CC BY
37TECHNICAL SCIENCES
ИНФОРМАЦИОННЫЕ (ЦИФРОВЫЕ) ТЕХНОЛОГИИ В МАШИНОВЕДЕНИИ
Оганесян О.В.
Волгоградский государственный технический университет, кафедра технологии строительного производства, аспирант
Бурлаченко О.В
Волгоградский государственный технический университет, заведующий кафедрой технологии строительного производства, профессор
Абрамян С.Г.
Волгоградский государственный технический университет, профессор кафедры технологии строительного производства, доцент
INFORMATION (DIGITAL) TECHNOLOGIES IN MACHINERY SCIENCE
Oganesyan O.,
Volgograd State Technical University, graduate student
Burlachenko O., Volgograd State Technical University, Professor, Head of the Department of Construction Technology
Abramyan S.
Volgograd State Technical University, Professor, Department of Construction Technology, Associate Professor
Аннотация
Рассматриваются цифровые технологии, применяемые в машиноведении. Приводятся этапы развития системы автоматизированного проектирования (САПР), важность ее составных частей, а именно системных технологий CAD, CAM, CAE. Отмечается роль аддитивных технологий в процессе повышения остаточного ресурса отдельных деталей машин и механизмов.
Abstract
The paper offers an overview of digital technologies used in machinery science. It identifies the stages of development of the computer-aided design system (CADS) and underlines the importance of its constituent parts, namely the CAD, CAM, and CAE system technologies. It further highlights the role of additive technologies in extending the residual service life of individual parts of machines and mechanisms.
Ключевые слова: цифровые технологии, машиноведение, компьютерное моделирование, остаточный ресурс, аддитивные технологии, блокчейн-технологии.
Keywords: digital technologies, engineering science, computer modeling, residual resource, additive technologies, blockchain technologies.
Значительные потенциальные возможности информатики, появление и усовершенствование баз и библиотек данных позволили накопить, систематизировать и в настоящее время эффективно их использовать при реализации современных технологий, обеспечивая при этом необходимое взаимодействие между разработчиком, заказчиком, конструктором и технологом на ранней стадии проектирования новейшей техники. Перспективное виртуальное проектирование позволяет осуществить системный подход к выбору верных научно-технических решений.
Появление ЭВМ практически полностью вытеснило прежние графические и графоаналитические методы. Применение скоростных вычислительных комплексов в научных исследованиях и экспериментах одновременно способствовало сжатию процесса проектирования единичного технического решения и существенному расширению области поиска, т. е. увеличению числа просматриваемых возможных решений.
Огромное значение цифровизации основных отраслей экономики, в том числе машиноведения, подчеркивается во многих научных публикациях отечественных и зарубежных ученых [1—4]. В публикации [1], в частности, отмечается, что «цифро-визация открывает новые возможности для всех отраслей мировой экономики» и «полная реализация потенциала информационных технологий в условиях цифровой экономики позволит многим предприятиям и компаниям создавать конкурентные преимущества в глобальном масштабе».
В машиноведении к цифровым технологиям относятся компьютерное моделирование (создание редактируемой CAD-модели) [2], технологии CAD, CAM, CAE [3, 4], «призванные обеспечить ускорение и упрощение процесса производства» [3]. Позиции развития и внедрения цифровых технологий в процессе технологического обеспечения некоторых показателей машин и оборудования (повышение остаточного ресурса, прочности, живучести,
надежности и безопасности) рассмотрены в работе [5].
Системные технологии CAD, CAM, CAE являются элементами общей цифровой (информационной) системы, которую в отечественной машиностроительной практике принято называть САПР (система автоматизированного проектирования).
CAD (Сomputer-аided design) в переводе с английского языка означает «компьютерная поддержка проектирования». CAD-система — это программы с пакетом модулей для создания трехмерных объектов с детализацией их особенностей и возможностью получения полного комплекта кон-структорско-проектной документации. CAD, или АСТПП — автоматизированные системы технологической подготовки производства.
CAM (Computer-aided manufacturing) переводится как «компьютерная поддержка производства». САМ-система имеет прикладные программы
для реализации проектов. С их помощью прописывают алгоритм работы станков с числовым программным управлением. В качестве основы используется трехмерная модель, сделанная по стандартам CAD. CAM, или АСУТП — автоматизированные системы управления технологическим процессом.
CAE (Computer-aided engineering) означает «автоматизированное проектирование». CAE-системы содержат класс продуктов для компьютерной поддержки расчетов и инженерного анализа. Появление возможности создать твердотельную модель потребовало детального ее описания, прогнозирования эксплуатационных нагрузок, включая воздействие температуры, сопротивление среды. CAE, или АСУП — автоматизированные системы управления производством.
В зависимости от сложности проектирования применяются несколько версий САПР. Классификация САПР приведена на рис. 1.
Рис. 1. Классификация САПР [6]
В современном мировом пространстве активно начали развиваться и применяться облачные САПР, которые работают в виртуальной вычислительной среде, а не на локальном компьютере. Доступ к таким САПР осуществляется либо через специально созданное приложение, либо через обычный браузер. Преимуществом этих систем является возможность их использования на слабых маломощных компьютерах, так как вся работа происходит в облаке.
Если говорить об истории становления и развития САПР в машиноведении и машиностроении, то можно выделить следующие основные этапы:
1. К 1971 г. рынок CAD-систем уже сформировался и стал индустрией. Но в то время применяемые компьютеры и дисплеи имели ограниченный круг пользователей, в основном это были крупные компании. Первые САПР представляли собой электронные кульманы и заменяли конструктору его основные орудия труда — чертежную доску и карандаш.
2. В 80-е гг. XX в. в производстве стал широко использоваться персональный компьютер, появились и стали успешно применяться системы проектирования обработки деталей на станках с числовым программным управлением САМ (Сomputer-aided manufacturing), расчетные системы CAE (Computer-aided engineering), которые были необходимы для инженерного анализа сложных конструкций, и многие другие специализированные приложения, основанные на работе с электронными чертежами.
3. В начале 1990-х гг. стабильный рост производительности персональных компьютеров послужил толчком к развитию относительно недорогих приложений для трехмерного моделирования. Появление таких программных пакетов сделало 3D-технологию более доступной для простых пользователей.
Особенно необходимо отметить тот факт, что в 1996 г. компания Unigraphics (сейчас Siemens PLM Software) выпустила программные пакеты, которые позволили контролировать взаимодействие деталей в сборочном узле.
Также появились специализированные приложения, основанные на работе с предоставляемыми CAD-системами данными:
• средства поддержки инженерных расчетов (CAE), позволившие конструктору, не имеющему достаточной профессиональной подготовки по таким дисциплинам, как математика, детали машин, сопротивление материалов, теория пластичности и теплофизика, изучать, анализировать поведение разрабатываемой конструкции в различных условиях и получать выгодное решение по заданным критериям;
• средства технологической подготовки производства изделий с применением компьютера (САМ).
4. В начале XXI века началась разработка САПР нового поколения, которая ведется и в наши дни.
При помощи САПР первого поколения решались отдельные технологические задачи, построенные на базе математического моделирования технологических процессов. Эти процессы не имели информационной взаимосвязи друг с другом, что являлось существенным недостатком, поскольку отсутствие взаимосвязи между проектируемыми процессами не давало возможности для осуществления автоматизированного проектирования.
При создании САПР второго поколения учли недостаток САПР первого поколения. Ученые решили разрабатывать небольшие, но информационно связанные между собой системы проектирования, которые позволили охватить производство в целом, при этом исключив незначительные нюансы и мелкие подробности технологии. В этот период появился многоуровневый иерархический метод проектирования, который позволял проводить поэтапное автоматизированное проектирование и успешное введение системы в работу.
К недостаткам данной системы относилась узкая область использования, жесткая связь между программным и информационным обеспечением. Это программное обеспечение также не являлось
универсальным из-за невозможности его применения во многих технологических процессах. Как следствие, возникла необходимость разработки САПР для различных технологических процессов, но на данном этапе развития САПР она оказалась экономически невыгодной.
В САПР третьего поколения были устранены основные недостатки комплексных средств САПР второго поколения, в частности было четко разделено информационное и программное обеспечение. Это позволило сделать САПР универсальным продуктом, благодаря чему стало возможным применять стандартные комплексные средства (КС САПР) в различных отраслях промышленности. Бесспорно, это был существенный прорыв в развитии науки и технологий.
САПР четвертого поколения отличаются от своих предшественников гибкостью программного обеспечения, интеграцией решаемых задач, универсальностью и большими возможностями технического обеспечения, что позволяет применять их практически в любых отраслях промышленности.
Созданные модели промышленной продукции с применением CAD далее могут реализовываться с помощью аддитивных технологий или, точнее, AF (Additive fabrication) и/или AM (Additive manufacturing), которые у профессионалов понимаются в основном как 3Б-печать [7]. В машиноведении существует несколько направлений формирования изделий при помощи аддитивных технологий, основными из которых являются: порошковые технологии, фотополимеризация, экструдирование [8, 9].
На рис. 2 приведены цифровые технологии, которые с успехом используются для создания, а также повышения остаточного ресурса на различных стадиях жизненного цикла промышленной продукции (детали машин и оборудования). Как показывает практика, во многих странах, в том числе и в России, аддитивные технологии активно используются для восстановления геометрических размеров и других характеристик деталей машин и оборудования или для изготовления новых деталей в целях замены изношенных.
Рис. 2. Цифровые технологии, применяемые для создания и повышения остаточного ресурса промышленной продукции
В последние пять лет во многих передовых научных изданиях регулярно появляются публикации, где подчеркивается, что в качестве одного из компонентов цифровых технологий, применяемых во многих отраслях экономики, в том числе в машиноведении, необходимо рассматривать блок-чейн-технологии. Отмечается, что этот компонент в совокупности должен взаимодействовать с технологиями компьютерного моделирования (CAD), так как интеграция новых интеллектуальных информационных технологий позволяет предприятиям получать определенные выгоды. Например, можно достичь сокращения нецелевых трудовых, технических, материальных и финансовых ресурсов. Из этого следует, что блокчейн-технологии должны сопровождать все виды информационных технологий на всех стадиях жизненного цикла продукции. Отдельные информационные блоки могут содержать не только базу данных для отдельных стадий жизненного цикла промышленной продукции, но и компьютерные программы, обеспечивающие выбор наиболее эффективных решений из множества существующих.
В заключение отметим, что для выбора самых эффективных технологических, организационно-технологических, экономических и экологических решений, направленных на обеспечение эксплуатационных показателей продукции, должны быть определен инструментарий, т. е. разработаны специальные компьютерные программы, которые должны входить в пакет блокчейн-технологий. Основой цифровой блокчейн-технологии являются отдельные информационные блоки (включающие базу данных), необходимые для грамотного и эффективного управления на всех стадиях жизнен-
ного цикла промышленной продукции. Информационные блоки между собой взаимосвязаны, каждый последующий блок опирается на предыдущий, создавая логическую цепочку. При этом количество блоков зависит не только от количества стадий жизненного цикла (ЖЦ) продукции, но и от технологических решений, принятых для каждого этапа ЖЦ.
Интеграция перечисленных цифровых технологий (CAD, CAM, CAE, аддитивные технологии, блокчейн-технологии) представляет некую эволюцию и необратимый процесс в машиноведении. Важность данной интеграции также неоспорима для устойчивого развития современной экономики.
Значимость данной работы заключается в новом осмыслении интеграции цифровых технологий, существующих на современном этапе развития экономики. Данная работа может стать основой для выбора ключевых моментов разработки новой модели управления на всех стадиях жизненного цикла строительной и промышленной продукции.
Список литературы
1. Berisha-Shaqiri A., Berisha-Namani M. Information Technology and the Digital Economy // Mediterranean Journal of Social Sciences. 2015. Vol. 6. No. 6. Pp. 78—83. DOI: 10.5901/mjss.2015.v6n6p78. URL: https://www.researchgate.net/publica-tion/283817936_Information_Technol-ogy_and_the_Digital_Economy (дата обращения: 04.11.2020).
2. Анализ цифровых технологий, применяемых в машиностроительной отрасли / П. А. Лонцих, Е. П. Кунаков, Е. И. Коршунова, И. В. Ковригина // Вестник ИрГТУ. 2018. Т. 22. № 9. С. 42—49. DOI: 10.21285/1814-3520-2018-9-42-49.
3. Девжеева Т. Г., Калинкин А. К. Актуальность применения информационных технологий в машиностроении // Международный научно-исследовательский журнал. 2014. № 11-1(30)1. С. 98—99. URL: https://research-joumal.org/hist/aktualnost-primeneniya-informacionnyx-texnologij-v-mashi-nostroenii (дата обращения: 05.11.2020).
4. Орлов Н. В., Жданова Д. Н. Цифровые технологии в машиностроении // Машиностроение: новые концепции и технологии : сб. ст. Всерос. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых, г. Красноярск, 23—24 октября 2019 г. С. 290—293.
5. Матвиенко Ю. Г. Моделирование и критерии разрушения в современных проблемах прочности, живучести и безопасности машин // Проблемы
машиностроения и надежности машин. 2014. № 3. С. 80—89.
6. Компьютерные, сетевые и информационные технологии. URL: http://me-dia.ls.urfu.ru/601/1640/3913/4717.
7. Чемодуров А. Н. Применение аддитивных технологий в производстве изделий машиностроения // Известия ТулГУ. Сер.: Техн. науки. 2016. Вып. 8. Ч. 2. С. 210—217.
8. Баксанова Ю. А., Максимов П. В. Обзор методов аддитивного формирования изделий // Международный научно-исследовательский журнал. 2016. № 9-2(51). С. 6—9. DOI: 10.18454/IRJ.2016.51.080. URL: https://research-journal.org/technical/obzor-metodov-additivnogo-formirovaniya-izdelij (дата обращения: 05.11.2020).
РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ КАЧЕСТВА ПАССАЖИРСКИХ ПЕРЕВОЗОК НА АВТОМОБИЛЬНОМ ТРАНСПОРТЕ В Г. ЯКУТСКЕ
Бояршинов А.Л.
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки. Федеральный исследовательский центр «Якутский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук» (ЯНЦ СОРАН), ведущий
инженер, кандидат технических наук, доцент. Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова. доцент. г. Якутск. Россия
Григорьев С.В.
Студент магистратуры «Организация безопасности движения» Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова. г. Якутск. Россия
DEVELOPMENT OF RECOMMENDATIONS FOR ENSURING THE QUALITY OF PASSENGER
TRANSPORTATION BY ROAD IN YAKUTSK
Boyarshinov A.,
Federal state budgetary institution of science. Federal research center "Yakut scientific center of the Siberian branch of the Russian Academy of Sciences "(YANC soran), leading engineer, candidate of technical Sciences, associate Professor. North-Eastern Federal University named after M.K. Ammosov. associate Professor. Yakutsk. Russia Grigoriev S.
Мaster's degree Student "organization of traffic safety" North-Eastern Federal University named after M.K. Ammosov. Yakutsk. Russia.
Аннотация
Показана организация безопасности автомобильных перевозок. Проведён анализ ДТП при перевозке пассажиров за 2017-2019гг в г. Якутске и предложены рекомендации по обеспечению качества пассажирских перевозок на автомобильном транспорте в г. Якутске
Abstract
The organization of road transport safety is shown. The analysis of road accidents during passenger transportation for 2017-2019 in Yakutsk is carried out and recommendations for ensuring the quality of passenger transportation by road in Yakutsk are proposed.
Ключевые слова: ДТП, автомобильный транспорт, пассажирские перевозки, рекомендации.
Keywords: road accidents, road transport, passenger transportation, recommendations.
Пассажиры автотранспорта - одни из самых уязвимых участников дорожного движения. Около 40% пострадавших в ДТП составляют пассажиры транспортных средств. Рост автомобилизации во всем мире стал причиной увеличения количества aвaрий и повышения уровня травматизма среди водителей и пассажиров.[2]
Повреждения, полученные в результате дорожно-транспортных происшествий, являются одной из главных проблем здравоохранения и одной из основных причин смертей и травм в мировом масштабе. Приблизительно 1,2 миллиона человек ежегодно погибают в мире в результате дорожных аварий, и еще до 50 миллионов получают ранения.
