Технико-экономическая оценка магнитно-импульсных установок (МИУ) Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 338.001.36

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНЫХ УСТАНОВОК (МИУ)

С.Ю. Орлов, О.А. Ратников

Рассмотрен подход выбора оборудования по ряду технико-экономических показателей, на основе комплексной оценки уровня магнитно-импульсных установок методом сравнительного анализа конструкторских решений с учетом универсального идентификатора.

Ключевые слова: уровень качества оборудования; сравнительный анализ; метод попарного сравнения; магнитно-импульсная установка (МИУ); универсальный идентификатор; оценка техническо-экономического уровня МИУ.

Одной из первоочередных задач развития экономики страны является ускорение научно-технического прогресса. В связи с этим предусматривается дальнейшее развитие научных исследований, направленных на создание и внедрение новой техники и совершенной энергосберегающей технологии, отвечающих высоким требованиям современного производства, проведение исследований с целью совершенствования существующих и разработки новых способов преобразования энергии. Особое внимание уделяется расширению выпуска прогрессивных и экономичных машин и оборудования для всех отраслей экономики, повышению их технического уровня, качества и надежности [1].

В настоящее время в машиностроении, электротехнике и других областях науки и техники все более широкое применение находят магнитноимпульсные устройства (МИУ), принцип действия которых основан на силовом воздействии импульсного магнитного поля (ИМП) [2].

В 1927 г. академиком Л. Капицей была предсказана возможность использования силовых импульсных магнитных полей в технологических операциях по обработке металла.

Это технологическое направление появилось в конце 50-х годов прошлого столетия и сразу же нашло применение в авиастроении и ракетостроении, а впоследствии и в автомобильной промышленности.

Первая промышленная магнитно-импульсная установка (МИУ) типа «Magneform», предназначенная для обработки тонкостенных труб импульсным магнитным полем, была изготовлена в США фирмой «General Dynamics» в 1962 г. Энергоемкость установки составляла 6.25 кДж, производительность - 10 импульсов в минуту. В 1963-66 гг. на базе этой установки в США создается гамма МИУ с запасаемой энергией от 12 до 84 кДж для различных технологических операций обработки металлов давлением. Наряду с США, начиная с 1963-1966 гг. вопросами МИОМ и созданием оборудования для нее начали заниматься в других странах. Начиная с 1963 года,

разработкой и применением МИУ, проведением теоретических и экспериментальных исследований в Англии занимаются ученые фирмы «Wickman Machine Tools Sales», в ФРГ - фирма «Brown Boveri» и Institut fur Werkzeugmaschine und Umformtechnik der Tecnischen Hochschule Hannover.

Большое количество сообщений по применению МИУ для деформирования металлов появилось в периодической печати Японии, Франции за период 1964-1968 гг. О большой работе, проводимой в этих странах, свидетельствуют многочисленные патенты на новые типы установок и их элементы. С 1964 г. работы по созданию МИУ и исследования процесса деформирования металлов с помощью импульсных магнитных полей ведутся в Польше, Чехословакии, ГДР.

Начиная с 1960 года, в нашей стране проводятся работы по созданию экспериментальных и опытно-конструкторских образцов МИУ. Широкие технологические возможности метода, экономическая эффективность, относительная простота осуществления привлекли в первую очередь к этому вопросу специалистов, занимающихся техникой сильных импульсных токов и сильных магнитных полей, теорией и практикой индукционных электрических и электромеханических процессов, теорией и практикой высокоскоростного деформирования металлов. Первостепенную роль в создании отечественных МИУ и внедрении метода в промышленность сыграли разработки Харьковского политехнического института им. В.И. Ленина (ХПИ), Ленинградского политехнического института им. М.И. Калинина, Московского энергетического института, ЭНИКМАШ, Тульского НИТИ и других организаций.

В «ЭНИКМАШ» начиная с 1962 были созданы и выпускались серийно гамма установок энергоемкостью 10...80 кДж с производительностью 120...360 операций/ч.

Наряду с указанными целый ряд организаций страны в различное время создали для своих целей МИУ энергоемкостью 3.5...200 кДж с рабочим напряжением 5...50 кВ. Установки, разработанные Самарским авиационным институтом, Омским политехническим институтом, институтом атомной энергии имени И.В. Курчатова, ВПТИЭлектро (г. С.-Петербург), Чувашской государственной академией (г. Чебоксары) и другими организациями, хорошо зарекомендовали себя в опытном и мелкосерийном производстве.

На предприятии АО «ТНИТИ» (г. Тула) впервые в нашей стране разработаны, изготовлены и внедрены в серийное производство автоматизированные магнитно-импульсные установки серии МИУ-Т. Установки изготовлены из комплектующих, выпускаемых нашей промышленностью серийно и могут легко встраиваться в механизированные и автоматизированные линии.

Магнитно-импульсная установка компонуется, как правило, из зарядного и разрядного блоков. В зарядный блок входят зарядное устройство,

создаваемое на базе высоковольтного трансформатора и выпрямителя, блок поджига коммутирующих устройств и все узлы автоматики. В разрядный входят емкостной накопитель энергии, коммутирующие устройства, ошиновка и рабочий инструмент-индуктор.

Магнитно-импульсная обработка металлов (МИОМ) основана на непосредственном преобразовании предварительно накопленной электрической энергии в работу пластической деформации.

Достоинством МИОМ является относительная несложность оборудования и оснастки (по сравнению с механическими прессами и станками аналогичной производительности) и большая технологическая гибкость (отсутствие передаточной среды, возможность совместить формообразование с нагревом, возможность соединения различных материалов и т.п.).

Магнитно-импульсной обработка металлов характеризуется тем, что давление на деформируемую металлическую заготовку создается непосредственно воздействием импульсного магнитного поля без участия промежуточных твердых, жидких или газообразных сред.

Область применения в промышленности: аэрокосмическая - штамповка, сборка калибровка, сварка электропроводных материалов, электротехническая - сборка электрических соединений, получение сверхсильных магнитов из редкоземельных материалов, приборостроение - штамповка, сборка, калибровка, сварка малогабаритных изделий, в том числе и лазерной техники, атомная энергетика - штамповка, сборка, калибровка при производстве тепловыделяющих элементов, металлургия - получение новых сплавов с высокими эксплуатационными характеристиками.

Современный уровень конструкции МИУ должен превосходить по уровню качества, выпускаемые ранее виды оборудования, это важнейшее условие обеспечения уровня конкурентоспособности в рыночных условиях.

Однако категория качества имеет многогранный характер, и количественная оценка её уровня обеспечивается системой показателей, в число которых входят показатели назначения и технической характеристики оборудования, конструкторские, технологические и другие [3].

Вся совокупность конструкторских и технологических решений изучаемого объекта должна обеспечивать определенный не только соответствующий конкурентоспособный уровень технических, энергетических и эксплуатационных показателей оборудования, но и иметь необходимое экономическое обоснование для принятия необходимых управленческих решений на производстве. В настоящее время достаточно хорошо разработаны методики сравнительной оценки новых конструкций машин и техническо-экономического уровня конструкторских решений конкурентоспособного оборудования [4]. Положения теории статистики позволяют более точно выполнить сравнительную оценку технико-экономического уровня конструк-

торских решений на основе расчета комплексного показателя оборудования, используя метод попарного сравнения и шкалу бальной оценки, учитываются лучшие достижения научно-технического прогресса.

При сравнительной оценке различного оборудования по уровню качества эти показатели, как правило, имеют разнонаправленный характер, т.е. по одним показателям магнитно-импульсная установка может иметь выигрышные параметры, а по другим может значительно уступать конкурентам. В этих условиях вопрос оценки уровня оборудования МИУ решается на основе построения комплексной оценки, суть которой заключается в том, что от системы показателей необходимо перейти к одному комплексному показателя, характеризующему уровень качества оборудования в целом.

Такой подход широко применяется для комплексной оценки уровня качества, при этом объективность оценки зависят от решения двух проблем: первая - это количественная оценка значимости каждого частного показателя, вторая - переход из разных единиц измерения показателей качества к единому интегральному показателю.

Для этих целей производят сравнение с эталонным образцом, либо лучшее значение показателя принимают за один балл, затем оценку вычисляют в долях этого балла. Перевод в баллы достаточно важный момент вычислительных работ, от которых зависит конечный результат оценки. В этом отношении существующие приёмы не обеспечивают достаточно объективной оценки, так как не учитывают лучшие достижения научно-технического процесса, а рассматривают лишь сравнительную оценку рассматриваемых образцов.

Повысить объективность комплексной оценки уровня качества сравниваемых изделий по комплексному показателю качества целесообразно на основе использования положения теории статистики, а именно предлагается для перевода значений частных показателей качества из заданных единиц измерения в баллы строить шкалу перевода в баллы.

Как правило, значение частных показателей качества лежат внутри построенных интервалов. Для более точного определения бальной оценки необходимо использовать процедуру интерполирования табличных данных.

Изучаемые установки предназначены для выполнения технологических операций магнитно-импульсной обработки. Применяются в мелкосерийном и опытном производстве в различных отраслях промышленности, прикладных исследованиях в области импульсных технологий. Продукция поставляется в страны ЕС и КНР. Основные характеристики изучаемых магнитно-импульсных установок представлены в таблице 1.

Таблица 1

Основные характеристики магнитно-импульсных установок

Модель Запаса- емая энергия (кДж) Напряже- ние (кВ) Частота разряда (кГц) Габаритные размеры (м) Масса уста- новки (кг) а У .) к £ ю 3 а ^ ^ ^ -3

МИУ-50 50 5 - 20 40 1,5 х 1,3 х 1,7 1200 4475185

МИУ-15 18 1 - 20 55 1,1 х 0,7 х 1,5 500 1343342

МИУ-10 10 1 - 10 55 0,8 х 0,9 х 1,2 350 896610

МИУ-3 5 1 - 6 32 0,6 х 0,7 х 0,8 100 537966

МИУ-1 1,25 1 -7,5 70 0,65 х 0,36 х 0,5 50 418418

В магнитно-импульсных установках существует значительный перечень технических характеристик и особенностей. Необходимо осуществить выбор основных технико-экономических показателей, которые будут являться критериями интегральной оценки техническо-экономического уровня магнитно-импульсных установок.

Коэффициенты значимости параметров магнитно-импульсных установок (Кз і), представлены в таблице 2.

Таблица 2

Оценка значимости параметров техническо-экономическогоуровня МИУ

Показатели 1 2 3 4 5 6 7 Кз і

1 . Запасаемая энергия, (кДж) 1 1 1 1 1 1 6 0,2857

2. Напряжение, (кВ) 1 2 2 2 2 2 5 0,2381

3. Частота разряда, (кГц) 1 2 3 3 3 6 3 0,1428

4. Габаритные размеры, (м) 1 2 3 4 5 5 2 0,0952

5. Масса установки, (кг) 1 2 3 4 5 6 1 0,0476

6. Цена, (руб.) 1 2 6 6 6 6 4 0,1905

После определения значимости критериев магнитно-импульсных установок, необходимо провести оценку каждой магнитно-импульсной установки по определенному показателю. Введем следующие обозначения: ТУ - технико-экономический уровень магнитно-импульсной установки; ТУКзн - технико-экономический уровень МИУ с учётом коэффициента значимости показателя определенного методом попарного сравнения. Оценки приведены в таблицах 3-8.

Таблица 3

Оценка магнитно-импульсных установок по показателю

«Запасаемая энергия»

Уста- новки 1 2 3 4 5 Количество баллов ТУ ТУк.зн

МИУ-50 1 1 1 1 1 5 0,333 0,095138

МИУ-15 1 2 2 2 2 4 0,267 0,076282

МИУ-10 1 2 3 3 3 3 0,200 0,057140

МИУ-3 1 2 3 4 4 2 0,133 0,037998

МИУ-1 1 2 3 4 5 1 0,067 0,019142

Таблица 4

Оценка магнитно-импульсных установок по показателю «Напряжение»

Уста- новки 1 2 3 4 5 Количество баллов ТУ ТУк.зн

МИУ-50 1 2 1 1 1 4 0,267 0,06357

МИУ-15 2 2 2 2 2 5 0,333 0,07928

МИУ-10 1 2 3 3 3 3 0,200 0,04762

МИУ-3 1 2 3 4 5 1 0,067 0,01595

МИУ-1 1 2 3 5 5 2 0,133 0,03166

Таблица 5

Оценка магнитно-импульсных установок по показателю

«Частота разряда»

Уста- новки 1 2 3 4 5 Количество баллов ТУ ТУк.зн

МИУ-50 1 2 3 1 5 2 0,133 0,1899

МИУ-15 2 2 2 2 5 4 0,267 0,0379

МИУ-10 3 2 3 3 5 3 0,200 0,0285

МИУ-3 1 2 3 4 5 1 0,067 0,0095

МИУ-1 5 5 5 5 5 5 0,333 0,0475

Таблица 6

Оценка магнитно-импульсных установок по показателю «Габаритные размеры»

Уста- новки 1 2 3 4 5 Количество баллов ТУ ТУк.зн

МИУ-50 1 2 3 4 5 1 0,067 0,006378

МИУ-15 2 2 3 4 5 2 0,133 0,001266

МИУ-10 3 3 3 4 5 3 0,200 0,01904

МИУ-3 4 4 4 4 5 4 0,267 0,02538

МИУ-1 5 5 5 5 5 5 0,333 0,0317

Таблица 7

Оценка магнитно-импульсных установок по показателю

«Масса установки»

Уста- новки 1 2 3 4 5 Количество баллов ТУ ТУк.зн

МИУ-50 1 1 1 1 1 5 0,333 0,01585

МИУ-15 1 2 2 2 2 4 0,267 0,01268

МИУ-10 1 2 3 3 3 3 0,200 0,00951

МИУ-3 1 2 3 4 4 2 0,133 0,00634

МИУ-1 1 2 3 4 5 1 0,067 0,0318

Таблица 8

Оценка магнитно-импульсных установок по показателю

«Цена установки»

Уста- новки 1 2 3 4 5 Количество баллов ТУ ТУк.зн

МИУ-50 1 1 1 1 1 5 0,333 0,06343

МИУ-15 1 2 2 2 2 4 0,267 0,05086

МИУ-10 1 2 3 3 3 3 0,200 0,0381

МИУ-3 1 2 3 4 4 2 0,133 0,02533

МИУ-1 1 2 3 4 5 1 0,067 0,01276

Для определения наилучшего варианта МИУ необходимо сравнить их по показателям и оценить технологический уровень решения каждого из МИУ, после чего выбрать наилучшую модель.

Оценим уровень технического решения. Для этого используем универсальный идентификатор [3]. Он позволяет оценить значимость технических решений объектов техники и в целом конкурирующих направлений новой продукции в какой-либо области.

Таблица 9

Универсальный идентификатор

Характери- стика Весо- вая функ- ция Позиция оценки ; оценки гу = ^(х^) • г*

^2 ^3 ^5

1 2 3 4 5 6 7

хх - степень усовершен-ствованности технического решения по сравнению с прототипом 0,99 Усовер-шен-ствова-ние детали (0,99) Усовер-шен-ствова-ние узла (1,98) Усовер-шен-ствова-ние деталей и не-основног о узла (2,97) Усовер-шен-ствова-ние основного узла (3,96) Усовер-шен-ство-вание конструкции или создание принципиально новой конструкции (4,95)

х2 - степень отличия технического решения от известного решения (прототипа) 0,96 Отличий нет (0,96) Отличие по меньшинству основных признаков (1,92) Отличие по половине основных признаков (2,88) Отличие по большинству основных признаков (3,84) Не имеет прототип т.е. полная новизна (4,8)

х3- степень улучшения основных характеристик технического устроиства т.е. в изобретении предусмотрено улучшение характеристик 0,85 Одной харак- тери- стики (0,85) 2-х основных характеристик (1,7) 3-х основных характеристик (2,55) 4-х основных характеристик (3,4) 5-х основных характери-стик (4,25)

1 2 3 4 5 6 7

х4 - степень повышения показателей надежности технического устройства т.е. изобретение направлено на улучшение показателей безотказности, ремонтопригодности, долговечности и сохраняемости 0,7 Нет упоминаний об одном показа-теле (0,7) Одного показателя (1,4) 2-х показателей (2,1) 3-х по-казате-лей (2,8) 4-х показателей (3,5)

х5 - степень конъюк-турно-лицен-зионной значимости технического решения т.е. признано изобретением в различных странах 0,5 В собствен-ной стране (0,5) В одной не ведущей стране (1) В одной ведущей стране (1,5) В 2-х ведущих стра-нах(2) В нескольких ведущих странах (2,5)

Проведем оценку технико-экономического уровня магнитно-импульсных установок с учетом универсального идентификатора [3]:

„ Е Г -<Р( х,) т

' ~Егт-<Цх,) ( 1

где - исходная оценка позиции в баллах; • ^(х^) - взвешенная оценка позиции с учетом весовой функции.

Таблица 10

Таблица интегральной оценки техническо-экономического уровня МИУ

Установки ТУк.зн Яг Гг

МИУ-50 0,2633 0,7825 0,206

МИУ-15 0,2583 0,832 0,2149

МИУ-10 0,1998 0,633 0,1264

МИУ-3 0,1205 0,7675 0,09248

МИУ-1 0,1746 0,7525 0,13138

Проведенная интегральная оценка технико-экономического уровня современных магнитно-импульсных установок на основе универсального идентификатора показала, что наилучшей среди аналогов является МИУ-15, второе место заняла МИУ-50, третье - МИУ-1, четвёртое - МИУ-10. Самая низкая оценка технико-экономического уровня среди представленных установок у МИУ-3.

Высокочастотная магнитно-импульсная установка МИУ-15 универсального назначения, для технологических операций штамповки, резки, сборки и импульсной сварки заготовок из стали, алюминиевых и медных сплавов толщиной 0,5...3 мм. Система питания МИУ соответствует требованиям стандартов по электронной совместимости оборудования, качеству потребляемой энергии и обеспечивает режим энергосбережения.

Список литературы

1. Туровец О.Г., Попов В.Н., Родионов В.Б. и др. Организация производства и управление предприятием: Учебник для вузов/ Под ред. Ту-ровца О.Г.: Гос. Ун-т Управления. М.: ИНФРА-М. 2002. 528с.

2. Специальные технологические процессы и оборудование обработки давлением: В. А. Голенков, А. М. Дмитриев, В. Д. Кухарь, С. Ю. Радченко. С. - Санкт-Петербург, Машиностроение, 2004 г. - 464 с.

3. Технический уровень и качество продукции: (Вопросы управления) / Под ред. Бобровникова; редкол. сер.: Е.М. Сергеев и др. - Экономика, 1984. - 224 с. - (Экономика и управление/ Акад. Нар. хоз-ва при Совете Министров СССР).

4. Фатхутдинов Р. А. Управленческие решения: учебник для вузов/ Р.А.Фатхутдинов.-6-е изд., перераб. и доп. - М.: ИНФРА-М, 2006. -343с.

Орлов Сергей Юрьевич, канд. тех. наук, доц. кафедры ЭиУ, osuorlov@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Ратников Олег Анатольевич, канд. тех. наук, доц. кафедры ЭиУ, olegrat-nicow@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

ECHNICAL AND ECONOMIC ASSESSMENTMAGNETIC-IMPULSE PLANTS (IIM)

S.Y. Orlov, O.A. Ratnikov

The approach is a choice of the equipment for a number of technical and economic indicators, based on a comprehensive assessment of the level of magnetic-impulse plants method of comparative analysis of design solutions with regard to the universal identifier.

Key words: level of quality of the equipment; comparative analysis; method ofpaired comparisons; magnetic impulse installation (IIM); universal identifier; assessment of the technical-economic level of the IIM.

Orlov Sergey Yurievich, Cand. doctor of technical Sciences, associate Professor. Department of o & m, osuorlov@mail.ru Russia, Tula, Tula state University,

Ratnikov Oleg Anatolyevich, Cand. doctor of technical Sciences, associate Professor. Department of o & m, olegratnicow@yandex.ru Russia, Tula, Tula state University

УДК 379.8

ПРОГНОЗНЫЙ РАСЧЕТ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИНВЕСТИЦИОННОГО ПРОЕКТА ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ПИТЬЕВОЙ ВОДОЙ НЕБОЛЬШИХ МУНИЦИПАЛЬНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ

В.Э. Комов

Рассмотрен вариант реализации инвестиционного проекта по обеспечению питьевой водой населения небольших сельских поселений

Ключевые слова: водообеспеченность, водопотребление, водообмен, водоснабжение, водозабор, эффективность использования водных ресурсов, водоёмкость.

В условиях эксплуатации изношенных практически на 80 % существующих водопроводных сетей, многочисленных утечек, проблема обеспечения питьевой водой населения небольших сельских поселений с каждым годом все более обостряется. Поэтому необходимо предусмотреть строительство новых сетей водоснабжения и водоотведения, насосных станций и сооружений, что приведет к сведению до минимума количества утечек воды питьевого качества и сточных вод, предотвращению возникновения загрязнения окружающей среды сточными водами. Также необходимо освоение новых запасов подземных вод. Реализация данных мероприятий