CC BY
55
УДК 629.463.027.2.001.18
С. В. МЯМЛИ, А. С. МАЦЮК (ДПТ)
ПРОГНОЗУВАННЯ РОЗВИТКУ КОНСТРУКЦП ДВОВ1СНОГО В1ЗКА ВАНТАЖНОГО ВАГОНА
Математичш методи обчислення та ан^з патентного фонду дають можливiсть оцшки тенденцiй розвитку об'екта техшки. Користуючись цими методами, визначенi напрямки розвитку двовiсного вiзка вантаж-ного вагона, зокрема, перспективш та напрямки, яш вичерпали свiй потенцiал.
Математические методы вычисления и анализ патентного фонда предоставляют возможность оценки тенденций развития объекта техники. Пользуясь этими методами, определены направления развития двухосной тележки грузового вагона, в частности, перспективные направления и направления, которые исчерпали свой потенциал.
The mathematical methods of calculation and analysis of patent fund enable estimation of progress of technical object trends. Using these methods, certain directions of development of biaxial bogie of freight carriage, in particular promising ones and directions, which exhausted the potential, are determined.
Питання, яю пов'язаш з оцшкою рiвня й тенденцш розвитку техшки, здобувають у цей час велике значения, враховуючи також динамiч-ний розвиток галузi затзничного транспорту. Винахвдники чи науково-дослщш й iншi орга-шзацп при створенш або коршнш модершзацп машин, устаткування й технолопчних процесiв несуть повну вщповщальшсть за реалiзацiю перспективних вимог до 1хнього технiчного рiвня i якост [1].
Складання прогнозiв розвитку науково-технiчного прогресу, визначення найбiльш ефективних напрямкiв розвитку технiки стае необхщним елементом планування, створення й випуску конкурентоспроможно! продукцii високо! якостi, що перевершуе за сво!ми параметрами кращi свiтовi досягнення.
Дослiдження тенденцш i закономiрностей розвитку конкретних видiв або галузей технiки проводяться переважно на основi патентно! ш-формаци i являють собою одне iз завдань нау-ково-технiчного прогнозування. При цьому тд прогнозом розвитку дослщжувано! галузi розу-мiеться визначення напрямюв, якi будуть мати переважний розвиток у прогнозному перь одi [1].
Основними факторами, що визначають основы етапи його проведення, е наступи характеристики:
- формулювання й обгрунтування основно! мети й завдань патентного прогнозу;
- визначення перюду прогнозу;
- вибiр методу прогнозування;
- аналiз патентного фонду;
- висновки щодо об' екта прогнозування.
Основною метою, що ставиться до констру-
кци вiзка вантажного вагона являеться прогно-
зування появи нових техшчних рiшень бiльш високого рiвня в порiвняннi з iснуючими зраз-ками на прогнозний перiод часу та ощнка рiвня вiтчизняних розробок i винахiдницькоi дiяль-ностi в Украш в цiлому, у порiвняннi зi св™-вим рiвнем.
Вiдповiдно до теори науково-технiчного прогнозування, перiод конкретних прогнозiв на основi оцiнок прикладних науково-технiчних рiшень у загальному випадку становить 5... 15 рокiв. Для систем з вщносно стабiльними кшь-юсними i якiсними показниками патентування вносяться вщповщш корективи в середнiй тер-мiн перiоду прогнозу. Таким чином, прогнозування тенденцш розвитку вiзка розглядаеться, як прогноз на середньостроковий перюд, що складае 7.. .10 роюв [2].
Методи прогнозування тюно пов'язанi зi строком прогнозу. Найбшьш використовувани-ми методами прогнозування при складанш про-гнозiв на основi патентно! iнформацii е методи екстраполяцп й методи експертних оцiнок. В конкретному випадку найбшьш дiевими е екст-раполяцiйнi методи, якi дозволяють сшвставля-ти в кiлькiсних величинах iснуючi рiвнi з перспективою, обробляти масиви патентов бiльш 30 одиниць та давати прогнози на прийнят 7...10 рокiв.
Застосовуючи методи екстраполяцп, прогноз розглядають як майбутне, що е прямим i безпосередшм продовженням сьогодення. При використанш методiв екстраполяцii передбача-еться, що iснуючi темпи розвитку характеристик прогнозованого об'екта збережуться й у майбутньому [2].
Патентний пошук починаеться з вибору провщних кра!н у даному напрямку. Доцшьно
проводити пошук в наступних кра1нах: США, Укра1ни, з урахуванням направлень за чашв Нiмеччина, Швецiя, Францiя, Япошя й Росiя. СРСР. Результати наведеш на рис. 1. Також необхщним е пошук в патентних фондах
Рис. 1. Розподш патентного фонду по кранах
Лiдируюче мiсце займае Украша, на другому мющ Росiя, далi СРСР та США. Швещя та Японiя мають лише по два охоронних документа, проте рiвень розвитку даних кра1н в галузi залiзничного транспорту на крок попереду по-рiвняно з Украшою, стосовно яко! можна ска-зати наступне: насправдi охоронних документ повинно бути менше, бо серед 58 приблизно 30% е патентами-аналогами. Проте Укра!на все одно робить чималий внесок у розвиток конс-трукцп вiзка, зокрема спiвробiтниками Дншро-петровського нащонального унiверситету зал> зничного транспорту iменi академiка В. Лаза-ряна було отримано 18 патенпв на винаходи в даному напрямку.
Дiаграма (рис. 1) дае лише узагальнююче поняття про патентування в конкретнiй кра!ш, а бiльш важливою е класифшащя за напрямками розвитку конструкци вiзка. Для цього в першу чергу необхщний аналiз загальних, очевидних проблем, для виршення яких може застосову-ватися дослiджуваний вид технiки. Звичайно цi очевиднi проблеми пов'язанi з необхщнютю усунути наявнi негативнi явища, що виникають у процесi його використання, лiквiдувати втра-ти суспшьно! працi при виконаннi певних робгг.
Аналiзуючи конструкцiю вiзка вантажного
вагона, патентш фонди вище згаданих кра!н можна класифiкувати у виглядi блок-схеми (рис. 2), зпдно яко! видшяються такi основнi елементи конструкцil вiзка, якi пiдлягають мо-дернiзацil:
1) шдп'ятник;
2) ковзун;
3) букса;
4) колюна пара;
5) боковина;
6) ресорне пiдвiшування;
7) фрикцшний клин.
Прогнози розвитку галузей технiки, отрима-нi на основi патентно! iнформацil, дозволяють iз найбшьшим перiодом попередження визна-чити рiзнi екстремальнi моменти науково-технiчного розвитку: яю не задовольняють но-вим завданням характеристики техшки та яю вiдкривають новi можливостi. Вони дають мо-жливiсть iз великим ступенем вiрогiдностi ви-значити слабко розвинеш, функцiонуючi у фо-рмi вдосконалення вже давно використовувано-го набору ршень науково-технiчнi системи. Але, що саме головне, вони дозволяють вияви-ти альтернативи науково-технiчним напрямкам, що слабко розвиваються, визначивши якiсно новi шляхи розвитку науково-техшчного про-гресу.
ю а\
Рис. 2. Класифнсащя патентного фонду за проблемними напрямками удосконалення конструкци в1зка
Одним з вищв статистичних оцiнок е визна-чення вагових коефiцiентiв, що характеризують iнтенсивнiсть патентування за окремими обра-ними альтернативними напрямками розробок дослщжувано1 галузi, у даному випадку, в галу-зi вагонобудування та вагонного господарства.
1нтенсившсть патентування визначаеться за формулою:
I, =
-• 100%,
(1)
де д. - загальна кiлькiсть охоронних документа, що належить 7-му напрямку;
Ъ д, - загальна кшьюсть охоронних доку-
ментiв у прогнозованш технiчнiй галузi за перь од дослщжень.
Далi, для прикладу, наведемо розрахунок визначення штенсивност патентування розвит-ку конструкци пiдп'ятника, яка дорiвнюе:
I, = — • 100% = 12,3%.
1 154
Цей вид коефщента характеризуе в уза-гальненш формi «популярнють» кожного з на-прямкiв, але не несе шформацп про тенденцп 1хнього розвитку, оскшьки при обчисленнi цих коефщента не використовуються данi про ро-зподiл виявлених технiчних рiшень за часом.
Для одержання даних про змiну активност винахщницько1 дiяльностi за дослщжуваними напрямками у певний перюд проводиться ана-лiз динамiки патентування.
Дослщження динамiки патентування проводиться для кожного обраного напрямку та для галузi в цшому, а також окремо для кожно! iз кра!н пошуку. Крiм того, динамша патентування визначаеться окремо для втизняних охоронних документiв, а також у цшому, за «св™-вими» даними.
Визначення кiлькiсних характеристик дина-мiки розвитку дослщжувано1 галузi проводиться за допомогою обчислення так званих коеф> цiентiв динамiчностi [1].
Показник динамiчностi повинен давати ю-лькiсну оцiнку швидкостi зростання, вщобра-жати основнi тенденци розвитку напрямку не-залежно вiд абсолютное' кiлькостi охоронних документiв, що вщносяться до певного напрям-
ку.
Вихщш числа, що характеризують динамiку патентування, шддаш випадковому розкиду. Для дослщжень i розрахункiв реальнi статисти-чш данi апроксимують рiвнянням регреси, що у напiвлогарифмiчному масштабi мае вигляд ль ншно1 функци. Апроксимацiя проводиться таким чином, щоб сума квадрата вщхилень реа-льних чисел охоронних документа вщ апрок-симуючо1 функци була б мiнiмальною. Визначення коефщента динамiчностi можна проводите за формулою:
кД1 =ЪФ. 1п ^
(2)
де , = 1, 2, 3 ...;
к - кiлькiсть рокiв в дослщжуваному перь
одi;
N. - кшьюсть охоронних документiв, зафш-сованих в 7-му роцi;
Ф. - коефщент, який залежить вiд кшькост рокiв у дослiджуваному перiодi:
12/ - 6 - 6к
Фг =-
Фг =■
к (к2 - 1) 12-1 - 6 - 6 • 20
(3)
20-(202 -1)
= -0,014.
Результати обчислень коефщента фг- наведет нижче в табл. 1.
Таблиця 1
Результати обчислень коефщкнта ф;
.=1
Фг Фг Фг Фг Фг
1 2 3 4 5 6 7 9 10
1 -0,014 5 -0,008 9 -0,002 13 0,004 17 0,010
2 -0,013 6 -0,007 10 -0,001 14 0,005 18 0,011
3 -0,011 7 -0,005 11 0,001 15 0,007 19 0,013
4 -0,010 8 -0,004 12 0,002 16 0,008 20 0,014
Для шших напрямюв розраховано за анало- числень наведенi нижче в табл. 2. пею згiдно формул (1) - (3). Результати об-
Розрахумок динамики розвитку об'eктiв
Таблиця 2
№№ з/п Напрямок конструктивного розвитку вузла (детал1) л, % Кд,
1 2 3 4
1 Розвиток конструкцп тдп'ятника 12,3 0,0090
2 Розвиток конструкцп ковзуна 16,2 0,1032
3 Розвиток конструкцп букси 11,0 0,0240
4 Розвиток конструкцп колюно! пари 14,3 0,0120
5 Розвиток конструкцп боковини 17,5 0,1018
6 Розвиток конструкцп ресорного шдвшування 13,0 -0,0305
7 Розвиток конструкцп фрикцшного клина 15,7 0,0245
Напрямкам, що найбiльш iнтенсивно розви-ваються, вiдповiдаe найбiльше значення коеф> цieнта динамiчностi. Позитивнi його значення вщбивають загальний наростаючий характер винахщницько! активностi, негативнi значення - И спад. Таким чином, розрахунок коефщь eнтiв динамiчностi проводиться для кожного з обраних напрямкiв розвитку дослщжувано! га-лузi й може використовуватися як досить об'ективний фактор оцшки тенденцiй розвитку конкуруючих напрямюв, що забезпечуе прове-дення !хнього порiвняння на основi кiлькiсних показниюв [2].
Залежнiсть кiлькостi охоронних документ вiд часу, що ставляться до рiзних напрямкiв розробок, зображенi на рис. 3.
Ц залежностi характеризуются наступни-ми значеннями коефiцieнтiв динамiчностi: вiдповiдно напрямку I - Кд1 = 0,0090;
II - Кд2 = 0,1032; III - Кд3 = 0,0240; IV -
Кд4 = 0,0120; V - Кд5 = 0,1018; VI - Кд6 =
= -0,0305; VII - Кд7 = 0,0245.
Як видно iз значень коефiцieнтiв динамiки, переважний розвиток мають напрямки: I, II, III, IV, V та VII; i негативш тенденци розвитку мае напрямок VI.
При проведеннi даного етапу робiт варто ч> тко представляти, що, з одного боку, коефщен-ти динамiчностi е основними кшьюсними пока-зниками, що визначають тенденци розвитку окремих напрямкiв техшки. Однак розрахованi значення коефiцiентiв динамiчностi не можна розглядати як виршальний фактор, що визна-чае висновки про стан техшки в данш галузь
Загалом, прогнозування надае аналiз вияв-лених тенденцiй розвитку й обгрунтовуе !хш закономiрностi. Ця частина роботи являе собою шдивщуальну яюсну експертну оцiнку.
У результатi проведення яюсного прогнозного аналiзу напрямку розвитку област технiки ранжуються за сукупнютю !хшх оцiнок на тд-ставi вагових характеристик, коефiцiентiв ди-намiчностi й результатiв якiсного дослщження. Ранжування напрямкiв полягае в розмщенш !х у певнiй послiдовностi за перспективною на пiдставi перерахованих вище показникiв.
Таким чином, можна зробити наступш про-гнози розвитку вiзка вантажного вагону за на-прямами:
1. Для зменшення зносу пари п' ятник -пiдп'ятник, будуть встановлюватись допомiжнi елементи, твердють яких менше п'ятника чи шдп 'ятника. Данi елементи вже починають впроваджуватись на вагонах, але !х хiмiчний склад i надшшсть не мають оптимального характеру.
2. В конструкцп ковзуна зникнуть саме пружини, а з'являться гумово-металевi елементи, якi забезпечують беззазорне опирання вагона на них в статичному сташ, а в кривих - по-кращують, в порiвняннi з iснуючими, динамiчнi показники.
3. Для зменшення зносу боковини в прорiзi будуть поставленi гумово-металевi елементи, як також зменшать динамiчний вплив вщ боковини на буксу. Власне, букса буде складатися з певного виду накладок, як мають назву «адаптер». Вш повинен мати вщкриту форму, тому що касетш шдшипники не потребують ретель-ного догляду порiвняно з юнуючими ролико-вими.
Ю/ыааль охоронних докупентб
* и 1 \ * л ' \ м ' 1 ' *
1 \ 1 \ . 1 1 \ 1 1 \ 1 1 \ ' 1 \ 1 1 ' 1 » ' 1 / 1 ! ¿-\--f -t ; / V х ' А ! 5 1 |\\ л 7 \ \Х' \ .л х
^ \ \ л, 1 л Д < Т '/\ V /■ / '/ 4 ' X1 (■■' ■ ! / 4' V
\\ \ / \>/ V \ ' 1 \ / >. /Ч \ _ V......У......... ■! У ^........---- ' М а / V,/ V/ V / А 4
ч ■ V/ / /V Ч /\ Ж/ / V 1\/ V \ \\ </\ / \ 'А А \ \/ V V А ЖГ7 ^ /Г- % $ А / 6
т9 ш 1991 тг тз т ж ш ту ш 1999 гаю 2001 2002 шз 2т 2005 гт 2007
РОКи
............... Разбитаг конгтрухци пдп'япника
-----Раздипок конструкцн кабзуна
----Разбшюх конс/лрукцн
- Розбмпох коктрусцн колено! пори
Раздипох констр^цп бока&ши
---— Розёмпох коктрукцн ресорного п&шуйоння
Роздитох кашрущн фрикшиного клино
Рис. 3. Залежшсть шлькосл охоронних докуменлв ввд часу
4. У колюних пар юнуе два напрямки розви-тку: удосконалення профшю кочення колеса та модершзащя мехашзму фшсаци розсувних колюних пар. Профшь кочення колеса повинен забезпечувати менший знос обода колеса та зменшення п1др1зу гребеня. Мехашзм розсуву колюних пар повинен забезпечувати надшну фшсащю колеса при курсуванш вагона кол1ею 1520 мм.
5. Проблема заб1гання боковин в1зка в кри-вих малого рад1усу повинна виршуватись встановленням допом1жних тяг, яю б зменшили перекю колюних пар. Для виключення ще! про-блеми необхщно правильно пдабрати мюце встановлення тяги та И оптимальну жорсткють, над чим i працюють фахiвцi, про що свщчить динам1чний розвиток цього напрямку.
6. Посилаючись на вщ'емний коефiцiент динамiчного розвитку, можна стверджувати, що ресорне шдвшування набуло оптимального характеру i не потребуе вдосконалення або ш-женерна думка знаходиться на стадп пошуку.
7. Досягнення швидкостi руху вантажних по!зд1в у 120 км/год потребуе вщ фрикцiйного клина покращення динамiчних характеристик порожнiх вагонiв. Це може досягатись змен-
шенням коефiцiента тертя мiж фрикцiйною планкою i клином та мiж надресорною балкою i фрикцiйним клином. Наступним кроком може бути встановлення уретанових вставок мiж зга-даними вище парами тертя.
Використання дано! методики оцiнки рiвня й тенденцiй розвитку технiки дозволить анал> зувати науково-технiчний i практичний рiвень проведених галузевих розробок i визначати !х реальну значимiсть на найбшьш раннiх етапах циклу «дослщження - виробництво» на стадп винаходiв i забезпечити високий науково-техшчний потенцiал розробок, що буде мати економiчний i практичний ефект.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Добринша, Г. П. Патентна шформащя та документа^. Патентш дослщження [Текст] / Г. П. Добринша. - К.: 1н-т штел. власносл 1 права, 2005. - С. 8-24.
2. Рекомендации по исследованию уровня и тенденций развития техники на основе патентной информации [Текст]. - М: ВНИИПИ, 1988. -С. 8-35.
Надшшла до редколегп 25.02.2009.
