docМонографія, Том 4 - Луцький національний технічний університет
download 
Reklamacja 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 (2P / ) для капілярних трубок Qo d 4 P /(128l ) (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 kQo2 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 (2P / ) 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 mQo2 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 xR ( 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 A61 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.1T . 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 2LR h55 0 0 2 L h66 h56 h66 Rdzd 2LR 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 z1 z 2 z 0 0 cos 0 0 84 0 z y0 sin )dzd 2 L d2 1 RL2 0 Rx0 L 2 x2 x3 x4 z1 z 2 z 0 0 cos R sin (x 1 0 0 1 0 z y0 sin )dzd RL2 0 Ry0 L 2 2 L d3 R( z sin )(x 1 x2 x3 x4 z1 z 2 z 0 0 cos 0 0 1 1 0 z y0 sin )dzd RL2y0 RL3 0 2 3 2 L d4 Rz cos (x 1 x2 x3 x4 z1 z 2 z 0 0 cos 0 0 1 1 0 z y0 sin )dzd RL3 0 RL2x0 3 2 2 L d5 d6 R(x 1 x2 x3 x4 z1 z 2 z 0 0 cos 0 0 0 z y0 sin )dzd 2 Rx1 L RL2 2 2 Rx2 L 2 Rx3 L 2 Rx4 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 . 2RL 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 L1 . 2 1 - похибка положення осі заготовки: xв x0 ; yв L 0 3y0 ; в 70 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 (2P / ) (1.1) do rurek kapilarnych Qo d 4 P /(128l ) (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 kQo2 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 (2P / ) 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 mQo2 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 xR ( 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 A61 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.1T . 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 2LR 0 0 2 L h66 h56 h66 Rdzd 2LR 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 z1 z 2 z 0 0 cos 0 0 0 z y0 sin )dzd 2 L d2 R sin (x 1 1 RL2 0 Rx0 L 2 x2 x3 x4 z1 z 2 z 0 0 cos 0 0 1 0 z y0 sin )dzd RL2 0 Ry0 L 2 2 L d3 R( z sin )(x 1 x2 x3 x4 z1 z 2 z 0 0 cos 0 0 1 1 0 z y0 sin )dzd RL2y0 RL3 0 2 3 181 2 L d4 Rz cos (x 1 x2 x3 x4 z1 z 2 z 0 0 cos 0 0 1 1 0 z y0 sin )dzd RL3 0 RL2x0 3 2 2 L d5 d6 R(x 1 x2 x3 x4 z1 z 2 z 0 0 cos 0 0 0 z y0 sin )dzd 2 Rx1 L RL2 2 2 Rx2 L 2 Rx3 L 2 Rx4 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 . 2RL 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 L1 . 2 1 - tolerancja położenia osi przedmiotu obrabianego: xв x0 ; yв L 0 3y0 ; в 70 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
