CC BY
53
05.20.01 ТЕХНОЛОГИИ И СРЕДСТВА МЕХАНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
05.20.01 УДК 636
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КЛИМАТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ЖИВОТНОВОДСТВА НА ОСНОВЕ ФУНКЦИОНАЛЬНО-СТОИМОСТНОГО АНАЛИЗА
© 2017
Кирсанов Владимир Вячеславович, доктор технических наук, профессор кафедры «Автоматизация и механизация животноводства» ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева, Москва (Россия) Игнаткин Иван Юрьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры МТ-13, НУК МТ,
ФГБОУ ВО МГТУ им. Н. Э. Баумана, Москва (Россия)
Аннотация
Введение. Качественный микроклимат - обязательное условие успешного свиноводства. В статье приведен пример применения функционально-стоимостного анализа с целью обоснования параметров универсальной климатической установки.
Материалы и методы. Суть функционально-стоимостного анализа заключается в концентрации внимания на функциях, выполнимых оборудованием, временно абстрагируясь от материальных носителей этих функций. Составлены функциональная и функционально-структурная модели климатической установки для животноводства, отражающиесвязь материальных носителей и долю их участия в выполнении конкретной функции. Проведен анализ значимости функций по методу Дельфи.
Результаты. Проведена статистическая обработка полученных данных. Определены среднее арифметическое значение X, среднеквадратическое отклонение о, коэффициент вариации по среднеквадратическому отклонению V. На основе полученных результатов построена диаграмма Парето, которая наглядно изображает перспективные для дальнейшего изучения группы функций. Также приведены функционально-стоимостные диаграммы с ранжированием по стоимости и значимости функций, которые для каждой функции отражают ее относительную стоимость и значимость, выраженные в процентах.
Обсуждение. Для сравнительной оценки потенциала многофункциональных блоков предлагается пользоваться критериями мультипликативности, структурного замещения и критерием, учитывающим функциональную насыщенность каждого материального носителя с учетом потребительской привлекательности выполняемых им функций. На основе полученных критериев разработана модель синтеза многофункциональных блоков.
Заключение. Рассмотренный метод позволил выявить ресурсы для оптимизации себестоимости установки. Критерий функциональной насыщенности с учетом стоимости позволяет представить данные в наиболее удобной и адекватной для прямого сравнения форме. Предложенная модель синтеза многофункциональных блоков является удобным инструментом в области построения конкурентоспособной с.-х. техники благодаря ее предварительной функционально-стоимостной оценке.
Ключевые слова: вентиляция, водоиспарительное охлаждение, микроклимат, рекуперация теплоты, свиноводство, система микроклимата, система охлаждения, универсальная установка обеспечения микроклимата, утилизация теплоты, функционально-стоимостной анализ, энергосбережение.
Для цитирования: Кирсанов В. В., Игнаткин И. Ю. Обоснование параметров климатической установки для животноводства на основе функционально-стоимостного анализа // Вестник НГИЭИ. 2017. № 2 (69). С.25-35.
RATIONALE FOR CLIMATE PARAMETERS SETTING FOR ANIMAL BASED ON ABC ANALYSIS
© 2017
Kirsanov Vladimir Vyacheslavovich, Dr. Sci., Prof. the department Department of automation and mechanization in animal husbandry
Russian State Agrarian University-Moscow Timiryazev Agricultural Academy, Moscow (Russia) Ignatkin Ivan Yuryevich, Ph.D, associate professor of department MT-13
Bauman Moscow State Technical University, Moscow (Russia)
Annotation
Introduction. The article is an example of the application of value analysis to justify the parameters of the universal air conditioner. Quality microclimate - a prerequisite of successful pig production.
Materials and Methods. Compiled functional and functional-structural plant model. The analysis of the importance of the functions of the Delphi method.
Results. On the basis of the results based Pareto chart that clearly shows promising for further study of the function group. Functionally-value chart is also presented with the ranking of the cost and value of the functions that each function reflect its relative value and significance, expressed as a percentage.
Discussion. We consider criteria for the evaluation of multifunctional units and taking into account the criterion of functional richness derived material of each carrier based on consumer appeal to their role.
Conclusions. Considered method revealed the resources to optimize the installation costs. Considered method revealed the resources to optimize the installation costs. Criterion functional saturation to the cost allows to present data in the most convenient and appropriate for a direct comparison of the form. The proposed model of the synthesis of multi-functional units is a useful tool in building competitive / agricultural machinery due to its pre-operatively valuation.
Key words: ventilation, cooling vodoisparitelnoe, microclimate, heat recovery, pig-breeding, climate system, cooling system, universal mouth-Novki ensure microclimate, ABC analysis, heat recovery and energy efficiency.
Введение
Качественный микроклимат - обязательное условие успешного свиноводства. Продуктивность животных зависит от микроклимата на 20-30 %, продолжительность периода жизни у маточного поголовья на 15-20 %, увеличение отхода молодняка до 5-40 % [1; 2; 3; 4].
В условиях рыночной экономики эффективность климатического оборудования не гарантирует его успешной реализации. Следует учитывать массу факторов и крайне важно выдержать баланс цена-качество. Для количественной оценки этого соотношения удобно применять функционально-стоимостной анализ (ФСА).
Материалы и методы
Суть метода заключается в концентрации внимания на функциях, выполнимых оборудованием, временно абстрагируясь от материальных носителей этих функций. И последующим анализом адекватности стоимостной нагрузки каждой отдельно взятой функции на изделие в целом [5, с. 84-86].
Составим функциональную модель установки, которая будет иметь следующую структуру: главная функция, основные функции, вспомогательные функции.
Главной функцией установки является обеспечение требуемого микроклимата в производственном помещении с минимальным энергопотреблением. В иерархии функциональной модели она является главной и обозначается индексом F0.
Для реализации главной функции установка должна осуществлять основные функции:
- обеспечивать необходимый воздухообмен;
- утилизировать теплоту вытяжного воздуха;
- охлаждать приточный воздух в летний период года.
Разработать универсальную установку обеспечения микроклимата с возможностью реализации водоиспарительного охлаждения и утилизации теплоты вытяжного воздуха.
Ввиду высокой концентрации животных в свиноводстве поддерживаются сравнительно высо-
кие воздухообмены и применяются системы с механическим побуждением воздухообмена.
Системы вентиляции с механическим побуждением принято классифицировать на приточные, вытяжные и приточно-вытяжные. Движущей силой процесса воздухообмена является перепад давлений, который может быть избыточным и разреженным, а системы вентиляции, соответственно, напорной и работающей под разрежением. Частным случаем является система равного давления, в таких системах приточный и вытяжной воздухообмены осуществляются с механическим побуждением, компенсируя потери в приточной и вытяжной системах. Для такой системы характерно поддержание атмосферного давления в обслуживаемом помещении.
С точки зрения энергозатрат в свиноводстве наиболее выгодны системы, работающие под разрежением. В то же время в зимний период года такие системы склонны к образованию сквозняков и значительной инфильтрации. Напорные системы, благодаря избыточному давлению, исключают инфильтрацию, но являются наиболее энергозатратными. Следовательно, для обеспечения требуемого микроклимата для животных при минимизации энергозатрат в зимний период года целесообразно применение системы равного давления.
Как известно, в зимний период года необходимый воздухообмен устанавливается из условия удаления избытков влаги или углекислого газа. Для свиноводства характерно, что воздухообмен, необходимый для удаления избыточной влаги, превышает требования по ассимиляции углекислого газа. То есть, осушая воздух помещений, можно снизить потребный воздухообмен и, соответственно, сократить затраты на отопление производственных помещений.
В структуре теплового баланса современного хорошо утепленного свинарника-откормочника на 1 800 голов, расположенного в Тверской области-стены и кровля изсэндвич панелей 100 и 120 мм соответственно, утеплитель РШ. (пенополиизоциану-рат). Так при обеспечении относительной влажности
70 % и температуры 18-22 °С на вентиляцию приходится 241-462 кВт (87-94 %), потери через ограждающие конструкции 27-28 кВт (10-6 %), потери на испарение влаги со смоченных поверхностей - 5 кВт (2-1 %). Основные потери теплоты приходятся на нагрев вентиляционного воздуха. Варьирование показателей связано с изменением массы животных за период откорма от 30 до 110 кг. Представленные материалы свидетельствуют о том, что наибольшим потенциалом на пути снижения энергозатрат на отопление обладает вентиляция воздуха.
Ресурсами для минимизации затрат на обеспечение необходимого воздухообмена можно выде-
лить утилизацию теплоты вытяжного воздуха и осушение воздуха производственных помещений.
Наиболее подходящим для свиноводства способом утилизации теплоты вытяжного воздуха является рекуперация теплоты [6; 7; 8; 9; 10; 11; 12; 13; 14].
В случае применения рекуперации теплоты следует отметить проблему обмерзания конденсата в вытяжном канале. Применяя технологию оттаивания вытяжного канала рециркуляционным воздухом, мы добьемся также частичного осушения воздуха, а вместе с тем и снижения концентрации аммиака за счет растворения его в конденсате с последующей утилизацией в канализационных стоках.
Я? Обеспечивать требуемый микроклимат б производственном помещении с минимальным энергопотреблением
1_
Р1 Утилизировать теплоту дытяжного боздуха
Р1.1 Знергозффектибность. — Р1.2 Герметичность. Р1.3 Устайчибость к агрессивным средам.
Р1Л Прочность, жесткость.
И. 1.1 Очистка теплоабменных поверхностей
И. 1.1.1 Зфектибность очистки. И. 1.1.2 Ресурсозффектибность. ¡1.1.1.3 Знергозффектибность.
И. 1.2 Оттаибание рекуператора
«гЭ-
¡1.1.21 Зфектибность оттаибания. ¡1.1.2.2 Знергозффектибность. ¡1.1.2.3 Надежность.
V
Р2 Обеспечивать воздухообмен
Р2.1 Знергозффектибность .-Е2.2 Устойчивость к агрессивным средам. Р2.3 Устойчивость к температурным перепадам. Р2Л Надежность.
Р3.1 Зфектибность охлаждения.
Р32 Знергозффектибность. РЗ.З Надёжность.
Р4- Осушать воздух помещения
— Д./ Зфектибность осушения.— -Р4-.2 Знергозффектибность.
— РЬ.З Надёжность. —
¡1/2/3 Базирбоание узлов и ограждение от внешних воздействий
— ¡1/2/3.1 Прочность, жесткость. —- ¡1/2/32 Теплоизолированность.
-¡1/2/3.3 Г9рметичность.
— ¡1/2/3Л Устойчивость к агрессивным средам.
Рисунок 1 - Функциональная модель универсальной установки обеспечения микроклимата
Эффективная рекуперация теплоты предполагает поддержание теплообменных поверхностей в чистоте, следовательно, необходимо дополнить установку вспомогательной функцией очистки теп-лообменных поверхностей.
Для наглядности представим функциональную модель в виде графа, изображенного на рисунке 1.
Согласно представленной модели главная функция F0 разбивается на четыре основных функции F1-F4 и соответствующие вспомогательные.
Вспомогательные функции помогают выполнить основные и обусловлены условиями эксплуатации, к ним относятся: устойчивость к агрессивным
средам, механическая прочность и жесткость, эффективность (энергетическая и технологическая), герметичность и надежность. Индекс вспомогательных функций начинается с латинской буквы f и имеет в своей структуре номер основной функции и порядковый номер [15; 16, с. 21-22].
Стрелки указывают на взаимосвязи и иерархию в предложенной функциональной модели. Ряд функций повторяется и может быть в дальнейшем объединен путем присвоения одному материальному носителю.
Связь с материальными носителями функций отражается функционально-структурной модели, изображенной на рисунке 2.
9 Теплообменник
1 1 Система промывки
1 Корпус
§ Поддон
£
а
ьг | Механизм рециркуляции
1 Вентилятор приточный
1
Вентилятор вытяжной
Р1 Утилизация теплоты вытяжного воздуха
И. 1.1 Очистка теплообменных поверхностей
■ И. 1.2 Оттаивание рекуператора
И Базирвоание узлов и огражд. от внешних воздействий
- Б2 Обеспечение воздухообмена
РЗ Охлаждение приточного воздуха
4> Н Осушение воздуха помещения
§ §
р. э
I
£ и
'5
| £ ^ § ^ & £
Си С)
А
сз 3
5 I
Рисунок 2 - Функционально-структурная модель универсальной установки обеспечения микроклимата
В функционально-структурной модели отражается связь между функциями и их материальными носителями. Указанные связи отражаются на схеме пунктирными линиями и могут носить следующий характер:
- один материальный носитель выполняет отдельно взятую функцию или несколько функций;
- один материальный носитель выполняет долю функции или не выполняет никаких функций.
Последний случай на данном этапе невозможен, так как носители определяются исходя из функциональности установки.
Функцию обеспечения воздухообмена следует выполнять в рамках следующих условий: высокая производительность, доступность, простота и надежность, высокая степень защиты (не менее № 54), низкое удельное энергопотребление, стоимость и уровень звукового давления. Таким требованиям отвечают низконапорные осевые вентиляторы с асинхронным электродвигателем с короткоза-мкнутым ротором.
Рекуперативный теплообменник выполняет функцию утилизации теплоты вытяжного воздуха. Его обширная поверхность теплообмена также может быть использована для реализации водоиспари-тельного охлаждения с орошаемыми слоями. Для этого потребуется оборудовать установку системой орошения воды.
В свою очередь, функция очистки теплооб-менных поверхностей может быть реализована фильтрацией, сухой очисткой или промывкой. Реализуя очистку теплообменника через промывку, эту функцию можно совместить с системой охлаждения, что отражено на рисунке 2 соответствующими связями.
Схожая ситуация обстоит с функциями оттаивания рекуператора и осушения воздуха обслуживаемого помещения, эти функции могут быть реализованы в одном материальном носителе - системе рециркуляции.
Подфункция базирования узлов и ограждение от внешних воздействий предполагает фиксирова-
ние всех элементов системы на предусмотренных конструкцией для них местах, с целью обеспечения технологического процесса, надежности, удобства обслуживания и эксплуатации. Подфункция обеспечивает защиту элементов устройства от механических воздействий при транспортировке, монтаже и эксплуатации; ограждение внутренних элементов -от непредусмотренного технологией теплообмена с окружающей средой и выполняется поддоном и
Результаты
Важно отметить, что функции не равнозначны и их значительность, носит субъективный характер. В этой связи важно понимать, что точки зрения конструктора и потребителя могут значительно разниться.
Коэффициент значимости носит статистический характер (если речь не идет о индивидуальном заказе) и может быть получен опросом экспертной группы или непосредственно оценкой мнений потенциальных покупателей.
Во втором случае целесообразно воспользоваться методом Дельфи, согласно которого создается анкета, содержащая не более 10 пунктов, подлежащих оценке. Если оптимизируется большее коли-
корпусом. Поддон также участвует в промывке, оттаивании теплообменника и охлаждении приточного воздуха в летний период года, тем, что собирает сток воды (конденсата) и направляет в канализацию.
Связь материальных носителей и долю их участия в выполнении конкретной функции удобно представить в табличном виде, полученная таблица носит название функционально-структурной модели (таблица 1) [5, с. 84].
чество функций, то их следует укрупнить, обобщить.
Полученные данные подлежат статистической обработке. Оцениваются среднее арифметическое значение X, среднеквадратическое отклонение о, коэффициент вариации по среднеквадратическому отклонению V. Критерием однородности данных является значение коэффициента вариации в пределах 33 %. Одной из причин большой вариативности может быть неточное отражение в названии функции всей ее значимости или наоборот.
В рассмотренном примере в независимом опросе участвовало 7 человек (экспертов), ознакомленных с темой в достаточной степени. Результаты опроса приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Оценка вклада функций в общие потребительские свойства экспертной группой
Эксперт: 1 2 3 4 5 6 7 Средн. о V
Функция Вклад функции в общие потребительские свойства в баллах (от 0 до 100)
Утилизация теплоты вытяжного воздуха F1 100 80 100 80 100 100 100 94,3 9,8 10,4
Обеспечение воздухообмена F2 100 100 100 100 100 100 70 95,7 11,3 11,8
Охлаждение приточного воздуха в летний период времени F3 40 65 50 75 45 40 70 55,0 14,7 26,8
Очистка теплообменных поверхностей П.1.1 40 45 55 45 85 75 55 57,1 16,8 29,4
Оттаивание рекуператора А.1.2 50 40 45 50 70 60 80 56,4 14,4 25,4
Осушение внутреннего воздуха помещения F4 50 60 50 70 45 80 70 60,7 13,0 21,5
Базирование узлов и ограждение от внешних воздействий А 40 40 40 25 50 50 45 41,4 8,5 20,6
Таблица 1 - Функционально-структурная модель универсальной установки обеспечения микроклимата
Элементы установки Себестоимость носителя, % Функции объекта, доля участия элемента в реализации функции
F1 11.1.1 11.1.2 11 F2 F3 F4
Теплообменник 32,0 70 0 0 10 10 30 20
Система промывки 3,2 5 95 0 0 0 70 0
Корпус 14,3 0 0 0 30 5 0 0
Поддон 14,9 0 5 5 50 5 0 5
Механизм рециркуляции 6,2 5 0 80 0 0 0 55
Вентилятор приточный 14,7 10 0 5 5 40 0 0
Вентилятор вытяжной 14,7 10 0 10 5 40 0 20
Итого: 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 %
№ Функция Значимость, %
% С нарастающим итогом
1 Обеспечение воздухообмена F2 20,8 20,8
2 Утилизация теплоты вытяжного воздуха F1 20,5 41,2
3 Осушение внутреннего воздуха помещения F4 13,2 54,4
4 Очистка теплообменных поверхностей А.1.1 12,4 66,8
5 Оттаивание рекуператора £1.1.2 12,2 79,1
6 Охлаждение приточного воздуха в летний период времени F3 11,9 91,0
7 Базирование узлов и ограждение от внешних воздействий £1 9,0 100,0
Коэффициент вариации не превышает 33 %, что свидетельствует о достаточной однородности полученных данных, а вариацию допустимой.
Результаты опроса экспертной группы выражаются в процентах, ранжируются по вкладу функции в общие потребительские свойства (таблица 3).
Базирование узлов и ограждение от внешних воздействий И
Обеспечение воздухообмена Б2 Утилизация теплоты вытяжного воздуха
Осушение внутреннего воздуха помещения Б4
Охлаждение приточного воздуха в летний период времени Б3
Оттаивание рекуператора П.1.2 Очистка теплообменных поверхностей 11.1.1
■ Стоиость, %
0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 ■ Значимость, %
Обеспечение воздухообмена Б2 Утилизация теплоты вытяжного воздуха Осушение внутреннего воздуха помещения Б4 Очистка теплообменных поверхностей 11.1.1
Оттаивание рекуператора 11.1.2
Охлаждение приточного воздуха в летний период времени Б3
Базирование узлов и ограждение от внешних воздействий 11
■ Стоимость, %
0,0 5,0 10,0 15,0 20,0
■ Значимость, %
б
Рисунок 4 - Функционально-стоимостная диаграмма: а - с ранжированием по цене: б - с ранжированием по значимости
25,0
30,0
а
Анализ полученных данных свидетельствует о том, что более 75 % всех общих потребительских свойств выполняется первыми пятью функциями.
Для сужения зон анализа в ФСА строится диаграмма Парето, которая наглядно изображает перспективные для дальнейшего изучения группы функций. Исходными данными для ее построения является столбец «Значимость функции с нарастающим итогом» таблицы 3.
Все функции делятся на три группы значимости потребительских свойств. В группу «А» попадают наиболее значительные с точки зрения дальнейшего анализа функции, суммарная значимость которых составляет 75 %. Во вторую «В» - функции, значимость которых находится в диапазоне от 75 до 90 %, оставшиеся функции составляют группу «С» [5, с. 88].
С
в
А
О 1 2 3 4 5 S 7
Номер по порядку
Рисунок 3 - Диаграмма Парето
Согласно приведенной диаграммы наименьшее значение составляет функция «Базирование узлов и ограждение от внешних воздействий f1».
Для наглядности удобно представить функционально-стоимостную диаграмму, в которой для каждой функции будет два столбика, отражающие ее стоимость и значимость, выраженные в процентах. Для оценки удельной стоимости функции воспользуемся данными, приведёнными в таблице 1 [16, с. 28].
Согласно приведенной выше диаграммы наибольшим ресурсами для снижения себестоимости установки обладает функция «Базирование узлов и ограждение от внешних воздействий f1», в то же время «Очистка теплообменных поверхностей f1.1.1» несет минимальную стоимостную нагрузку при среднем уровне значимости.
Обсуждение
Рассмотренный метод не учитывает многофункциональности блоков. Для сравнительной оценки потенциала многофункциональных блоков профессор В. В. Кирсанов предлагает пользоваться критериями мультипликативности Км и структурно-
го замещения Кз. [17, с. 20-21; 18, с. 30-31; 19; 20, с. 50-52; 21, с. 34-36]
Описанные критерии могут быть представлены в виде следующих выражений:
Км =
К3 =
nf3 N.
фб
Nu
(1) (2)
где Прз, - число замещаемых функций отдельных функциональных блоков (ФБ) и число созданных дополнительных опций в многофункциональном блоке (МФБ) соответственно; №фб, №мфб - число замещаемых ФБ (функциональных блоков) и созданных МФБ (многофункциональных блоков) соответственно.
Описанные выше критерии целесообразно дополнить критерием экономической привлекательности с учетом потребительской значимости рассматриваемой функции.
Функциональный синтез предполагает совмещение в одном МФБ функциональных возможностей отдельных функциональных блоков и функций, полученных в результате синергетического эффекта.
Сравнительная экономическая привлекательность >й функции МФБ может быть выражена коэффициентом экономичности:
КЭ = —с--КФ> (3)
где Бфб - стоимость замещаемых функций отдельных функциональных блоков; Бмфб - стоимость замещаемых или вновь созданных функций в многофункциональном блоке; Кф - коэффициент значимости функции (значимость функции из таблицы 3, выраженная в долях единицы).
В случае с рассматриваемой установкой система промывки распыляет воду по поверхности теплообменника, и она же зимой реализует водо-испарительное охлаждение. А осушение воздуха происходит в период оттаивания рекуператора за счет конденсации влаги рециркуляционного воздуха. Обе эти функции выполняются системой рециркуляции. Таким образом, целесообразно отразить функциональную насыщенность каждого материального носителя с учетом потребительской привлекательности. Этот критерий отражает эффективную функциональную насыщенность и математически может быть выражен следующим образом:
кЭФН = ЕГ=1 /(• КФ1 (4)
где fi - удельный вес /-го материального носителя в реализации 7-й функции.
Результаты расчетов удобно представить в виде диаграммы, отражающей себестоимость и эффективную функциональную насыщенность материальных носителей установки.
Теплообменник Поддон Вентилятор вытяжной Вентилятор приточный Корпус
Механизм рециркуляции Система промывки
5
10
15
20
25
30
35
Себес-ть носителя, % ■ Кэфн, % а
Теплообменник Система промывки Механизм рециркуляции Вентилятор вытяжной Вентилятор приточный Поддон Корпус
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
■ Себес-ть носителя, % ■ Кэфн, % б
Рисунок 5 - Диаграмма себестоимость - эффективная функциональная насыщенность материальных носителей: а - с ранжированием по стоимости; б - с ранжированием по эффективной функциональной насыщенности
Система промывки Механизм рециркуляции Вентилятор вытяжной Вентилятор приточный Теплообменник Поддон Корпус
Рисунок 6 - Функционально-стоимостная диаграмма
В представленных диаграммах картина несколько изменилась, учитывая многофункциональность материальных носителей функций и их потребительскую значимость. Второстепенные, на первый взгляд узлы и механизмы (система промывки и механизм рециркуляции) оказались в первой тройке по своей суммарной потребительской значительности. Корпусные детали, являясь неотъемлемой частью установки, обладают меньшей значимостью, при высокой стоимостной нагрузке на установку.
Для удобства и наглядности сравнительной оценки целесообразно объединить себестоимость и эффективную функциональную насыщенность материальных носителей установки в один функцио-
нально-стоимостной критерий. Отражающий отношение функциональностиблока к его себестоимости. Математически его можно выразить следующим образом:
(5)
К_ /УКФ1 фнс — 2,(=1т .
ЛМФБ1
Результаты расчетов, представленные в виде столбчатой диаграммы, приведены на рисунке 6.
Приведенная диаграмма изменила распределение между функциональными блоками, связано это в первую очередь с относительным характером критерия.
Обобщая рассмотренный материал, мы получаем модель синтеза многофункциональных блоков,
0
0
1
2
3
4
5
6
7
которую можно представить в виде системы целевых функций вида:
!/■ П/Э+П/Д
Км — —-— ^ тах;
И/з
К —
N.
фб
Nl
^ тах;
К —
мфб ^ФБ-%ФБ 5ФБ
• Кф( ^ тах;
(6)
КФНС — Кф' ^ тах.
%ФБ£
Представленная модель обобщает вышеописанный материал и отражает критерии построения современной многофункциональной сельскохозяйственной техники. В ней приведены целевые функции мультипликативности, структурного замещения, экономичности и функциональной насыщенности с учетом стоимости анализируемых блоков. Модель сконцентрирована на этапе проектирования и не учитывает эксплуатационных характеристик создаваемой техники. Развитие этого направления является целью дальнейших исследований.
Заключение
Рассмотренный метод позволил выявить ресурсы для оптимизации себестоимости установки. Предложенный критерий эффективной функциональной насыщенности, учитывает удельный вес материального носителя в реализации каждой анализируемой функции и значимость этих функций. Критерий функциональной насыщенности с учетом стоимости позволяет представить данные в наиболее удобной и адекватной для прямого сравнения форме. Предложенная модель синтеза многофункциональных блоков является удобным инструментом в области построения конкурентоспособной с.-х. техники благодаря ее предварительной функционально -стоимостной оценке.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кирсанов В. В., Симарев Ю. А., Филонов Р. Ф. Механизация и автоматизация животноводства. Учебник для студентов образовательных учреждений среднего профессионального образования, обучающихся по специальности 3103 «Зоотехния». Москва. 2004. Сер. Среднее профессиональное образование. Сельское хозяйство. 398 с.
2. Кирсанов В. В., Мурусидзе Д. Н., Некраше-вич В. Ф., Шевцов В. В., Филонов Р. Ф. Механизация и технология животноводства. Учебник. Москва, 2013. Сер. Высшее образование - бакалавриат. 585 с.
3. Ильин И. В., Игнаткин И. Ю. Курячий М. Г. Влияние параметров микроклимата на продуктивность свиней // Перспективное свиноводство: теория и практика. 2011. № 3. С. 21.
4. Архипцев А. В., Игнаткин И. Ю. Автоматизированная система микроклимата с утилизацией
теплоты вытяжного воздуха // Вестник НГИЭИ. 2016. № 4 (59). С. 5-14.
5. Смирнов А. А. Учет потребительских свойств промышленной продукции при планировании ее реализации в условиях ограниченной конкуренции : дис. ... к-та экон. наук. СПб., 2015. С. 167.
6. Курячий М. Г., Игнаткин И. Ю., Путан А. А., Бондарев А. М., Архипцев А. В. Технологические решения, обеспечивающие снижение потерь кормов и повышение сохранности поголовья // Инновации в сельском хозяйстве. 2014. № 5 (10). С. 124-128.
7. Ильин И. В., Игнаткин И. Ю., Курячий М. Г. Опыт проектирования систем отопления и вентиляции на свиноводческих фермах и комплексах // Эффективное животноводство. 2011. № 6. С. 40-42.
8. Ильин И. В., Игнаткин И. Ю., Курячий М. Г., Бондарев А. М. Рекуперация теплоты в свиноводстве // Эффективное животноводство. 2015. № 9 (118). С. 40-41.
9. Игнаткин И. Ю., Бондарев А. М., Курячий М. Г., Путан А. А., Архипцев А. В. Опыт внедрения системы рекуперации тепла вентиляционного воздуха в систему поддержания микроклимата в свинарнике ООО «Фирма «Мортадель» // Инновации в сельском хозяйстве. 2014. № 4 (9). С. 256-261.
10. Ильин И. В., Игнаткин И. Ю., Курячий М. Г. Ресурсосберегающая система отопления и вентиляции // Эффективное животноводство. 2011. № 9. С. 42.
11. ООО Агоро Проект Инвест [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.agroproj.ru/ (дата обращения 26.07.2016).
12. Игнаткин И. Ю. Анализ эффективности применения рекуператоров теплоты УТ-6000С, УТ-3000 в системе микроклимата секции откорма на 300 голов свинокомплекса «Фирма Мортадель» // Вестник ВНИИМЖ. 2015. № 1 (17). С. 107-111.
13. Игнаткин И. Ю. Оценка эффективности рекуперации теплоты в свинарнике-откормочнике ООО «Фирма Мортадель» // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В. П. Горячкина» 2016. № 1 (71). С.14-20.
14. Игнаткин И. Ю., Казанцев С. П. Рекуператор теплоты для свиноводческого комплекса // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2013. № 4. С. 17-18.
15. Пучин Е. А., Коломейченко А. В., Логачев В. Н., Титов Н. В., Семешин А. Л., Корнеев В. М., Коренев В. Н., Кононенко А. С., Орлов А. М., Лай-ко Д. В., Варнаков Д. В. Надежность технических систем. Курсовое проектирование : учебное пособие. Орел : Изд-во ОрелГау. 2012. 96 с.
16. Гайдар С. М., Кононенко А. С. Ингибиро-ванные составы для хранения сельскохозяйственной техники // Техника в сельском хозяйстве. 2011. № 3. С. 21-22.
17. Косых Д. А., Третьяк Л. Н. Методика повышения качества и конкурентоспособности рецептурной продукции на основе функционально-стоимостного анализа // Фундаментальные исследования 2015. № 2. С. 23-29.
18. Кирсанов В. В. Методы построения многофункциональных блоков новой элементной базы доильного оборудования // Труды международной научно-технической конференции Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. 2012. Т. 3. С. 15-22.
19. Кирсанов В. В., Игнаткин И. Ю. Способы повышения точности порционных молокомеров // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. Вып. 4. С. 30-32.
20. Кирсанов В. В., Игнаткин И. Ю. Энергоэффективная автоматизированная система микроклимата // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский государственный агроинженерный университет им. В. П. Горяч-кина. 2016. № 6 (76). С. 48-52.
21. Цой Ю. А., Кирсанов В. В., Петренко А. П. Функционально-стоимостной анализ роботизированных систем и выбор альтернативных вариантов добровольного доения коров // Техника и оборудование для села. 2014. № 8 (206). С. 33-36.
REFERENCES
1. KirsanovV. V., SimarevYu. A., Filonov R. F. Mehanizatsiya i avtomatizatsiya zhivotnovodstva (Mechanization and automation of livestock), Uchebnik dlya studentov obrazovatelnyih uchrezhdeniy srednego professionalnogo obrazovaniya, obuchayuschihsya po spetsialnosti 3103 «Zootehniya», Moskva, 2004, Ser. Sredneeprofessionalnoeobrazovanie. Selskoe ho-zyaystvo, 398 p.
2. Kirsanov V. V., Murusidze D. N., Ne-krashevich V. F., Shevtsov V. V., Filonov R. F. Mehanizatsiya i tehnologiya zhivotnovodstva (Mechanization and Livestock Technology), Uchebnik, Moskva, 2013, Ser. Vyisshee obrazovanie - bakalavriat, 585 p.
3. Ilin I. V., Ignatkin I. Yu. Kuryachiy M. G. Vliyanie parametrov mikroklimata na produktivnost sviney (Influence of microclimate parameters on the productivity of pigs), Perspektivnoe svinovodstvo: teor-iya ipraktika, 2011. No 3. pp. 21.
4. Arhiptsev A. V., Ignatkin I. Yu. Avtomatiziro-vannaya sistema mikroklimata s utilizatsiey teplotyi vyityazhnogo vozduha (Automated system microclimate with recycling of exhaust air heat), Vestnik NGIEI, 2016, No. 4 (59), pp. 5-14.
5. Smirnov A. A. Uchet potrebitel'skikh svoystv promyshlennoy produktsii pri planirovanii ee realizatsii v usloviyakh ogranichennoy konkurentsii (Accounting consumer properties of industrial products in the planning of its implementation in the conditions of limited competition), dis. ... k-ta ekon. nauk. SPb., 2015. 167 p.
6. Kuryachiy M. G., Ignatkin I. Yu., Putan A. A., Bondarev A. M., Arhiptsev A. V. Tehnologicheskie resheniya, obespechivayuschie snizhenie poter kormov i povyishenie sohrannosti pogolovya (Technological solutions that provide reduction of feed waste and increase the safety of livestock), Innovatsii v selskom ho-zyaystve, 2014, No. 5 (10), pp. 124-128.
7. Ilin I. V., Ignatkin I. Yu., Kuryachiy M. G. Opyit proektirovaniya sistem otopleniya i ventilyatsii na svinovodcheskih fermah i kompleksah (Experience in design of heating and ventilation systems on livestock farms and complexes), Effektivnoe zhivotnovod-stvo, 2011, No. 6, pp. 40-42.
8. Ilin I. V., Ignatkin I. Yu., Kuryachiy M. G., Bondarev A. M. Rekuperatsiya teplotyi v svinovodstve (Heat recovery in pig production), Effektivnoe zhivotnovodstvo, 2015, No. 9 (118), pp. 40-41.
9. Ignatkin I. Yu. Bondarev A. M., Kuryachiy M. G., Putan A. A., Arhiptsev A. V. Opyit vnedreniya sistemyi rekuperatsii tepla ventilyatsion-nogo vozduha v sistemu podderzhaniya mikroklimata v svinamike OOO «Firma «Mortadel» (Experience of implementing heat recovery ventilation air in the climate control system in the pigsty «Firma «Mortadel»), Innovatsii v selskom hozyaystve, 2014, No. 4 (9), pp. 256-261.
10. Ilin I. V., Ignatkin I. Yu., Kuryachiy M. G. Resursosberegayuschaya sistema otopleniya i venti-lyatsii (Resource-saving heating and ventilation system), Effektivnoe zhivotnovodstvo, 2011, No. 9. pp. 42.
11. OOO AgoroProektInvest [Elektronniy resurs]. Rezhim dostupa: http://www.agroproj.ru (data obrascheniya 26.07.2016).
12. Ignatkin I.Yu. Analiz effektivnosti prime-neniya rekuperatorov teplotyi UT-6000S, UT-3000 v sisteme mikroklimata sektsii otkorma na 300 golov svinokompleksa «Firma Mortadel» (Analysis of the effectiveness of heat exchangers heat-6000S UT, UT-3000 climate system feeding section 300 pig heads «Company Mortadel»), Vestnik VNIIMZh, 2015, No. 1 (17). pp. 107-111.
13. Ignatkin I. Yu. Otsenka effektivnosti rekuperatsii teplotyi v svinarnike-otkormochnike OOO «Firma Mortadel» (Evaluating the effectiveness of heat recovery in a pigsty-otkormochnike «Firm Mortadel»), Vestnik Federalnogo gosudarstvennogo obrazovatelnogo uchrezhdeniya vyisshego professionalnogo obrazovaniya «Moskovskiy gosudarstvennyiy agroinzhenernyiy
universitet imeni V. P. Goryachkina», 2016, No. 1 (71), pp.14-20.
14. Ignatkin I. Yu., Kazantsev S. P. Rekuperator teplotyi dlya svinovodcheskogo kompleksa (Recuperator heat for pig-breeding complex), Mehanizatsiya i elektrif-ikatsiya selskogo hozyaystva, 2013, No. 4, pp. 17-18.
15. Puchin E. A., Kolomeychenko A. V., Loga-chev V. N., Titov N. V., Semeshin A. L., Korneev V. M., Korenev V. N., Kononenko A. S., Or-lov A. M., Layko D.V., Varnakov D. V. Nadezhnost' tekhnicheskikh sistem. Kursovoe proektirovanie (The reliability of technical systems. Course design), uchebnoe posobie. Orel : Izd-vo OrelGau, 2012, 96 p.
16. Gaydar S. M., Kononenko A. S. Ingibiro-vannye sostavy dlya khraneniya sel'skokhozyaystven-noy tekhniki (Inhibited compositions for storage of agricultural machinery), Tekhnika v sel'skom khozyaystve. 2011. No. 3. pp. 21-22.
17. Kosykh D. A., Tret'yak L. N. Metodika pov-ysheniya kachestva i konkurentosposobnosti retsep-turnoy produktsii na osnove funktsional'no-stoimostnogo analiza (Methods of improving the quality and competitiveness of prescription products based on activity-based costing), Fundamental'nye issledo-vaniya, 2015. No. 2. pp. 23-29.
18. Kirsanov V. V. Metody postroeniya mnogo-funktsional'nykh blokov novoy elementnoy bazy doi-l'nogo oborudovaniya (Methods of construction of mul-
ti-functional blocks of a new element base milking equipment), Trudy mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii Energoobespechenie i ener-gosberezhenie v sel'skom khozyaystve. 2012, T. 3, pp.15-22.
19. Kirsanov V. V., Ignatkin I. Yu. Sposoby pov-ysheniya tochnosti portsionnykh molokomerov (Ways to improve the accuracy of portioned milk meters), Vestnik FGOU VPOMGAU, Vyp. 4, pp. 30-32.
20. Kirsanov V. V., Ignatkin I. Yu. Energoeffek-tivnaya avtomatizirovannaya sistema mikroklimata (Energy-efficient automatic climate system), Vestnik Federal'nogo gosudarstvennogo obrazovatel'nogo uchrezhdeniya vysshego professional'nogo obrazovani-ya Moskovskiy gosudarstvennyy agroinzhenernyy universitet im.V. P. Goryachkina, 2016. No. 6 (76), pp. 4852.
21. Tsoy Yu. A., Kirsanov V. V., Petrenko A. P. Funktsional'no-stoimostnyy analiz robotizirovannykh sistem i vybor al'ternativnykh variantov dobrovol'nogo doeniya korov (Functionally-value analysis of robotic systems and a choice of alternative options for voluntary milking of cows). Tekhnika i oborudovanie dlya sela. 2014, No. 8 (206), pp. 33-36.
Дата поступления статьи в редакцию 1.12.2016, принята к публикации 12.01.2017.
05.20.01 УДК 62-224.4
ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ ГАЗООБМЕНА В ДВС МЕТОДОМ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
© 2017
Абросимова Мария Владимировна, аспирант Жолобов Лев Алексеевич, кандидат технических наук, профессор кафедры «Эксплуатация мобильных энергетических средств и сельскохозяйственных машин»
Шелякин Иван Николаевич, аспирант
Нижегородская Государственная Сельскохозяйственная Академия, Нижний Новгород (Россия)
Аннотация
Введение. Статья посвящена математическому моделированию процессов газообмена.
Показаны особенности моделирования процессов газообмена на основе уравнений газовой динамики. Параметры газового потока рассчитаны тремя законами сохранения, получаемые путем применения общих законов физики к элементарной массе, выделяемой в потоке, с последующим переходом к пределу при стремлении к нулю объема, занимаемого этой массой: импульса, массы и энергии.
Материалы и методы. Теоретическая значимость работы заключается в методике построения расчетной модели и отдельных результатах по моделированию процесса газообмена ДВС. Система уравнений, описывающих процессы в цилиндре, состоит из уравнений сохранения энергии, баланса массы, состояния и изменения отношений теплоемкостей.
Обсуждение. Математическая модель рабочего процесса в цилиндре двигателя создается необходимыми условиями для расчета всего газообмена. Использование ЭВМ позволяет осуществить более точное и полное описание всех основных особенностей. На первом плане выступает не сложность и объем вычислений, а точность аппроксимации процессов поступления свежего заряда в цилиндры двигателя, воздушного неустановившегося потока во впускном тракте, возможность всестороннего исследования влияния на процесс наполнения каждого из параметров конструкции впускного тракта и газораспределения, особенностей исследуемого
