CC BY
0
Панков Анатолий Петрович, преподаватель кафедры, studiy [email protected], Россия, Омск, Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет,
Панков Денис Анатольевич, канд. техн. наук, доцент, pankovddd@yandex. ru, Россия, Омск, АО «Омский научно-исследовательский институт приборостроения»,
Похабов Юрий Павлович, канд. техн. наук, доцент, pokhabov_yury@mail. ru, Россия, Железногорск, АО «НПО ПМ- Малое Конструкторское Бюро»,
Панков Илья Анатольевич, аспирант, [email protected], Россия, Омск, Омский государственный технический университет
PROSPECTS FOR THE USE OF FMEA ANALYZES FOR HIGHLY CRITICAL TECHNICAL SYSTEMS A.P. Pankov, D.A. Pankov, Y.P. Pokhabov, I.A. Pankov
Analytical and numerical modeling methods that are used in the early stages of designing control systems have low accuracy and reliability of the resulting reliability estimates. In this regard, the more than 30-year crisis in the nuclear industry ended with the transition to the use of FMEDA and FTA analysis methods. The significant increase in bibliographic references to publications on the subject of FMEA analyzes is hardly a serious reason for its widespread use for reliability analysis due to the impossibility of obtaining accurate and reliable reliability estimates. The possibilities of using FMEA analyzes for preliminary research of highly critical technical systems for general and electrical and radio engineering purposes are considered. An analysis of the advantages and disadvantages of using FMEA analyzes was carried out. Examples of reliability analysis methods are given - design and technological reliability analysis (DTAN) and fault simulation and response analysis (INAR). If KTAN is a general method for designing a given reliability, then INAR is a means of verification and validation of finished products (systems) for electrical and radio engineering purposes.
Key words: FMEA, FMECA, FMEDA, design and technological reliability analysis (DTAN), fault simulation and response analysis (INAR), reliability analysis.
Pankov Anatoly Petrovich, lecturer of the department, studiy [email protected], Russia, Omsk, Siberian State Automobile and Road University,
Pankov Denis Anatolyevich, candidate of technical sciences, docent, pankovddd@yandex. ru, Russia, Omsk, JSC «Omsk Scientific Research Institute of Instrument Engineering»,
Pokhabov Yuri Pavlovich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Zheleznogorsk, JSC «NPO PM- Small Design Bureau»,
Ilya Anatolyevich Pankov, postgraduate, pankov99ai@yandex. ru, Russia, Omsk, Omsk State Technical
University
УДК 628.337
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-3-31 -32
ПРИМЕНЕНИЕ УСТАНОВКИ ЭЛЕКТРОАКТИВАЦИИ ПРОЦЕССОВ ПРИ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИИ В АППАРАТАХ С ПЕРЕКРЕЩИВАЮЩИМИСЯ МАГНИТНЫМИ ПОЛЯМИ
Р.А. Ковалев, М.Г. Бурдова, С.В. Котеленко, И.В. Пешков
Воздействие электромагнитного поля на водную среду ведет к изменению положений ее заряженных частиц, что приводит к ее структурной трансформации, изменению ее свойств и повышает ее потенциальную активность. Это свойство широко применяется в разных сферах жизни, в том числе для медицины, очистки сточных вод, в сельскохозяйственном производстве и при переработке сельскохозяйственной продукции для обработки семян зерновых культур перед посевом, поения птицы и животных, дезинфекции тары на молочнотоварных фермах и упаковки на перерабатывающих предприятиях и другое.
Ключевые слова: электромагнитное поле, поляризация, электроактивация воды, окислительно-восстановительный показатель, водородный показатель, антисептические свойства, перекрещивание полей.
Вода - простейшее устойчивое химическое соединение водорода с кислородом, при нормальных условиях - жидкость без запаха, вкуса и цвета. Одно из самых распространённых на планете соединений, играющее исключительно важную роль в разнообразных процессах живой и неживой природы Земли [7].
С точки зрения технологических процессов в условиях производства, вода является универсальной дисперсионной средой, без которой его в большинстве случаев невозможно осуществить. Электричество способно катализировать протекающие процессы в обрабатываемой среде. Воздействие на водную среду, осуществляемое непосредственно электрическим током или электромагнитным полем, создает в ней внутренние структурные изменения. Эти изменения связаны с передачей энергии ионам и соответствующим возникновением новых возбужденных ионов, стремящихся вернуться в прежнее равновесное состояние, образуя при этом новые связи. Результатом образования новых связей является образование новых химических соединений, влекущие новые связи, изменяющие скорость протекания реакции, в том числе, с выпадением осадка или образования газа.
31
При воздействии переменного электромагнитного поля на водную среду в последней происходит процесс поляризации. Этот процесс характеризуется изменением положения в пространстве заряженных частиц, то есть смещения упруго связанных зарядов или изменение ориентации диполей. В конечном итоге в объеме диэлектрической среды возникает суммарный электрический момент P, отличный от нуля, которым этот объем диэлектрика до воздействия внешнего электрического поля не обладал. Состояние поляризованного диэлектрика характеризуется векторной величиной, называемой поляризованностью P: [8]
Р = ¿11=1* (1)
где P - поляризованность, ДУ - объем, N - число диполей в объеме ДV, ^ - дипольный момент г'-го диполя.
Все виды поляризации делятся на деформационные, обусловленные упруго связанными частицами, и релаксационные, характеризующиеся слабо связанными частицами.
Упруго связанные частицы [9] обладают одним равновесным положением и под действием электромагнитного поля перемещаются на незначительные расстояния. Электроны смещаются в пределах иона, атомы - в границах молекулы, ионы - в рамках элементарной ячейки и так далее.
Слабо связанные частицы, [9] образующиеся в результате дефекта материала, в аморфном состоянии тела, в неплотно упакованной кристаллической решетке. Такие частицы имеют несколько положений равновесия, в которых они могут находиться с одинаковой вероятностью при отсутствии электромагнитного поля. Слабо связанные частицы чувствительны к колебаниям температурного воздействия. В тоже время электромагнитное поле задает направленный характер переходам этих частиц на большие расстояния по сравнению с упруго связанными частицами.
С точки зрения рассмотрения характера изменения структуры диэлектрической среды, при воздействии на нее электромагнитного поля, наиболее интересны релаксационные виды поляризации. К этим видам поляризации относят - ионно-релаксационную, дипольно-релаксационную, миграционную, электронно-релаксационную, самопроизвольную и резонансную [10]. Данные виды поляризации происходит замедленно с поглощением энергии приложенного электромагнитного поля, обуславливая диэлектрические потери [10].
Резонансную поляризацию можно наблюдать в диэлектриках при совпадении одной из частот собственных колебаний молекул, атомов, валентных электронов [10] с частотой воздействии приложенного переменного магнитного поля. При резонансе частот значительным образом увеличивается поглощение энергии электромагнитной волны.
Связанные с процессом релаксационной поляризации, при воздействии переменного электромагнитного поля, на водную диэлектрическую среду, вызывает в ней образование новых заряженных частиц, находящихся в неравновесном состоянии. Непосредственное использование электричества и его магнитного поля для обработки водных сред с целью получения новых свойств и качеств обрабатываемых водных сред является электроактивацией. Электроактивированная водная среда характеризуется наличием ускоренных внутренних химических процессов, из-за наличия в такой воде повышенной концентрации водородных ионов, которые очень активны и стремятся соединиться с другими ионами [11].
Количественное содержание водородных связей в водной среде определяется величиной pH, значения которой находятся в диапазоне от 0 до 14 единиц. Природная вода в виде талого снега или дождевой воды приближена к среднему значению pH7 единиц. По мере увеличения этого показателя, вода приобретает щелочные свойства и, наоборот, по мере снижения - кислотные.
Мягкая вода, для которой характерна щелочность, обладает тонизирующим, стимулирующим действием, катализирует биологические процессы в организме, налаживает пищеварение, способствует плавному повышению кровяного давления, заживляет различные раны. В жизни щелочную воду используют для поливки растений, поения домашних животных, домашней птицы. Такая вода называется живой.
Вода с повышенными кислотными свойствами имеет выраженные антисептические свойства, замедляет биологические процессы в организме, снижает кровяное давление, успокаивает нервную систему, улучшает сон, уменьшает боли в суставах, связанные с отложением солей, хорошо дезинфицирует полость рта при полоскании, постепенно растворяя зубные камни, быстро лечит простуду, диарею и грибковые заболевания. Обычно для лечения применяется с показателем рН = 2,5-4,0, для дезинфекции рН = 1,5-2,0 и такую воду называют мертвой.
Стоит учесть, что обычное добавление в воду щелочи или кислоты недостаточно для активации процессов. Необходимо электромагнитное воздействие на водную среду [12]. Чем более кислая водная среда, тем больше ее окислительно-восстановительный показатель ОВП, достигающий 0,9-1,1 В. Окислительно-восстановительный показатель щелочной воды достигает минус 0,7-0,9 В. [13].
Согласно первому закону Фарадея количество электричества прямопропорционально количеству вещества, участвующего в электрохимическом превращении, то есть масса т вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна заряду q, прошедшему через электролит:
т = й • д = &•/•£,
где к - электрохимический эквивалент вещества:
Постоянная Фарадея F численно равна заряду одного моль электронов, то есть F = = 1,6 • 10-19 • 6,02 • 1023 = 9648 5 Кл/моль,
где ЫА - число Авогадро, ЫА = 6,02 • 1023 моль-1; це - элементарный электрический заряд це = 1,6 • 10-19 Кл.
По второму закону Фарадея электрохимические эквиваленты различных веществ относятся их химические эквиваленты, то есть при прохождении через различные электролиты одного и того же количества электричества массы различных веществ, участвующих в электродных реакциях, пропорциональны молярным массам их эквивалентов. Из этого следует, что для электрохимического превращения 1 моль эквивалента вещества требуется одинаковое количество электричества ^ называемое числом Фарадея.
= кх2 кХ1 32
Поэтому, согласно объединенному закону Фарадея масса веществ продуктов электролиза будет выглядеть следующим образом:
т = 1 • мэ ■¡•г, (1)
где I - сила тока, А; £ - продолжительность процесса, с; МЭ = - — молярная масса эквивалента вещества, г/моль.
п
При выделении газообразных веществ формула (1) запишется в виде:
V = ■¡•г, (2)
где ЧЭ = — молярная масса эквивалента вещества, л/моль.
Для математического расчета водородного показателя используют видоизменённый закон Фарадея [13]: Водородный показатель для катодной среды:
Сон- = сон- + П™н- • тт—, (3)
Г "кат
Водородный показатель для анодной среды:
г 'анод
Приведенные выше формулы позволяют установить значение водородного показателя аналитически, не обращаясь к эксперименту.
В зависимости от типа поля, его однородности на частицу, находящуюся в нем будут оказывать разные
силы.
На заряженную частицу с электрическим зарядом q, находящуюся в магнитном поле B и движущуюся со скоростью v действует сила Лоренца:
F = q •v • В • sin а,
где а - угол между векторами v и В.
При нахождении заряженной частицы в магнитном и электрических полях на нее будет действовать несколько сил. Скорость в однородном магнитном поле постоянна, поэтому частица участвует в двух движениях -равномерно вращается вокруг вектора В со скоростью v и движется поступательно перпендикулярно плоскости вращения со скоростью г?. Траектория движения частицы в однородном магнитном поле представляет собой винтовую линию, ось которой совпадает с вектором магнитной индукции.
В электрическом поле, согласно закону Кулона силы взаимодействия прямо пропорциональны произведению модулей зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними.
р = ^ .
г2
Поэтому заряженные частицы под действием кулоновских сил будут совершать упорядоченное движение к противоположному по знаку заряда полюсу источника тока.
Перекрещивание магнитного и электрического полей создает неоднородность поля. Существенным эффектом неоднородного магнитного поля по сравнению с однородным является то, что интенсивность циркуляции частиц, находящихся в электропроводной среде, на которую воздействуют суммарные силы магнитных и электрических полей определяется уровнем неоднородности этих же полей. [14]
Статья опубликована в рамках предоставления гранта ДС/130/СТС1/23/ТО правительства Тульской области в 2023 году «Переработка отходов птицефабрик Тульской области и снижение ароматических негативных факторов за счет применения установки электроактивации процессов при обеззараживании в аппаратах с перекрещивающимися магнитными полями»).
Список литературы
1.ГОСТ 33379-2015. Удобрения органические. Методы определения наличия патогенных и условно патогенных микроорганизмов. М., 2015.
2.ГОСТ Р 58138-2018. Удобрения органические. Методы паразитологического анализа. Методы определения личинок синатропных мух п.8.1, п.10.1. М., 2018.
3.ГОСТ Р 57782-2017. Удобрения органические. Методы паразитологического анализа. Методы определения ооцист и цист простейших п.8.1.1, п.8.2.1. М., 2017.
4. ГОСТ Р 54001-2010. Удобрения органические. Методы гельминталогического анализа. М., 2010.
5.ГОСТ 9179-2018. Известь строительная. Технические условия. М., 2018.
6. Интернет ресурс StudFiles. Лекция №14. Семейство Enterobacteriaceae. Род Salmonella. [Электронный ресурс] URL: https://studfile.net/preview/3351617 (дата обращения: 10.02.2024).
7. Большая Российская энциклопедия. [Электронный ресурс] URL: https://bigenc.ru/c/voda-07375d. (дата обращения: 10.02.2024).
8.Физический факультет Казанского государственного университета Гусев Ю.А. Основы диэлектрической спектроскопии. Учебное пособие. Казань 2008.
9.П.Б. Парчинский. Поляризация диэлектриков. Учебное пособие. Ташкент. 2007.
10. Сухарников А.Е. Электротехническое материаловедение: учебное пособие. Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2019. 180 с.
11. Ксенз Н.В., Чёба Б.П., Юдаев И.В. Электроактивация сред в технологиях сельского хозяйства как способ интенсификации производственных процессов. Москва, ИНФРА-М Publ., 2024. 306 с. DOI: 10.12737/1154383.
12. Кожина Л.Ф., Чернозубова Е.В. Количественные характеристики окислительно-восстановительных процессов: Учебно-методическое пособие. Саратов, 2015. 64 с.
13. Шестаков И.Я. Секция «Электронная техника и технологии» Н.М. Арсланов Научный руководитель. Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева. Красноярск. Электроактивация воды.
14. Ризо Е.Г. Оценка реальных возможностей использования магнитных и электромагнитных полей для обрапботки природных и сточных вод. Часть 2 // Вода и экология: проблемы и решения, 2003, №4. С. 46-54.
33
Ковалев Роман Анатольевич, д-р техн. наук, заведующий кафедрой, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Бурдова Мария Григорьевна, канд. техн. наук, доцент, marieburdova@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Котеленко Светлана Владимировна, канд. техн. наук, доцент, S. [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Пешков Иван Викторович, магистрант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
APPLICATION OF THE INSTALLATION OF ELECTROACTIVATION OF PROCESSES DURING DISINFECTION IN DEVICES WITH OVERLAPPING MAGNETIC FIELDS
R.A. Kovalev, M.G. Burdova, S.V. Kotelenko, I.V. Peshkov
The effect of an electromagnetic field on an aqueous medium leads to a change in the positions of its charged particles, which leads to its structural transformation, changes in its properties and increases its potential activity. This property is widely used in various spheres of life, including medicine, wastewater treatment, agricultural production and processing of agricultural products for processing grain seeds before sowing, watering poultry and animals, disinfection of containers on dairy farms and packaging at processing plants, and more.
Key words: electromagnetic field, polarization, electroactivation of water, redox index, hydrogen index, antiseptic properties, field crossing.
Kovalev Roman Anatolyevich, doctor of technical sciences, head of the department, kovalevdekan@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Burdova Maria Grigoryevna, candidate of technical sciences, docent, marieburdova@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Kotelenko Svetlana Vladimirovna, candidate of technical sciences, docent, S. [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Peshkov Ivan Viktorovich, undergraduate, i. peshkov@list. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 658.5
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-3-34-35
РОЛЬ ИНФОРМАЦИОННО-ЦИФРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В УСЛОВИЯХ ЛОГИСТИКИ НАУКОЕМКОГО ПРОИЗВОДСТВА
С.А. Маров, А.С. Птускин
В статье проведено исследование роли информационно-цифровых технологий в сфере логистики наукоемкого производства. Определены понятие логистики и роль информационно-цифровых технологий, перспективы применения цифровых технологий. Представлены: способы применения цифровых технологий, вызовы и перспективы информационно-цифровых технологий. Сделан вывод о важности роли информационно-цифровых технологий в нынешних экономических условиях.
Ключевые слова: логистика, информационно-цифровые технологии, интернет вещей, облачные технологии, базы данных.
Создание и внедрение цифровых технологий является одним из основных условий для формирований устойчивых конкурентных преимуществ. Изменяются цепочки создания стоимости, смещаются зоны рентабельности, появляются новые игроки — и это коренным образом меняет соотношение сил в отраслях, существенно ускоряя внедрение новых идей и разработок.
Цифровое развитие отраслей и компаний выступает важным фактором модернизации российской экономики, чему в последнее время уделяется значительное внимание исследователей и практиков. Активная позиция государства в вопросе цифровой трансформации может сильно ускорить темпы развития отраслей. В современном мире роль государства не ограничивается спонсированием фундаментальной науки и новых разработок. Государство может определять приоритетные направления, выявлять критические уязвимости в отраслях, а также перспективные ниши и компании, обеспечивая их значимой поддержкой. Не менее важно понимать, что препятствует внедрению цифровых стратегий, и активно работать над устранением этих барьеров.
34
