 5  l;
f 6  1; Mając te współczynniki można znaleźć elementy macierzy Н
hki   f k f i ds
S
178
h11    f1  ds 
2
S
2 L
  R cos
2
dzd  L
2
dzd  L
0 0
h11    f1  ds 
2
S
2 L
  R cos
0 0
h12  h21   f1 f 2 ds 
S
2 L
  R cos   sin dzd  0
0 0
h13  h31   f1 f 3 ds 
S
2 L
  R cos    z sin  dzd  0
0 0
2 L
h14  h41 
2
  Rz cos   dzd 
0 0
2 L
h15  h51 
  R cos
1 2
L R
2
  dzd  0
0 0
2 L
h16  h61 
  R cos   dzd  0
0 0
2 L
h22 
  R  sin
2
dzd  LR
0 0
2 L
h23  h32 
  R( z sin
2
0 0
2 L
h24  h42 
  Rz sin  cos dzd  0
0 0
2 L
h25  h52 
1
2
 )dzd   L2 R
  R sin dzd  0
0 0
179
2 L
h26  h62 
  R sin dzd  0
0 0
2 L
h33 
  Rz
2
sin 2 dzd 
0 0
2 L
h34  h43 
   Rz
2
1 3
L R
3
sin  cos dzd  0
0 0
2 L
h35  h53 
   Rz sin dzd  0
0 0
2 L
h36  h63 
   Rz sin dzd  0
0 0
2 L
h44 
2
2
  Rz cos dzd 
0 0
1 3
L R
3
2 L
h45  h54 
  Rz cos dzd  0
0 0
2 L
h55 
  Rdzd  2LR
0 0
2 L
h66  h56  h66 
  Rdzd  2LR
0 0
180
6
0
0
L
0
6
 3L 0
0  3L 2 L2
0
1
H  RL
3L
0
0
2 L2
6
0
0
0
0
0
0
0
0
xS  x  R
Przyjmujemy
Składowe wektora parametrów
S
12 12
12 12
ustalimy w zależności:
2 L
  Rf r dzd
i
n
0 0
2 L
d1 
0
0
0
0
wtedy otrzymamy macierz 5х5.
d
d i   f i r n dsi  d i 
0
0
0
0
  R cos  (x
1
 x2  x3  x4  z1  z 2  z 0   0  cos  
0 0
   0 z  y0  sin  )dzd 
2 L
d2 
  R sin  (x
1
1
RL2  0  Rx0 L
2
 x2  x3  x4  z1  z 2  z 0   0  cos  
0 0
1
   0 z  y0  sin  )dzd   RL2 0  Ry0 L
2
2 L
d3 
  R( z sin  )(x
1
 x2  x3  x4  z1  z 2  z 0   0  cos  
0 0
1
1
   0 z  y0 sin  )dzd   RL2y0  RL3 0
2
3
181
2 L
d4 
  Rz cos  (x
1
 x2  x3  x4  z1  z 2  z 0   0  cos  
0 0
1
1
   0 z  y0 sin  )dzd   RL3  0  RL2x0
3
2
2 L
d5  d6 
  R(x
1
 x2  x3  x4  z1  z 2  z 0   0  cos  
0 0
   0 z  y0  sin  )dzd  2 Rx1 L  RL2  2  2 Rx2 L  2 Rx3 L 
 2 Rx4 L  RL2 1
Otrzymane
macierzy: d
wyniki
 d1 , d 2 , d3 , d 4 , d 5 
. Uzyskane
T
wyniki
H
і
zapisujemy
w
.
d
zastąpiamy w równanie
H  q  d і rozwiązanie daje wartości daje znaczenie składających
q od elementów H і d .
Rozwiązując ten układ równań otrzymujemy:
2 
3

 2d1  d 4  ;
RL 
L

2 
3

yв 
 3d 2  d 3  ;
RL 
L

6 2

в 
d3  d 2  ;
2 
RL  L

6 2

в 
d 4  d1  ;
2 
RL  L

d5
xs 
.
2RL
xв 
182
Dokładność obrotu przedmiotu zależy od dwóch błędów
.
0
 0 і 1
- tolerancja obrotów wrzeciona:
xв  0 ; yв  0 ;  в  0 ;  в  0 ;
xs  x1 
1
L1 .
2
 1 - tolerancja położenia osi przedmiotu obrabianego:
xв  x0 ; yв   L 0  3y0 ;
в  70 
12
x0 ;  в   0 ; xs  0
L
Bibliografia:
1. Врагов Ю.Д. Анализ компоновок металлорежущих станков: (Основы
компонетики). - М.: Машиностроение, 2011. - 208с., ил.
2. Кузнєцов Ю.М., Луців І.В., Дубиняк С.А. Теорія технічних систем. Під
загальною редакцією проф.. Ю.М. Кузнєцова. - К.: - Тернопіль, 2013.-310с.
3. Расчеты точности станков: методические рекомендации / Под ред.
Портмана В.Т., Шустера В.Г. и др. – М.: ЭНИМС, 2013.
Autor: Iryna Marczuk, magister, katedra komputerowego
projektowania obrabiarek i technologii budowy maszyn
Łuckiego narodowego technicznego uniwersytetu, m. Łuck,
Ukraina
Obszar zainteresowań naukowych: projektowanie
napędów maszyn, analiza i badanie dokładności obrabiarek.
Kontakt z autorem: [email protected]
183
184
UКD 65.240
Olha Nazaruk
Łucki narodowy uniwersytet techniczny
ZARZĄDZANIE KONKURENCYJNOŚCIĄ PRACOWNIKÓW NA
OBECNYM ETAPIE ROZWOJU UKRAINY
У статті викладено результати дослідження теоретичних підходів та
сучасних проблем підвищення конкурентоспроможності працівників в Україні.
Запропоновано при розробці національної та регіональної політики підвищення
конкурентоспроможності працівників враховувати оцінювати її рівень в
конкретному виді економічної діяльності та регіоні.
Ключові слова: управління, конкурентоспроможність, працівники, ринок
праці.
The article presents the results of a study of theoretical approaches and modern
problems of workers in improving the competitiveness of Ukraine. Proposed the
development of national and regional policies aimed at improving the competitiveness of its
workers to assess a particular level of economic activity and the region.
Keywords: management, competitiveness, workers labor market.
В статье изложены результаты исследования теоретических подходов и
современных проблем повышения конкурентоспособности работников в Украине.
Предложено при разработке национальной и региональной политики повышения
конкурентоспособности работников оценивать ее уровень в конкретном виде
экономической деятельности и регионе.
Ключевые слова: управление, конкурентоспособность, работники, рынок
труда.
W warunkach rynkowych od poziomu konkurencyjności zależy
zdolność pracowników walczyć i bronić najlepsze miejsca pracy na rynku
pracy, zapewniać stały dochód i budować własną karierę. Ważne jest
poprawić i przetestować metodyczne podejście do przeprowadzenia
kompleksowej oceny poziomu konkurencyjności pracowników według
rodzajów działalności gospodarczej.
Jednym z wiodących ekonomicznych zasobów czynników produkcji
jest praca, czyli na rynku jest sprzedaż danego towaru "siła robocza", który
oferowany jest jej właścicielem i charakteryzuje się zbiorem fizycznych i
umysłowych zdolności, kompetencji, wiedzy i umiejętności, które
pozwalają uprawnionemu pracownikowi na warunkach kontraktu wykonać
pewną ilość pracy (usług zatrudnienia) określonej jakości, w wymaganym
czasie. Cechą stosunków konkurencyjnych na rynku pracy jest to, że jej
podmioty – kupujący i sprzedający są jednocześnie i nośnikami popytu i
185
podaży, a sama rywalizacja nabiera dwóch form:
- konkurencja między producentami-przedsiębiorcami za najlepszych
pracowników wymaganych zawodów, kwalifikacji, odpowiednich
specyfikacji prac;
- konkurencja między pracownikami za najlepsze miejsce stosowania
siły roboczej [13, s. 144].
Konkurencję na rynku pracy można określić jako system
następujących pojęć:
- po pierwsze, jest to walka o ograniczonym wypłacalnym
zapotrzebowaniu nabywców zatrudnienia usług, które prowadzone są przez
osoby, które szukają pracy na wybranych (dostępnych) segmentach rynku
pracy;
- po drugie, to rywalizacja między pracodawcami za dobór na rynku
pracy najbardziej doświadczonych pracowników potrzebnych zawodów z
określonym poziomem kwalifikacji na akceptowalnych warunkach (chodzi
przede wszystkim o cenie pracy usług – wynagrodzenie i warunki
zatrudnienia);
- po trzecie, jest to rywalizacja między osobami zatrudnionymi (lub
osóbami, które szukają pracy) za utrzymanie takiego miejsca pracy
(stanowiska), które pozwala na korzystnych warunkach sprzedawać swoje
usługi pracy (w tym uzyskanie pewnych gwarancji ochrony socjalnej)
realizować swoją wiedzę, doświadczenie zawodowe [14, s. 21].
Konkurencja na rynku pracy sprawia, że pracodawcy zwiększają
wymagania dotyczące kompetencji i profesjonalizmu swoich pracowników,
inwestowanie w ich ciągłego uczenia się, selekcji na rynku pracy
najbardziej wykwalifikowanych specjalistów, ciągłego wdrażania
innowacji w proces produkcyjny. Wraz z tym, konkurencja wymaga od
pracowników ciągłego dbania o poziomie jego konkurencyjności,
popychając do aktualizacji wiedzy, przekwalifikowania, uzyskania
drugiego zawodu, stałego samorozwoju.
Wzrost wymagań wobec pracowników ze strony pracodawców i
inwestowanie w kapitał ludzki ze strony pracowników tworzą pewną
zależność na rynku pracy, która określa jego koniunkturę, czyli tworzy
mechanizm konkurencji na wolne miejsca pracy.
Działanie mechanizmu konkurencji na rynku pracy polega na
porównawczej ocenie i wybórze korzyści nie tylko w cechach siły roboczej,
produktów pracy, które są na rynku (jak wyników pracy pracowników), ale
i dokonania oceny korzyści oferowanych miejsc pracy. To ostatnie dotyczy
przede wszystkim korzyści w wynagrodzeniu i warunkach pracy, czyli
186
korzyści motywacyjnego zapewnienia pracy [14, s. 22].
W ten sposób konkurencyjność produktu pracy zależy od
konkurencyjności siły roboczej, zdolnej do stworzenia takiego produktu; z
kolei osiągnięcie konkurencyjności pracowników obiektywnie wymaga
lepszego motywacyjnego zapewnienia pracy – kompleksu organizacyjnoekonomicznych i społecznych warunków i zachęt zatrudnienia
(wynagrodzenie, warunki, bezpieczeństwo i inne) i odpowiednich narzędzi
oddziaływania
na
pracę
zachowanie
na
makro-,
mezo-,
mikroekonomicznych poziomach.
Najbardziej powszechne podejście w interpretacji konkurencyjności
siły roboczej jest utożsamianie tej kategorii z jakością siły roboczej.
Zgodnie z tym podejściem pod poziomem konkurencyjności siły roboczej
rozumieją tylko określony system własności siły roboczej, czyli jej jakość.
Konkurencyjność – to kolekcja wysokiej jakości i wartostnych cech danego
towaru "siła robocza", które zapewniają zaspokojenie konkretnych potrzeb
pracodawców, w tym przedsiębiorstw państwowych, w pracownikach danej
kwalifikacji (zawodu) [1, s. 220].
Rozgraniczenie kategorii "jakość siły roboczej i konkurencyjność siły
roboczej za pomocą oportunistycznego podejścia. Konkurencyjność siły
roboczej, na podstawie specyfiki towaru "siła robocza", przejawia się w
dwóch kierunkach. Zgodnie z pierwszym kierunkiem siła robocza
charakteryzuje się na rynku pracy swoimi konsumentami i cechami
wartościowymi. Na tym etapie można określić następujące podstawowe
czynniki warunkujące poziom konkurencyjności pracowników na rynku
pracy: wysokiej jakości oznaki siły roboczej (zawodowo-kwalifikacyjne
techniczne, poziom, cechy osobowe, itp.); zgodność cech jakościowych siły
roboczej do potrzeb rynku pracy, ceny siły roboczej i popytu na nią. W
drugim etapie miarą konkurencyjności jest wpływ pracy na określonym
stanowisku pracy. Od poziomu konkurencyjności pracowników zależy
specyfika pracy zachowania, poziom realizacji i rozwoju osobistego
potencjału pracowniczego. Z pozycji pracownika wskaźnik ten określa
odporność jego położenia w produkcji, a z pozycji przedsiębiorstwa określa
perspektywy skutecznej i stabilnej finansowo-gospodarczej działalności [8,
s. 224].
Siła robocza – to taki swoisty towar, który właśnie przez swoją
ludzką naturę pochodzenia stara się być droższe. Praktyka pokazuje, że w
ciągu ostatniego stulecia ruch kosztów całkowitych siły roboczej, bez
względu na aktywne przeciwdziałanie ze strony pracodawców, w
rzeczywistości było jednokierunkowych, to znaczy, że rosła. I jeśli brak
187
odpowiedniego zwiększenia wartości towaru siła robocza jest postrzegana
pracownikami na tyle bolesne, to obniżenie jej kosztów może prowadzić do
konfliktów społecznych [6, s. 18].
Ustawa Ukrainy "O zatrudnieniu ludności" określa konkurencyjność
pracownika – zbiór cech osobowości, które charakteryzują jej zdolność do
pracy, stopień znajomości wiedzy i umiejętności [5].
Poziom konkurencyjności pracowników jest określany jako stopień
możliwości wytrzymać konkurencję ze strony rzeczywistych lub
potencjalnych kandydatów na jego miejsce pracy lub ubiegać się samemu
na inne, bardziej prestiżowe.
L. Lisogor traktuje konkurencyjną siłę roboczą, jak sumowane zbiór
właściwości pracownika, które dają jego sile roboczej możliwości
odpowiadać wymogom konkurencyjnego rynku, popytu nabywców,
zapewniają jej rozpoznawalność na rynku pracy [9, s. 635]. Czyli, główną
funkcją konkurencyjnego pracownika jest wspieranie realizacji celów
przedsiębiorstwa, a mianowicie, wzrost poziomu jego konkurencyjności, a
w konsekwencji, zwiększenie wielkości produkcji i sprzedaży produktów,
ekonomiczne, społeczne i duchowe wzbogacenie jego pracowników.
M. Wedernikow określa konkurencyjność pracowników jako
zdolność do realizacji posiadanych przewag konkurencyjnych w taki
sposób, aby wydostać się na lepsze w porównaniu z innymi podmiotami
konkurencji na tym rynku pozycję konkurencyjną [2, s. 244].
Konkurencyjność pracowników przejawia się w zdolności przedsiębiorstwa
do uzyskania efektu racjonalnego wykorzystania istniejących i
potencjalnych korzyści pracowników.
M. Semykina uważa, że "konkurencyjność krajowej siły roboczej"
definiowana jest jako zbiór ilościowych i jakościowych zalet (w edukacji,
kwalifikacji, poziomach kompetencji zebranych doświadczeniach,
skłonność do innowacji, mobilności, motywacji itp.), dzięki którym na tle
tworzenia konkurencyjnego środowiska stają się możliwymi innowacyjne
zmiany w gospodarce, zapewnienia konkurencyjnej pozycji państwa na
światowych rynkach produktów high-tech [14, s. 24].
Zbadawszy
poglądy
różnych
autorów,
można
określić
konkurencyjność pracowników jako zbiór cech osobowości, które są w
stanie rzeczywiście lub potencjalnie spełniać konkretne potrzeby
pracodawców, które pojawiają się w procesie konkurencji, czyli dają
możliwość znaleźć swoje stanowisko w warunkach rynku rozszerzonej
reprodukcji w przyszłości.
188
Naszym zdaniem, wskazane jest, aby wyróżnić następujące elementy,
które składają się na konkurencyjność pracowników:
- inteligencja ludności;
- poziom przygotowania zawodowego i doskonalenia umiejętności
zawodowych pracowników regionu;
- efektywność pracy;
- poziom przeciętnego miesięcznego wynagrodzenia;
- stan warunków pracy w przedsiębiorstwach regionu;
- przestrzeganie równości płci;
- efektywność wykorzystania czasu pracy;
- urazy przy pracy i choroby zawodowe pracowników;
- zatrudnienie niezabezpieczonych warstw społecznych – młodzieży,
osób niepełnosprawnych, kobiet, osób przed emeryturą.
Regulacje konkurencyjności pracowników skierowane na wspieranie
zatrudnienia wszystkich warstw ludności, w tym i niezabezpieczonych, co
przekłada się na wsparciu młodych pracowników, zaangażowanych do
pracy w wioskach i miasteczkach, uprawniającej do zwiększenia
konkurencyjności młodzieży, osób w wieku powyżej 45 lat i osób
niepełnosprawnych.
Dlatego, regulacja konkurencyjności pracowników odbywa się
publicznymi środkami za pomocą trzech linii komunikacyjnych: mediów,
rzeczników i wykonawców. Nośniki, czyli pracownicy, wyrażają swoje
interesy, odpowiednio ci, którzy wyrażają przedstawiają je w formie
konsultacji, seminariów, spotkań, na co zwracają uwagę organy
państwowe,
które
wdrażają
politykę
regionalną
zwiększenia
konkurencyjności pracowników w kraju. W zależności od poziomu
rozwoju regionu, stanu regionalnego rynku pracy i specyfiki
poszczególnych branż, państwo instaluje typ regulacji polityki – aktywny
lub pasywny.
Na dzień dzisiejszy konkurencyjność ma swoje odbicie na
wszystkich poziomach gospodarowania:
- na indywidualnym (rynek pracy);
- w skali makro (na poziomie przedsiębiorstwa);
- na mezopoziomie (poziom branż i sektorów);
- w skali makro (na poziomie całej gospodarki);
- na poziomie globalnym (mapowanie między państwami).
Czyli regulacje konkurencyjności siły roboczej powinno zależeć od
poziomu, na którym jest ono wykonywane. Na przykład, na światowym
poziomie to mogą być konwencji i zaleceń MOP na temat użycia siły
189
roboczej w krajach, a na indywidualnym – zabezpieczenie praw człowieka
pracy, zapewnienie bezpłatnych usług edukacyjnych.
I. Wirina opisała trzy poziomy zdolności, charakteryzujących
konkurencyjność pracownika: zbiór cech charakteryzujących zdolności do
pracy; posiadanie umiejętności wyszukiwania i znalezienie potrzebnej
pracy, umiejętności przekonać pracodawcę do swoich zaletach przed
innymi kandydatami; zgodność jakości siły roboczej do wymagań miejsca
pracy, zdolność zaspokojenia określonej potrzeby klienta siły roboczej [16,
s. 198].
Konkurencyjność jednostki na rynku pracy ze względu na jej
umiejętności i zdolności polega na tym, aby uzyskać maksymalny dochód,
w zakresie swojej działalności zawodowej i poprawy jakości swojego
życia.
Na poziomie makro konkurencyjność to zdolność przedsiębiorstwa
(firmy, organizacji) produkować na dochodowych warunkach produkty,
które pod względem ceny i jakości jest w stanie konkurować na rynku.
Na poziomie globalnym konkurencyjność to zdolność kraju do
interakcji z innymi krajami i tworzenie warunków dla pozytywnej
dynamiki gospodarczej i społecznej stabilności [15, s. 108].
Badając zależność konkurencyjności na rynku pracy, z siłą roboczą,
uzgodnieniu potrzeb wszystkich stron i minimalizacji całkowitego kosztu
warto lepiej wytłumaczyć pojęcia, które szczegółowo scharakteryzują
konkurencyjność.
Konkurencyjność pracowników – pojęcie względne, wyraźnie
przyłączone do konkretnego rynku lub do określonej grupy pracodawców.
Konkurencyjność pracowników określa wskaźniki:
- stopień rynkowej potrzeby w odpowiedniej jakości pracy;
- poziom unikalności i jakości siły roboczej;
- poziom i charakter mobilności pracowników, związany z
umieszczeniem konsumentów zdolności do pracy;
- cechy popytu na siłę roboczą.
Regionalny rynek pracy jest niejednorodny i może być
zorganizowany na segmenty, które różnią się stopniem rynkowej potrzeby
w funkcjonalnym jako pracy. Regionalny rynek pracy obejmuje przede
wszystkim wewnętrzne rynki pracy, które łączą osób ze stabilną wymiarze
czasu pracy u jednego pracodawcy. Ponadto, w strukturze regionalnego
rynku pracy można wyróżnić następujące podsystemy:
- pracownicy ze stabilnym zatrudnieniem, tj. połączenia
zatrudnionych na dużej liczbie przedsiębiorstw w regionie wysoko
190
wykwalifikowanych specjalistów, zaangażowanych w wykonanie prac
krótki czas trwania;
- osoby z niestabilną wymiarze czasu pracy, czyli najbardziej
mobilna część regionalnego rynku pracy. Wolny rynek pracy jest
mechanizm samoregulacji zasobów pracy w gospodarce rynkowej z wolną
popytem i podażą;
- osoby z niepełnym wymiarze czasu pracy, czyli przejściowa forma
między otwartym rynkiem pracy i wewnętrznym (nieuregulowana rynkiem
pracy).
W ten sposób odmiany w stopniu potrzeby rynku w tym lub innym
jako pracy warunkują odpowiednie rodzaje konkurencyjności
pracowników: stały, tymczasowy i niestabilny.
W zależności od poziomu unikalności wartości użytkowej towaru na
rynku pracy, konkurencyjność pracowników może być trzech rodzajów:
ekskluzywna, alternatywna i selektywna.
Różnice w charakterze popytu na siłę roboczą warunkują cztery
rodzaje konkurencyjności: jawne, ukryte, obiecujący i demo [12, s. 71].
W ten sposób pracownicy w warunkach współczesnej gospodarki
rynkowej stają się centralnym elementem życia społeczno-gospodarczego
społeczeństwa. To jest politycznie i ekonomicznie swobodni najemni
pracownicy, których działalność jest skierowana na osiągnięcie celów
organizacyjnych przez najbardziej pełną realizację swoich zalet jako
podmiotu życia gospodarczego. Wzrost konkurencyjności pracowników
prowadzi za sobą uwalnianie inwestycyjnych i naturalnych zasobów, które
mogą być kierowane na dalsze zaspokajanie potrzeby rynku produktów i
usług, a w konsekwencji – na wzrost zagospodarowania narodu.
Tak więc, rozwój postępu naukowo-technicznego i modernizacja
społeczeństwa powodują wzrost zapotrzebowania na wysoko
wykwalifikowanych pracowników, zdolnych obsługiwać technicznie
innowacyjne urządzenia, przystosowane do wymogów nowoczesnego
społeczeństwa. Przede wszystkim odnosi się to do poprawy cech
jakościowych siły roboczej, co będzie podstawą do wzrostu
konkurencyjności krajowych przedsiębiorstw i państwa w ogóle.
Ważnymi czynnikami, które na obecnym etapie wpływają na stan
rynku pracy i konkurencyjność siły roboczej, jest nie tylko ogólny stan
gospodarki kraju, światowy kryzys finansowy, ale i procesy globalizacji,
integracji Ukrainy w światowym systemie gospodarczym. Globalizacja jest
jedną z głównych cech światowego systemu gospodarczego, który określa
stan i trendy gospodarek narodowych, ma dominujący wpływ na rozwój
191
poszczególnych krajów i towarzyszy zwiększenie ekonomicznych
powiązań między nimi [7, s. 168]. Z jednej strony, poprzez
rozpowszechnianie innowacji w zakresie technologii i zarządzania,
aktywną wymianę towarów, usług, inwestycji, rozprzestrzeniania procesów
migracji zarobkowej globalizacja przyczynia się do zwiększenia
konkurencyjności siły roboczej, zatrudnienia i wydajności krajowych
systemów gospodarczych, a z drugiej – zwiększa nierówności, i
dysproporcji w ich rozwoju.
Wraz z pewnymi pozytywnymi trendami w zakresie zatrudnienia,
które występują na Ukrainie w ostatnim czasie, ma miejsce szereg
problemów, które pogłębiają kryzys finansowy i gospodarczy, mają
negatywny wpływ na zatrudnienie i wymagają pilnego rozwiązania.
Głównymi z nich są:
- niezgodność profesjonalnego poziomu kwalifikacji siły roboczej do
potrzeb gospodarki i rynku pracy;
- brak należytej mobilności siły roboczej i motywacji u pracowników
do legalnego produktywnego zatrudnienia, głównie z powodu niskiej
jakości miejsc pracy na temat warunków i poziomu wynagrodzeń;
- obecność stosunków cieni w dziedzinie zatrudnienia, co również
negatywnie wpływa na konkurencyjność siły roboczej.
Naszym zdaniem, warto zgrupować nowoczesne krajowe problemy
zwiększenia konkurencyjności pracowników w zależności od ich poziomu.
W nowoczesnych warunkach występuje znaczna liczba problemów, z
którymi borykają się pracownicy i które negatywnie wpływają na ich
konkurencyjność. Dotyczy to zwłaszcza niechronionych grup ludności, w
tym i młodzieży. Wśród nich na poziomie rzeczywistego rynku pracy
można wyróżnić następujące:
- spadek popytu na usługi pracy młodzieży;
- wzrost liczby bezrobotnej młodzieży (trwały spadek popytu na siłę
roboczą młodzieży, a także zwiększenie długości wyszukiwania pracy
młodzieżą, zwłaszcza tych jej przedstawicieli, którzy nie mają
wystarczającego doświadczenia zawodowego, doprowadziły do tego, że
liczba oficjalnie zarejestrowanej bezrobotnej młodzieży wzrosła
trzykrotnie)
- intensywny wzrost udziału młodzieży, która łączy działalność z
pracą w warunkach wtórnego zatrudnienia;
- pogłębienie nierównowagi między podaży pracy przez osoby w
wieku 15-35 lat i popytu.
Na poziomie krajowym problemy konkurencyjności pracowników są
192
najbardziej globalne, proces ich rozwiązania jest bardzo pracochłonny.
Problem niezgodności profesjonalno-kwalifikacijnego poziomu siły
roboczej do potrzeb gospodarki prowadzi do wzrostu poziomu bezrobocia,
ponieważ rynek pracy jest przepełniony specjalistami zbędnych zawodów,
podczas gdy istnieje zapotrzebowanie na wysoko wykwalifikowane
robotnicze specjalności.
Motywacja do legalnej pracy jest również jednym z problemów na
poziomie krajowym, ponieważ systemy motywacji pracowników w
krajowych przedsiębiorstwach są niewystarczające, niski poziom płac,
udział plac motywacyjnych i system rekompensat w funduszu płac niski,
brak objawów motywacji niematerialnej. Pobudzenie pracy jest jednym z
czynników decydujących o wzroście wydajności pracy, tak jak to zwiększa
wydajność i jakość pracy, zwiększa zaangażowanie pracowników
organizacji.
Jednym z problemów krajowego poziomu jest odpływ siły roboczej
za granicę, w poszukiwaniu lepszych możliwości znalezienia pracy,
ponieważ nie rzadko zdarza się, że wykształceni, perspektywiczne, wysoko
wykwalifikowani pracownicy nie mają możliwości wykazania się na
krajowym rynku pracy.
Brak należytej mobilności siły roboczej jest jednym z problemów
branżowego poziomu, ponieważ w obecnych warunkach występuje
zapotrzebowanie na pracowników, które mogą przejść przekwalifikowanie,
lub zmienić stałe miejsce pracy na nowe. Szczególnie dotyczy to
młodzieży, ponieważ pracownicy tej grupy wiekowej znajdują się na etapie
kształtowania kariery, czyli poszukiwania potencjalnych miejsc pracy.
Jakość miejsc pracy w krajowych przedsiębiorstw jest niska,
pracodawcy nie zapewniają godne warunki pracy w pełni, oszczędzają na
tym, co negatywnie wpływa na stan zdrowia pracowników, powodują urazy
i choroby zawodowe.
Proces podnoszenia kwalifikacji i szkolenia mają zasadnicze
znaczenie w kształtowaniu konkurencyjnej siły roboczej w państwie,
jednak obecnie rozwój pracowników w krajowych przedsiębiorstwach jest
daleko nie najważniejszym problemem. Certyfikacja personelu ma w
zasadzie charakter formalny, nie ma szkolenia na zewnątrz organizacji, nie
skupia się na adaptacji nowych pracowników, co jest bardzo ważnym
momentem, ponieważ społeczno-psychologiczny klimat w zespole – to
jeden z czynników wyboru miejsca pracy. Niedostateczną uwagę poświęca
się profilaktyce i zapobieganiu konfliktów w zespołach pracowniczych,
brak komisje ugodowe.
193
Problemy konkurencyjności pracowników występują nie tylko na
poziomie krajowym i branżowym, a i na poziomie osobowości, co
przejawia się w niezgodności uzyskanych specjalności do potrzeb rynku
pracy. Po ukończeniu uczelni, znaczna część młodzieży nie jest w stanie
znaleźć pracę na wybranym kierunku, ponieważ dostać pierwsze miejsce
pracy, jest bardzo trudne, główną przyczyną tego jest brak doświadczenia.
Ważne znaczenie w kształtowaniu konkurencyjności przyszłych
specjalistów jest praca orientacji zawodowej, jakość której wymaga
większej uwagi. Niezdolność absolwentów szkół, instytucji edukacyjnych
ocenić stan rynku pracy i zapotrzebowanie na siłę roboczą prowadzi do
nieświadomego wyboru przyszłego zawodu, w wyniku czego absolwenci
prestiżowych zawodów zasilają szeregi bezrobotnych.
Kolejnym problemem indywidualnego poziom jest wysoki koszt
szkoleń, który jest przytłaczający dla dużej części ludności. To sprawia,
wybór nie pożądanych zawodów, a bardziej dostępnych. Problem
nierówności płci również można zaliczyć do indywidualnych, które
pojawiają się w dyskryminacji kobiet w zatrudnieniu.
Opisane problemy konkurencyjności pracowników na różnych
poziomach prowadzą do pogorszenia cech jakościowych potencjału
pracowniczego, zmniejszenie przydatności zawodowej, zwiększenie
przepaści między poziomem kwalifikacji kandydatów na miejsca pracy i
nowoczesne wymagania w stosunku do jakości pracowników.
Negatywne trendy, które mają miejsce w systemie edukacji i
kształtowaniu wysoko wykwalifikowanej siły roboczej, prowadzą do
pogorszenia cech jakościowych potencjału pracowniczego, zmniejszenie
przydatności zawodowej, zwiększenie przepaści między poziomem
kwalifikacji kandydatów na miejsca pracy i nowoczesnymi wymaganiami
w stosunku do jakości pracowników. Niska jakość miejsc pracy zgodnie z
warunkami i wynagrodzeniem jest jedną z głównych przyczyn odpływu
znacznej ilości wykwalifikowanej siły roboczej za granicę. Zdaniem
ekspertów, za granicą pracuje teraz około 3 mln. rodaków, wśród których
zdecydowaną większość stanowią wykwalifikowane osoby w wieku
produkcyjnym. Biorąc pod uwagę, że problem zatrudnienia jest
charakterystycznym dla większości krajów europejskich, którzy są
zainteresowani w pozyskiwaniu zagranicznej siły roboczej, można się
spodziewać wzrostu ilości zewnętrznej migracji zarobkowej (w
szczególności negatywnej), co jeszcze bardziej komplikuje problem
krajowych przedsiębiorstw [4, s. 341].
Na obecnym etapie rozwoju gospodarczego na rynku pracy na
194
Ukrainie obserwuje się tendencję do wzrostu deficytu wykwalifikowanej
siły roboczej, zwłaszcza wykwalifikowanych pracowników. Niedobór
wykwalifikowanych pracowników już w najbliższych latach – to źródło
przymusu tworzenia nowoczesnych miejsc pracy i, odpowiednio,
spowolnienie tempa rozwoju produkcji. Taki stan z kształtowaniem siły
roboczej ma kilka przyczyn, z których najważniejsze są:
- niedopasowanie kształcenia szkolnictwa wyższego do potrzeb
rynku pracy;
- niezadowalający poziom jakości szkolenia;
- niezgodność warunków pracy i wielkości płac, które są oferowane
przez pracodawców na konkretnych stanowiskach pracy, oczekiwaniom
absolwentów.
Rozwiązanie tych kwestii odnosi się zarówno do pracowników
roboczych zawodów, jak i specjalistów z wyższym wykształceniem.
Państwowa polityka w zakresie rozwoju i racjonalnego wykorzystania
potencjału kadrowego powinna być skierowana na rozwój systemu
orientacji zawodowej; wzmocnienie motywacji do pracy, państwowego
wpływu na strukturę i jakość przygotowania i kwalifikacji siły roboczej,
wzrostu
wykształcenia
i
zawodowo-kwalifikacyjnego
poziomu
pracujących. Należy przybliżyć wielkość i strukturę szkolenia wyższymi i
zawodowo-technicznych instytucjami wielkości i struktury popytu na
rynku pracy.
Sytuacja z zaopatrzeniem gospodarki narodowej kadrą, która
rozwinęła się na Ukrainie, świadczy o niedoskonałości istniejącego
mechanizmu interakcji rynku usług edukacyjnych i rynku pracy [17, s.
155]. Niewystarczająca pozostaje mobilność siły roboczej i jej motywacja
do legalnego produktywnego zatrudnienia. Istniejący problem bezrobocia
wśród młodych ludzi w pewnym stopniu jest konsekwencją niezgodności
rynku usług edukacyjnych do potrzeb rynku pracy. Ponadto, w kraju
praktycznie nie tworzą systemu doradztwa zawodowego ludności, jej
ukierunkowania na wzrost prestiżu pracy zawodów i kształtowania
motywacji młodych ludzi do pracy zawodowej. Pozostaje jednym z
najbardziej skomplikowanych problemów gospodarki i rynku pracy
problem legalizacji zatrudnienia.
Zbiór konkurencyjnych pracowników określa konkurencyjność
pracowników przedsiębiorstwa, siły roboczej w skali kraju według
wybranej strategii rozwoju [3, s. 82].
Problemy konkurencyjności siły roboczej w nowoczesnych
warunkach dotyczą, przede wszystkim, niezabezpieczonych warstw
195
ludności, a mianowicie młodzieży.
Wśród głównych przyczyn powikłań zatrudnienia absolwentów szkół
należy wyróżnić przede wszystkim:
- istniejących dysproporcji struktury popytu na rynku pracy, które
pogłębia się na skutek słabości koordynacji powiązań między rynkiem
pracy i rynkiem usług edukacyjnych;
- niezgodność otrzymanej specjalności do potrzeb rynku pracy;
- brak długoterminowych prognoz ekonomicznych o zmianie
zawodowo-kwalifikacyjnej struktury siły roboczej;
- wzrost konkurencji na rynku pracy zawodów i specjalności, na
których trwają przygotowania w szkołach;
- głównie nieświadome podejście do wyboru przyszłego zawodu jako
wynik niedoskonałości istniejącego systemu doradztwa zawodowego
młodzieży, ukierunkowanie na otrzymanie prestiżowego (w tej chwili)
zawody, który może nie być wymagany na rynku pracy w perspektywie;
- brak praktycznego doświadczenia lub stażu pracy w zawodzie;
- różnica między zawartością edukacji i wymaganiami ze strony
pracodawców;
Psychologiczna niechęć młodzieży do podejmowania samodzielnych
decyzji [10, s. 59].
Niedostateczna efektywność zarządzania procesem wyboru zawodu
spowodowana, przede wszystkim, tradycyjnym systemem edukacji, nie
dostosowanym do zmian wymagań młodzieży i potrzeb rynku pracy, nie
rozwiejętym systemem etapowego szkolenia zawodowego. Reformowanie
systemu edukacji w kierunku zwiększenia konkurencyjności absolwentów
przyczyni się do zwiększenia adaptacji potencjału młodzieży, wnoszenia
społeczno-psychologicznych cech absolwentów zgodnie z potrzebami
rynku pracy, kształtowania społecznie aktywnego stylu zachowania, czyli
socjalizacji zawodowej [11, s. 43].
Na Ukrainie do tej pory nie ma jednego skutecznego mechanizmu
regulacji procesu przygotowania i zatrudnienia młodych specjalistów. Brak
skutecznego systemu monitorowania rozwoju systemu edukacji, w
szczególności nie pozwala twierdzić, że oficjalne dane statyczne
zatrudnienia absolwentów wyższych uczelni, którzy studiowali za środki
zamówienia publicznego, odzwierciedlają rzeczywisty stan rzeczy.
Zmniejszeniu napięć społecznych związanych z zatrudnieniem
młodzieży będzie sprzyjać dalsza dywersyfikacja struktury i ilości
specjalistów szkolenia, nauka i zastosowanie doświadczenia rozwiniętych
krajów do uaktualnienia systemu ustawicznego kształcenia. Zastosowanie
196
takiego podejścia przyczyni się do skrócenia okresu adaptacji absolwenta w
warunkach samodzielnej działalności zawodowej, poszukiwania i
uzyskania pierwszego miejsca pracy. Dlatego należy zwracać uwagę na
aktywizacji procesu adaptacji wiedzy i umiejętności, uzyskanych przez
absolwentów szkół i uczelni, z potrzebami pracodawców.
W tym celu należy opracować skuteczne środki państwowego
wspierania
pracodawców
–
przedsiębiorstw
państwowych
i
niepaństwowych form własności do tworzenia miejsc pracy dla młodzieży,
zapewnienie możliwości organizacji praktyki dla studentów w celu
zapoznania się z procesem produkcyjnym, a następnie ich zatrudnienia w
tych przedsiębiorstwach [10, s. 64].
Strategia Ukrainy o integracji wymaga wykonania szeregu zadań,
które muszą doprowadziłć do zmiany jakościowych i ilościowych cech
potencjału pracowniczego, doprowadzić ich do zgodności z normami, które
obowiązują w globalnych systemach europjskich. Teraz nie można dać
jednoznaczną ocenę stanu potencjału pracowniczego Ukrainy. Należy
zauważyć, że, z jednej strony, ma miejsce poprawa jego cech
jakościowych, w szczególności wzrosła liczba specjalistów z wyższym
wykształceniem, bardziej przystosowane są do pracy w rynkowych, są w
stanie zajmować się działalnością gospodarczą. Z drugiej strony w
warunkach kryzysu na Ukrainie zachodzą procesy, które w pewnym
stopniu prowadzą do zniszczenia potencjału pracowniczego – pogorszenie
stanu zdrowia ludności, spadek przyrostu naturalnego, wzrost migracji
zarobkowej, wzrost wskaźników starzenia się, zaniżona cena siły roboczej,
która stanowiła niski poziom dochodów ludności, wysoki poziom
bezrobocia, spowodowany zmniejszeniem dużej liczby pracowników,
niezgodność jakości siły roboczej do potrzeb współczesnego rynku pracy.
Charakteryzując proces tworzenia profesjonalnie-kwalifikacijnych
ludności aktywnej zawodowo, należy zauważyć, że liczba specjalistów z
wyższym wykształceniem znacznie wzrosła, ale nie zawsze można
powiedzieć o wysokich kwalifikacji tych pracowników i odpowiednim
poziomie wiedzy. Negatywnie wpływa na jakość specjalistów fakt, że są
przekonani o możliwości zatrudnienia w zawodzie, ma miejsce brak
powiązań uczelni z przedsiębiorstwami w celu nabycia praktycznego
doświadczenia. Państwa zamówienie na przygotowanie specjalistów z
wyższym wykształceniem do tego roku stale rośnie, ale brak
przewidywania na ogólnokrajowym i branżowych poziomach pociągnęła
przesyt rynku siły roboczej specjalistów z wyższym wykształceniem,
podczas gdy brakuje specjalistów roboczych zawodów [8, s. 225].
197
Tak więc, w obecnych warunkach na Ukrainie ma miejsce kompleks
problemów spowodowanych kryzysem finansowym i gospodarczym i
pogłębiają jej, negatywnie wpływają na zatrudnienie, powodują brak
równowagi na rynku pracy i wymagają pilnego rozwiązania. Negatywne
tendencje spowodowane wieloma czynnikami, z których najważniejsze są
niezgodność poziomu kwalifikacji pracowników do potrzeb rynku pracy,
spadek motywacji do legalnego produktywnego zatrudnienia, cieniowe
stosunków w sferze zatrudnienia.
Dzięki popularyzacji poszczególnych zawodów stało się przesyt na
rynku pracy specjalności prawnika, księgowego, menedżera i tym podobne.
To pociągnęło za sobą komplikację zatrudnienia absolwentów wyższych
uczelni, dysproporcji struktury popytu na rynku pracy, a także niezgodność
otrzymanych specjalności do potrzeb rynku. Problemy, z którymi boryka
się współczesna młodzież różnią się poważnymi konsekwencjami, które
wpływają nie tylko na stabilność gospodarczą państwa, ale i na
bezpieczeństwo ekonomiczne.
Tak więc, strategiczna perspektywa Ukrainy powinna opierać się na
szeregu taktycznych działań mających na celu zwiększenie
konkurencyjności pracowników. Przy opracowywaniu polityki regionalnej
zwiększenia konkurencyjności pracowników, wskazane jest, aby wziąć pod
uwagę jej poziom w określonej formie działalności gospodarczej.
Preferencje uwagi wymagają branży z krytycznym poziomem
konkurencyjności pracowników, dla których wskazane jest stosować
politykę budowania, do rodzajów działalności gospodarczej z niestabilnym
stanem oferujemy implementować środki polityki zachęt, które mają na
celu zrównoważenie popytu i podaży na rynku pracy i zaspokojenia
interesów społeczno-zawodowych relacji. Do rodzajów działalności
gospodarczej ze stosunkowo stabilnym poziomem konkurencyjności
pracowników zalecamy stosowanie zasady utrzymania, wydarzenia której
skierowane na nasycenie rynku pracy wysoko wykwalifikowanymi
pracownikami i zapewnienie przedsiębiorstw potencjalnymi pracownikami
z nowoczesnym spojrzeniem na produkcję.
Bibliografia:
1. Богиня Д.П. Основи економіки праці: навч. посібник / Д.П. Богиня,
О.А. Грішнова. – 3-тє вид., стереотип. – К.: Знання-Прес, 2002. – 313 с.
2. Ведерніков М. Генезис конкурентоспроможності робочої сили в контексті
розвитку управліня персоналом / М. Ведерніков // Економічний аналіз. – 2010. № –7. –
С. 244-246.
3. Вдовенко І.С. Конкурентоспроможність та змагальність як засіб
підготовки робітника виробничої сфери І.С. Вдовенко / Вісник Чернігівського
198
національного педагогічного університету ім. Т.Г. Шевченка. – 2011. – № 2. –
С. 82-90.
4. Економічні проблеми ХХІ століття. Міжнародний та український виміри /
За ред. С.І. Юрия, Є.В. Савельєва. – К.: Знання, 2007. – 595 с.
5. Закон України «Про зайнятість населення» від 05.07.2012 № 5067-VІ.
6. Іваннікова Н.А. Специфіка конкурентоспроможності робочої сили:
регіональний аспект / Н.А. Іваннікова // Економіка і регіон. – 2009. – № 4. – С. 18-24.
7. Кальченко Т.В. Глобальна економіка: методологія системних досліджень:
Монографія. – К.: КНЕУ, 2006. – 248 с.
8. Кириченко Т.О. Конкурентоспроможність людського капіталу України в
умовах інтеграції у світове господарство / Т.О. Кириченко // Вісник Хмельницького
національного університету. – 2009. – № 5. – С. 224-227.
9. Лісогор Л.С. Оцінка конкурентоспроможності робочої сили у контексті
формування конкурентного середовища на ринку праці / Л.С. Лісогор // Проблемы
развития внешнеэкономических свіязей и привлечения иностранных инвестиций:
региональный аспект. – 2007. – № 2. – С. 635-642.
10. Лісогор Л.С. Працевлаштування випускників в умовах економічної кризи /
Л.С. Лісогор // Ринок праці. – 2009. – № 2. – С. 58-67.
11. Лясников Н. Мотивы выбора профессии / Н. Лясников //Человек и труд,
2000. − № 8. − С. 42-45.
12. Мирненко В.І. Трактовка объекта конкурентоспособности человеческого
ресурса на рынке труда в современных условиях / В.І. Мирненко // Збірник наукових
праць Кіровоградського національного технічного університету. – 2010. № – 17. –
С. 71-76.
13. Петрова І.Л. Сегментація ринку праці: теорія і практика регулювання. –
К.: Ін-т економіки,управління та господарського права, 1997. – 298 с.
14. Семикіна М.В. Конкурентоспроможність у сфері праці: сутність та
методологія визначення / М.В. Семикіна // Збірник наукових праці Кіровоградського
національного технічного університету, 2009. – № 15. – С. 21-31.
15. Тімашкова О.А. Досвід внутрішньофірмового навчання як фактору
розвитку конкурентоспроможності робочої сили в країнах з розвиненою економікою /
О.А. Тімашкова // Проблемы развития внешнеэкономических связей и привлечения
иностранных инвестиций: региональный аспект, 2010. – № 2. – С. 640-644.
16. Фатхутдинов Р.А. Управление конкурентоспособностью организации. –
М: ИНФРА, 2004. – 535 с.
17. Шевченко Л.С. Ринок праці: сучасний економіко-теоретичний аналіз:
Монографія. – Х.: ФОП Вап-нярчук Н.М., 2007. – 336 с.
Autor: Nazaruk Olga, studentka studiów magisterskich
na kierunku "Zarządzanie personelem i ekonomia pracy"
Łuckiego narodowego technicznego uniwersytetu,
m. Łuck, Ukraina.
Obszar zainteresowań naukowych: zarządzanie
personelem, konkurencyjność pracowników, rynek
pracy, zatrudnienie, partnerstwo społeczne.
Kontakt z autorami: [email protected]
199
200
Видання розповсюджується безкоштовно.
Проект IPBU.03.01.00-06-386/11-00
ПЛ-НТУ Транскордонний обмін досвідом є співфінансований в
рамках Програми транскордонного співробітництва
Польща – Білорусь – Україна 2007–2013
що співфінансовано за рахунок коштів Європейського Союзу в рамках
Європейського Інструменту Сусідства та Партнерства
Publikacja dystrybuowana bezpłatnie.
Projekt IPBU.03.01.00-06-386/11-00
PL-NTU Transgraniczna wymiana doświadczeń jest wspołfinansowany w
ramach Programu Wspołpracy Transgranicznej
Polska – Białoruś – Ukraina 2007–2013
finansowanego ze środkow Unii Europejskiej w ramach Europejskiego
Instrumentu Sąsiedztwa i Partnerstwa
201

Podobne dokumenty