CC BY
52
Министерство образования и науки РФ
Правительство Пензенской области Академия информатизации образования Академия проблем качества РФ Российская академия космонавтики им. К.Э.Циолковского Российская инженерная академия Вычислительный центр РАН им. А.А.Дородницына Институт испытаний и сертификации ВВТ ОАО «Радиотехнический институт имени академика А.Л.Минца» ОАО «УПКБ ДЕТАЛЬ», ОАО «РУБИН» ОАО «НИИФИ», ОАО «ПНИЭИ», ФГУП ФНПЦ «ПО СТАРТ», НИКИРЭТ, ЗАО «НИИФИиВТ» ОАО «ППО ЭЛЕКТРОПРИБОР», ОАО «РАДИОЗАВОД» Пензенский филиал ФГУП НТЦ «АТЛАС» ОАО «ТЕХПРОММАШ», МИЭМ НИУ ВШЭ, Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева Сургутский институт мировой экономики и бизнеса «ПЛАНЕТА» Пензенский государственный университет
АадижУ{%шсж
ТРУДЫ
МЕЖДУНАРОДНОГО СИМПОЗИУМА
НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО
II то^
ПЕНЗА 2015
УДК 621.396.6:621.315.616.97:658:562 Т78
Труды Международного симпозиума «НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО»:
T78 в 2 т. - Пенза : ПГУ, 2015. - 2 том - 384 с.
ISBN 978-94170-818-5(т.1) ISBN 978-94170-818-8
В сборник трудов включены доклады юбилейного ХХ-го Международного симпозиума «Надежность и качество», проходившего с 25 по 31 мая 2015 г. в городе Пензе.
Рассмотрены актуальные проблемы теории и практики повышения надежности и качества; эффективности внедрения инновационных и информационных технологий в фундаментальных научных и прикладных исследованиях, образовательных и коммуникативных системах и средах, экономике и юриспруденции; методов и средств анализа и прогнозирования показателей надежности и качества приборов, устройств и систем, а также анализа непараметрических моделей и оценки остаточного ресурса изделий двойного назначения; ресурсосбережения; проектирования интеллектуальных экспертных и диагностических систем; систем управления и связи; интерактивных, телекоммуникационных сетей и сервисных систем; экологического мониторинга и контроля состояния окружающей среды и биологических объектов; исследования физико-технологических процессов в науке, технике и технологиях для повышения качества выпускаемых изделий радиопромышленности, приборостроения, аэрокосмического и топливно-энергетического комплексов, электроники и вычислительной техники и др.
Оргкомитет благодарит за поддержку в организации и проведении Международного симпозиума и издании настоящих трудов Министерство образования и науки РФ, Правительство Пензенской области, Академию проблем качества РФ, Российскую академию космонавтики им. К. Э. Циолковского, Российскую инженерную академию, Академию информатизации образования, Вычислительный центр РАН им. А. А. Дородницына, Институт испытаний и сертификации ВВТ, ОАО «Радиотехнический институт имени академика А.Л. Минца», ОАО «УПКБ ДЕТАЛЬ», ОАО «НИИФИ», ФГУП «ПНИЭИ», ОАО «РУБИН», ОАО «РАДИОЗАВОД», ОАО «ППО ЭЛЕКТРИПРИБОР», ФГУП «ПО «СТАРТ», НИКИРЭТ - филиал ФГУП «ПО «СТАРТ», Пензенский филиал ФГУП НТЦ «АТЛАС», ОАО «ТЕХПРОММАШ», МИЭМ НИУ ВШЭ, Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Сургутский институт мировой экономики и бизнеса «ПЛАНЕТА»,Пензенский государственный университет.
Сборник статей зарегистрирован в Российском индексе научного цитирования (РИНЦ) с 2005 г.
Р е д а к ц и о н н а я к о л л е г и я :
Юрков Н. К. - главный редактор Трусов В. А. - ответственный секретарь Баннов В. Я. - ученый секретарь Волчихин В. И., Абрамов О. В., Авакян А. А., Дивеев А.И., Иофин А. А., Каштанов В. А., Майстер В. А., Острейковский В.А., Петров Б. М., Писарев В. Н., Роберт И. В., Романенко Ю. А., Северцев Н. А., Садыков С. С., Садыхов Г. С., Увайсов С. У.
ISBN 978-94170-818-5(т.1) ISBN 978-94170-818-8
© Оргкомитет симпозиума, 2015 © ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», 2015
ЛИТЕРАТУРА
1. Технический проект на лесопогрузчик ЛТ-65Б. Красноярский завод лесного машиностроения.
2. Технический проект на лесопогрузчик ЛТ-188. Красноярский завод лесного машиностроения.
3. Стюхин В.В. САПР в расчёте и оценке показателей надёжности радиотехнических систем / Стюхин
B.В., Кочегаров И.И., Трусов В.А. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 1. С. 287-289.
4. Алябьев В.И. Эксплуатационно-кинематические показатели и динамика исполнительных органов лесопогрузчиков. В кн. «Комплексная механизация и автоматизация подъёмно-транспортных работ в лесной и деревообрабатывающей промышленности», МЛТИ, 1970.
5. Кочегаров И.И. Программный пакет моделирования механических параметров печатных плат / Кочегаров И.И., Таньков Г.В. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 2.
C. 334-337.
6. Мельников В.П. Механическое воздействие на челюстной погрузчик колебаний хлыстов при погрузке. Труды ЦНИИМЭ, № 10 8, Химки, 1970.
7. Северцев, Н.А. К вопросу об утрате работоспособности систем / Н.А. Северцев, А.В. Бецков, А.М. Самокутяев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 2. С. 268-270.
8. Критерии и показатели безопасности / Дедков В.К., Северцев Н.А., Петухов Г.Б., Тихон Н.К. // Вопросы теории безопасности и устойчивости систем. 1999. № 1. С. 33-54.
9. Северцев, Н.А. Минимизация обобщенного риска угроз безопасности / Н.А. Северцев // Вопросы теории безопасности и устойчивости систем. 2005. № 7. С. 3-10.
10. Универсальные оценки безопасности. Монография / Дивеев А.И., Северцев Н.А. // Москва, 2005.
11. Синтез оптимального закона управления потоками транспорта в сети автодорог на основе генетического алгоритма / Дивеев А.И., Северцев Н.А. // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2003. № 3. С. 87.
12. Северцев, Н.А. К вопросу об утрате работоспособности систем / Н.А. Северцев, А.В. Бецков, А.М. Самокутяев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 2. С. 268-270.
13. Универсальные оценки безопасности. Монография / Дивеев А.И., Северцев Н.А. // Москва, 2005.
14. Синтез оптимального закона управления потоками транспорта в сети автодорог на основе генетического алгоритма / Дивеев А.И., Северцев Н.А. // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2003. № 3. С. 87.
15. Северцев, Н.А. Минимизация обобщенного риска угроз безопасности / Н.А. Северцев // Вопросы теории безопасности и устойчивости систем. 2005. № 7. С. 3-10.
УДК 620.197 Лаптев В.А.
ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический университет», Самара, Россия
ТЕХНОЛОГИИ ДИСПЕРГИРОВАНИЯ И СМЕШИВАНИЯ ВЕЩЕСТВ
В настоящее время диспергирование и смешивание веществ является востребованным в различных областях, в том числе в технике, медицине, биологии. В медицине и биологии в первую очередь это касается получения мелкодисперсных порошков и смесей малорастворимых жидкостей. Введение таких (зачастую малорастворимых в крови) смесей в организм человека или животных (в лечебных или профилактических целях) способствует их быстрой доставке к крупным органам и более эффективному усвоению организмом [1]. В подобных технологиях очень важно получать очень мелкие частицы желательно правильной сферической формы, что способствует их легкому проникновению в сеть капилляров. Вместе с тем, известно, что существует большое количество лекарственных форм (в твердом, жидком и газообразном состоянии), которые отличаются низкой растворимостью в жидких носителях, а величины их объемов для инъекций внутрь организма ограничены. Во всех этих случаях возникает необходимость получения устойчивых эмульсий, суспензий и т.д. на жидкой основе.
Не менее актуальная проблема в настоящее время стоит перед медиками и биологами в целях получения смесей газов с жидкостями, например, для приготовления кислородных и других коктейлей. В этом случае степень дробления пузырьков газа в жидкости напрямую определяет эффективность таких смесей, их устойчивость во времени (до расслоения и дегазации). Здесь следует отметить, что подобные задачи возникают и в медицине при получении мелкодисперсных систем (например, масел с лекарственными формами), состоящих из физиологического раствора (или плазмы крови) и мелких капель нерастворимых в воде жидкостей.
Из вышесказанного, вполне обоснованно возникает проблема разработки эффективных способов аэрации эксплуатируемых водных сред и разработки новых устройств для реализации этих способов. Таким образом, во всех этих случаях возни-
кает задача эффективного насыщения (за счет аэрации) кислородом некоторых жидких сред, используемых как в биотехнических системах, так и в медицинских целях.
В данной статье эта проблема рассматривается с позиции разработки некоторых управляющих систем, которые бы обеспечивали устойчивое насыщение кислородом жидких сред при оптимальном соотношении энергозатрат и выхода аэрации среды.
Как известно в основе работы линейных индукционных вращателей (ЛИВ) лежит принцип создания встречных бегущих магнитных полей (МП), которые в пределах полюсных делений индукторов создают специальные вихревые зоны с большой интенсивностью вращающегося МП (магнитная индукция В в таких областях достигает значений 0,1 - 0,5 Тл). При внесении в такие рабочие зоны рабочих ферромагнитных тел (РФТ) цилиндрической формы последние начинают вращаться вокруг собственной оси и вокруг оси симметрии рабочей зоны [2]. При таком сложном вращении в жидкой среде создаются области повышенных давлений и температур (последнее менее значительно).
Повышенные давления (до сотен атмосфер) создаются в моменты столкновения двух РФТ, которые вращаются в точках соприкосновения с противоположными встречными скоростями и при соударении концевых участков создают области сверхвысокого давления. Попадание газовых пузырьков в такие области соударения способствует их супердиспергированию и насыщению газом жидкости, находящейся в активной зоне ЛИВ. Одновременно вся жидкость вместе с пузырьками газа подвергается электромагнитному воздействию, что повышает устойчивость среды.
Таким образом перечислять все возможные области применения в медицине и биологии устройств, способных обеспечить получение мелкодисперсных сред вряд ли целесообразно, но из перечисленного следует актуальность таких разработок и исследований в настоящее время как для науки, так и для практических целей.
Существует большое количество различных конструкций для подобных целей (различные мешалки, ультразвуковые измельчители и т.д.), которые имеют свои преимущества равно как и недостатки. Перечислять их также не имеет смысла, но некоторые особенности конечного результата следует упомянуть. К ним в первую очередь относится форма твердых частиц и быстрое разделение на фракции (т.е. малая устойчивость твердых и жидких смесей).
Практически все способы получения микронных (и менее) твердых частиц приводят к возникновению скалывающих эффектов, т.е. частицы получаются не округлой формы, а с резкими (острыми) краями и неправильной формы. Такие частицы трудно проникают в мелкие пространства (мелкие сосуды, например), могут вызывать микротравмы фрагментов тканей, с которыми они соприкасаются. Невозможность же получения очень мелких частиц (капелек) масел (и веществ, которые в масляных каплях растворяются предварительно) приводит к быстрому расслоению таких смесей и потере медицинского или биологического эффекта.
Ниже приводятся экспериментальные данные по микродиспергированию и смешиванию как твердых, так и жидких сред. Нашими многочисленными исследованиями было показано, что расслоение (разделение на разные фазы: жидкость - несмачи-ваемая жидкость, жидкость - пузырьки газа) задерживается в системах после обработки ЛИВ на несколько часов больше, чем при обработке другими методами (ультразвуком, например). Таким образом, было показано, что комплексная обработка с помощью РФТ и бегущих МП значительно повышает эффективность диспергирования жидких и газовых сред и устойчивость образовавшихся смесей после такой комплексной обработки.
Особое внимание было обращено на экспериментальное обоснование выбора оптимального соотношения длина - диаметр (Ь/Б) у РФТ, используемых в ЛИВах. Действительно, работа в жидких средах с учетом сложных турбулентностей и различных градиентов температур и давлений не может быть достаточно точно описана уравнениями гидродинамики. Поэтому были выполнены отдельные исследования по изучению роли индекса Ь/Б к эффективности процесса диспергирования жидких и газовых сред.
Было проведено две серии экспериментов с жидкими и газообразными средами. В первой серии получали суспензию касторового масла с водой. Для этого брали 200 мл воды и 2 0 мл касторового масла и обрабатывали в течение одной минуты (в герметичной камере) в двух вихревых зонах ЛИВ с индукцией МП в 0,1 Тл при ширине зазора между индукторами 25 мм. В качестве РФТ использовались три вида рабочих тел со следующим соотношением Ь/Б: в первом случае - 5; во втором случае - 7; в третьем случае - 9.
После минутной обработки под микроскопом обследовался средний диаметр капель касторового масла (Бк) и определялось среднее время Т полного расслоения смеси после выстаивания в тем-
ном месте при 25° С. Оба этих показателя дают количественную оценку эффективности работы ЛИВ с различными типами РФТ.
Получены следующие результаты. Для первого типа РФТ (Ь/Б= 5): Бк1 = 8 ± 2,3 мкм; Т1 =11,6 часа; для второго типа РФТ (Ь/Б= 7): Бк2 =13,2 ± 1,9 мкм; Т2 = 10,1 часа; для третьего типа РФТ (Ь/Б= 9): Бк3 =16,8 ±3,1 мкм; Т3 =8,1 часа.
Таким образом уменьшение размеров Ь при данных параметрах ЛИВ и МП способствует повышению качества диспергирования смесей жидких (нерастворимых) сред. Сходные результаты (качественно) были получены и для смеси вода - воздух (в соотношении 200 мл воды и 20 мл воздуха). В качестве диспергируемого газа также использовался пищевой С02. При этом происходит столь большое насыщение (сатурация), что отпадает необходимость повышать давление (если приготавливать экстемпора). Именно приготовление воздушно - жидких композиций интересно в аспекте аэрации технологических сред.
Для биотехнологических целей была разработана установка, содержащая штангу, которая крепится на ось вращения одним концом а к другому крепится ЛИВ, содержащий проточную резиновую камеру с РФТ (тоже покрыты резиной). С торца резиновой камеры в передней ее части подводится воздух под избыточным (по отношению к водной среде) давлением, который в рабочей резиновой камере смешивается и диспергируется с помощью РФТ. ЛИВ и рабочая камера содержат растр, который обеспечивает забор набегающей воды и создает избыточное гидродинамическое давление по закону Р1 + р V2/ 2 = Р2 + р У22/ 2. Весь ЛИВ заключен в гидроизолированный (металлический) корпус, который содержит ребра для охлаждения и термостатирования всей установки. Потребляемая мощность всей установки 1,5 кВт.
Система рассчитана на работу как в непрерывном проточном режиме, так и на работу в дискретном режиме, когда установка периодически отключается. Небольшая мощность и сравнительно мягкий режим работы ЛИВ обеспечивает активацию процесса размножения аэробных микроорганизмов в таком проточном культиваторе. Подобные системы могут быть использованы и для аэрации природных водоемов в случаях возникновения кислородного голодания у рыб. В перспективе возможно использование подобных систем для насыщения кислородом любых водных сред.
Системы, на базе ЛИВ были использованы для получения кислородных коктейлей как в дискретном режиме (с отдельной заполняемой камерой), так и в непрерывном (проточном) диспергаторе. Подобные непрерывные системы могут быть использованы, например, в больницах, профилакториях для лечебных и профилактических целей.
В целом, разработанные системы могут найти широкое применение в медицинской и пищевой промышленности, а также в экологии и биотехнологических системах, где необходима высокая степень диспергирования и приготовления различных суспензий и эмульсий.
ЛИТЕРАТУРА
1. Швецова М.А. Приготовление мелкодисперсных сред для медицинских и биологических целей / М.А. Швецова, В.А. Папшев // В мире научных открытий. 2010. № 4-10. С.40-41.
2. Кочегаров И.И. Обзор методик получения нанопорошков / Кочегаров И.И., Трусов В.А., Юрков Н.К. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 426-428.
3. Кочегаров И.И. Методы контроля дисперсности порошков / Кочегаров И.И., Трусов В.А., Юрков Н.К. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 475-477.
4. Еськов В.М., Папшев В.А.. Зинковский А.Н., Филатова О.Е. Устройство для гомогенизации // Патент РФ № 2036588, Москва, 1991.
5. Северцев, Н.А. К вопросу об утрате работоспособности систем / Н.А. Северцев, А.В. Бецков, А.М. Самокутяев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 2. С. 268-270.
6. Критерии и показатели безопасности / Дедков В.К., Северцев Н.А., Петухов Г.Б., Тихон Н.К. // Вопросы теории безопасности и устойчивости систем. 1999. № 1. С. 33-54.
7. Северцев, Н.А. Минимизация обобщенного риска угроз безопасности / Н.А. Северцев // Вопросы теории безопасности и устойчивости систем. 2005. № 7. С. 3-10.
8. Универсальные оценки безопасности. Монография / Дивеев А.И., Северцев Н.А. // Москва, 2005.
9. Синтез оптимального закона управления потоками транспорта в сети автодорог на основе генетического алгоритма / Дивеев А.И., Северцев Н.А. // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2003. № 3. С. 87.
