научно-исследовательской работы (НИР)

Договор включает в себя:

- перечень заказчика (директор, технический директор, министерство) и исполнителя;

- название работы формулируется;

- оговорки (кому принадлежат результаты);

- предусматривается ли аванс на работу;

- сроки проведения (не более трех лет); как будет проводиться работа, права на работу заказчика и исполнителя;

- юридические адреса сторон, реквизиты предприятия и заказчика;

- прилагается календарный план работ (работа разбивается на этапы с указанием сроков выполнения и стоимости этапов);

- соглашение о договорной цене.

5. Теоретические исследования

Начинаются с выбора теоретической модели.

Далее составляется уравнение по принципу Долонбера.

Оэ:

В теоретических исследованиях, прежде всего, создается модель. В механических системах получило распространение, собственно говоря, модель представленная материальной точкой. В качестве модели теоретических исследований механических систем используется материальная точка или материальное тело. Чаще всего материальная точка.

К материальной точке прикладываются все действующие силы. Это гравитационная сила , силы инерции , силы трения , силы сопротивления перемещения рабочего органа и активная сила от электрического двигателя.

Составляется уравнение равновесия этих сил на основании принципа Даламбера. Принцип Даламбера заключается в том, что сумма всех активных сил, сил инерции и реакций связи должна быть равна нулю. Записывается в виде суммарной проекции на ось х=0, суммарной проекции на ось у=0, суммарной проекции на ось z=0. Проекции сил на оси координат, если перемещение происходит в пространстве. Для материальных тел добавляется еще уравнение моментов. Сумма моментов относительно оси х=0.

; ; ;

; ; .

Активные силы: гравитационная сила, сила от электродвигателя (те, которые перемещают материальную точку). Эта материальная точка устанавливается на рабочем органе оборудования в месте контакта с пищевым продуктом. Материальная точка устанавливается в начале координат. Оси координат могут быть подвижны и не подвижны. Не подвижны, если оси координат устанавливаются относительно опор оборудования. Движущиеся вместе с материальной точкой или материальным телом - это подвижные оси, а сама материальная точка движется относительно этих осей. Выбор координат зависит от конкретного случая.

Например, вибрирующий лоток сепаратора.

Сепаратор под действием колебательной силы переходит в движение, учитывается движение и материальной точки, и плоскости сепаратора. Изучать движение частицы целесообразно на подвижной оси координат. После выбора модели этот принцип Даламбера более прост и нагляден. Используется еще уравнение Лагранжа второго рода (более сложен), никто не отрицал ни тот, ни другой подход. Когда наглядна модель, то меньше ошибок.

Поскольку сила инерции есть производная массы на ускорение

.

Поскольку здесь появляется сила инерции, поэтому уравнение второго порядка. Иногда достаточно ограничится двумя координатами (нож хлеборезки). В общем случае три координаты. После составления уравнений проводится решение этих дифференциальных уравнений, это дифференциальные уравнения второго порядка. Они могут быть линейными и не линейными. Если сила сопротивления постоянная величина во времени, в этом случае дифференциальное уравнение полностью линейно. Если возможно сила изменяется по какому-то закону, то в этом случае мы получаем не линейное дифференциальное уравнение ; .

Решение этих систем уравнений есть численный метод решения и решается в ручную. Сейчас разработано много программ для решения этих уравнений (стандартная программа MatCad, MatLab и некоторые другие). В этом направлении сейчас работают математики и программисты для повышения скорости, но не точности. Прикладная математика занимается вопросом решения дифференциальных уравнений. Сейчас собственно говоря вопрос времени практически снят, 10-15 мин не важны. После подстановки значений машина выдает в результате решения координат x, y, z как функции исходных сил, усилий

x=f(усилий, линейных параметров машины, оборудования);

у=f(усилий, линейных параметров машины, оборудования);

z=f(усилий, линейных параметров машины, оборудования).

Если это машина для нарезания гастрономии продукта, точка прикладывается к какому-то радиусу и его вводят в силы сопротивления, должны входить удельные силы резания, сила трения о слои, длина лотка, ширина лотка. Тепловые задачи курс “Процессы и аппараты”, “Моделирование тепловых процессов”.

Следующий этап, анализ математических моделей.

Чтобы проанализировать составляющие графически на основе уравнения допустимо перемещение от геометрических размеров (радиус). Строится графическая зависимость координат x, y, z от геометрических параметров, кинематических параметров оборудования, чтобы оценить влияние кинематической скорости, ускорения, геометрических размеров рабочего органа, лотка.

На основании графического анализа влияния свойств продукта (усилие сопротивления, удельное сопротивление резания), строят графическую зависимость свойств продукта (влажность, коэффициент трения). На основании данных можно выбрать скорость движения рабочего органа, кинематические параметры, когда получаются минимальные нагрузки.

Это делается для теоретической оценки влияния всех исходных свойств продукта на оборудование, выбираются габариты машины, рабочего органа. В результате теоретического анализа устанавливаются рациональные кинематические параметры рабочего органа, геометрические параметры рабочего органа, рациональные режимы работы (т.е. какие усилия), устанавливаются силовые параметры и диаграммы нагружения. К силовым параметрам относят крутящий момент, усилие на рабочем органе. Если знаем скорость рабочего органа, можем выбрать электродвигатель исходя из теоретических данных.

Диаграмма нагружения, где в функции времени задается величина нагрузки в расчете на прочность и на выносливость. В конце теоретического исследования формулируется вывод о влиянии исходных данных (свойств продукта, размеров) на характеристики машины. На этом заканчивается теоретические исследования.

Следующий этап. Экспериментальные исследования.

Но здесь не все учитывается. Свойства продукта устанавливаются на основании чьих-то результатов, свойства продукта меняются во времени (картофель учитывается 800 Н/м), а на самом деле может быть другим. Существующий в реальных условиях разброс не соответствует табличным данным (влажность), разность географических координат. Для полного удостоверения проводят свои собственные экспериментальные исследования. Целью теоретических исследований является установление фактических закономерностей влияния исходных данных на кинематические и силовые параметры машин. Нужно составить рабочую методику исследования, которая со временем изменится.

Поэтому методика включает:

- схему экспериментального стенда;

- перечень факторов влияющих на рабочий процесс.

На базе экспериментальных исследований определяется, что влияет на процесс резания (хлеборезка), влияет кроме свойств продукта выпечка хлеба (черствый, свежий, должен полежать), твердость корочки выше, фактор корочки и фактор мякиша, влажность продукта, пористость, сорт хлеба (булочка, батон, подовый), габариты хлеба (круглый, параллелепипед, овальный). Рабочий орган диск или спиральный, коэффициент скольжения (больше в спиральных ножах), заостренность ножа, налипание на нож. В теоретических исследованиях часть этих факторов учтена, нужно проводить предварительный факторный анализ (есть соответствующая литература).

После перечня факторов следующий этап- выбор научной аппаратуры, который тесно связан с факторами. Выбирают несколько видов хлеба. Удельное усилие резания q, H/м. Взять нож, дать ему возвратно-поступательное движение для выбранных видов хлеба.

Фактор выдержки. Разность удельных усилий резания (свежий, черствый), свежий хлеб определяет усилие, дальше по ТТУ, потом определяют для черствого хлеба. Другие устанавливают, которые ближе к реальным. Приближение к реальным процессам нужно экспериментально смоделировать, лучше всего простую модель (ограничивают материальные затраты). По каждому из факторов сделать стенд или найти лабораторию, где есть существующие модели. Если стоит задача определения нагрузок - определяется по мощности электродвигателя (грубый метод), более точно тензометрическим. Выбор аппаратуры производится на основе формулировки факторов, влияющих на рабочий процесс.

Для определения физико-механических свойств продукта используют лабораторные данные. Для определения нагрузок используют запись расхода мощности электродвигателя с помощью самописцев или преобразователя мощности П-030 (датчики Холла). Очень много мощности будет теряться на трение, рассеяние энергии, колебательный процесс, кроме преодоления сопротивления. Расход мощности на резание будет далек от общего расхода. Делают тензометрические замеры и замеряют общий расход мощности одновременно. Нагрузки на рабочий орган машины и на детали в машине определяют тензометрическим методом.

Научную аппаратуру выбирают в соответствии с факторами, которые определяют (скорость, подача, скорость резания). Аппаратура, которую широко применяют— тензометрическая аппаратура. Тензометрические методы исследования для определения нагрузок в различных деталях и оборудовании, для проверки условий прочности деталей (определяют надежность оборудования). В случае расчета мощности от привода к рабочему органу, возникает погрешность (мощность расходуется не равномерно и рассеивается). Тензометрическим методом определяют реальные нагрузки. На исследуемую деталь наклеивают тензодатчик. Затем включается тензометрическая аппаратура. Датчик подсоединяется к усилителю и осциллографу.

Тензодатчик — тонкая проволока (константановая проволока), которая заклеивается (помещается в бумагу или тонкую пленку, чаще всего из политилена). Меняется сопротивление если растягивать или сжимать тензодатчик, зависит от вида деформации (растяжение, сжатие, кручение). Из тензодатчика идут два провода, по ним сигнал идет на усилитель. На самом деле используют мост и клеют два тензодатчика.

Компенсационный сбалансированный мост. Для получения сигнала рассогласовывают, собирают мост, сопротивление датчика в основном 200 Ом. Если сопротивление всех датчиков одинаково (в идеальном случае), то нет рассогласования.

Если возникает сопротивление на одном из датчиков, сигнал усиливается усилителем и поступает на осциллограф (свето-лучевой). В осциллографе есть так называемая гальванометрическая проволока, которая деформируется при сигнале. На зеркало направляется луч света, если зеркало неподвижно - луч отражается и направляется на фотобумагу, осциллографическую бумагу. В последнее время используется другая бумага. Если нет сигнала, на фотобумаге будет черная точка при проявлении. Если возникает нагрузка на деталь, то волокна детали деформируются и тензометрический элемент меняет сопротивление на одном из датчиков.

Когда меняется сопротивление, разность поступает на усилитель, а из усилителя на гальваническую проволоку, которая реагирует на сигнал и поворачивает зеркальце, с поворотом которого меняется угол отражения, и возникает (пропорциональный нагрузке на деталь, на пленке ). Деформация есть некоторая функция нагрузки на деталь .

Обычно полумост перенесен в усилитель.

Для того, что бы схема начала работать, нужно сбалансировать этот мост. Датчики клеит сам исследователь, но делают их на заводе. В усилителе есть режим сбалансировка), кроамперметр становится на нуль), режим включается тумблером. Как только сбалансировали, можно проводить измерения. Датчики нужно наклеивать на как можно гладкую поверхность (перед наклеиванием зачищается шкуркой).Измерительные элементы наклеивают на датчик или специально изготовленный тензодатчик.

Датчик лучше работает на растяжение.

В случае кручения волокна растягиваются. Датчик располагают под углом от оси. Чем тщательней приклеен датчик, тем точнее измерения.

Есть специальная методика наклейки датчика, которая длится сорок восемь часов (высыхает клей). Если есть возможность, то клей высыхает в печи (в литературе имеются режимы сушки). Если клей не высох, то будет деформироваться не датчик, а клей (датчик поплыл). Если клей пересыхает и трескается - возникает погрешность.

Тензодатчики нужно наклеивать на измеряемый элемент и просушивать в соответствии с требованиями. Есть специальная технология наклейки (ногтем или специальным резиновым валиком приглаживают, так как в клеи могут образовываться пузырьки воздуха, после сушат).

Если деталь вращается, то используют токосъемники. Для передачи измеряемого сигнала на усилитель от вращающейся детали, тензодатчика, используют токосъемники (очень капризные элементы). Этим вопросом занимались целые институты, так как сигнал очень слабый и нет хорошего контакта между вращающейся и неподвижной деталью. Один элемент жестко связан с валом, два отверстия, одно перпендикулярно, три щетки. Искра дает наводки и погашает весь измерительный сигнал. Поэтому искрения не должно быть. Токосъемники используются в оборонной промышленности. Используются посеребренные контакты, ртутные токосъемники вместо щеток. Токосъемники были разработаны для авиации. Прежде всего, проверяется сам токосъемник (по движению стрелки миллиамперметра). Если стоит, то на пленке будет точка, если протягиваем эту пленку - получим линию. Как только появляется нагрузка - появляется линия.

В машинах нагрузка изменяется, поэтому будет кривая.

Протяжку делают, что бы понимать характер нагрузки. Сейчас используют бумагу УФ (ультрафиолетовую), которую не нужно проявлять. После завершения записи вытаскивают бумагу на свет и через несколько минут получается изображение. Усилитель может усиливать и ослаблять сигнал.

Запись может выйти за пределы пленки.

Для определения величины изменения нагрузки.

После записи изменения нагрузки на осциллографическую бумагу проводится тарировка, то есть устанавливается, чему соответствуют отклонения. Нужно приложить к измерительному элементу усилия и через схему записать чему соответствует усилие.

Берется разрывная машина, заключается измерительный элемент, прикладываются усилия равные 10 Н, 20 Н, 30 Н и на эту же пленку записывают эти усилия.

Тарировочный график.

После тарировки строят тарировочный график. Ширина пленки 120 мм.

В идеальном случае прямая, но в реальности есть отклонения. Погрешности чаще всего внизу. При методе наименьших квадратов строят прямую. Этот метод получил широкое распространение и получил революцию в машиностроении. Раньше считали, что есть средняя нагрузка, на самом деле получилась такая запись. Этот метод очень кропотливый, капризный.

Очень хорошо если аппарат находится в лаборатории, плохо если на производстве - (часто ломается, замеры разрешают производить преимущественно в ночную смену). Не всегда получается хорошо - то датчик барахлит, то поплыл - не высох клей. Датчики боятся влаги (пар в цехе), в этом случае датчики закрывают, то есть после наклеивания, проверки, сушки, датчики заливают эпоксидной смолой. Иногда сушат лампами накаливания. Токосъемники через некоторое время барахлят, чем выше обороты, тем больше погрешность (сепаратор, элемент будет вести себя капризно). Проводки об острые кромки перетираются. Велись работы по усовершенствованию тензометрических измерений. Теперь используют запись параметров на персональном компьютере и используют АЦП (аналого-цифровой преобразователь). Вместо осциллографа сигнал рассогласования с усилителя подается на АЦП (аналого-цифровой преобразователь), а с АЦП на персональный компьютер. Экспериментальные методы исследования заканчиваются обработкой результатов исследований. Обработка результатов проводится путем считывания данных с осциллограмм.

Метод ординат и метод пиков. Разбиваем на отрезки времени, чаще всего более тщательная разбивка. Составляется таблица.

№	, мм	(тарировочный коэффициент)	, Н

; .

После этого вычисляют

, где - количество значений.

Средняя величина нагрузки только очень отдаленно характеризует величину нагрузки на деталь. Существует программа на персональном компьютере, с помощью которой рассчитывается величина средних квадратов, математических ожиданий.

Коэффициент динамической нагрузки

(использовался при расчете курсового проекта “Детали машин”).

- пики нагрузки.

Массив значений экспериментальных данных представляется в виде математического ожидания (скользящее среднее, корреляционной функции и спектральной плотности). Корреляционные функции устанавливают математическую связь между двумя значениями, через заданные промежутки времени, которые называются шаг или лаг.

Теория случайных процессов.

,

где - среднее значение функции;

- текущее значение функции;

- частота изменений;

- заданный промежуток времени;

- начальная фаза.

Эту функцию можно разложить в ряд Фурье.

Как и корреляционную функцию, так и ряды Фурье можно вычислить с помощью специальных программ на персональном компьютере. Корреляционные функции дают большую погрешность. С помощью графиков смотрят, как влияют те или иные параметры на нагрузку (хлеборезка: 10 мм толщина отрезаемого кусочка, белый хлеб, записывают осциллографом, затем для бородинского хлеба делают запись осциллографа, обрабатывают данные и получают зависимость, с помощью которой можно определить ожидаемые нагрузки в другой машине). Поэтому после замеров строят графики, что бы знать, как влияет тот или иной параметр на усилие резания.

Корреляционный анализ устанавливает статистическую связь между каким-то свойством продукта и усилием резания.

Используют программы Excel или MatCad для персонального компьютера.

Вводим значения, нет соответствий.

Криволинейная связь или прямолинейная связь.

Когда будем проектировать новую машину, то будем знать влияние влажности хлеба для любой машины. После установления статистической связи между параметрами машины и факторами, влияющими на рабочий процесс, проводится анализ результатов и делается вывод (что, как влияет для использования при дальнейшем проектировании).

Планирование эксперимента.

Пассивный эксперимент заключается в установлении влияния отдельных факторов, влияющих на рабочий процесс (свойства продукта, заточка ножа, скорость резания, форма режущей кромки). Затачиваются ножи под углом , , , … и проверяется каждый нож. Огромный объем работы.

Планирование эксперимента, математик Бокс Пирс 60-е годы, но идея пошла от механиков (очень много факторов влияет на рабочий процесс: скорость резания, кривизна ножа равная какому-то значению, и др.). Факторы влияют все вместе и пересекаются, накладываются, нужен многофакторный учет.

Устанавливается влияние всех факторов на рабочий процесс. Выбирается целевая функция или основной критерий, который нужно узнать (напряженность или , или , или , или температуру, или , и др.).

Формулируются факторы, влияющие на рабочий процесс.

у

10% 15% 0,1-0,15 влажность

пористость

угол заточки

0,75 0,5 скорость резания

Устанавливается диапазон изменения факторов, влияющих на рабочий процесс, количество диапазонов. При выборе факторов, влияющих на рабочий процесс, обязательным требованием является: независимость факторов, то есть если влажность будет зависеть от пористости, то нужно оставлять только один из факторов. Факторов, влияющих на рабочий процесс, может быть очень много 7-8, количество факторов нужно ограничивать. Изменяемые величины берут только на двух уровнях , где - количество факторов. Факторы, которые принимаются самыми простыми , , как правило. При большем количестве факторов сложнее решение и теряется точность.

Следующий этап - составляются матрицы эксперимента.

Составляются для трех факторов эксперимента.

№				у
	+	+	+
	+	+	-
	+	-	-
	-	-	-
	-	+	+
	-	+	-
	-	-	+
	+	-	+

На каких уровнях нужно проводить опыт.

- лучше всего.

(+)- верхний уровень.

(-)- нижний уровень.

Восемь значений целевой функции.

Уровень регрессии на основные опытные данные

.

Вводятся кодированные значения переменных параметров. По планированию эксперимента есть огромное количество литературы. - линейное уравнение. Есть формула для определения всех параметров , среднее значение знака везде (+), на самом деле (). (+)- влияет на целевую функцию положительно, а (-) влияет на целевую функцию отрицательно.

На основном уравнении знаем влияние каждого фактора математически, совместное влияние, последующее - даже всех (взаимное влияние), основной достаток, который нельзя определить при пассивном эксперименте.

Коэффициенты регрессии могут на порядок отличатся друг от друга:

; ; .

Параметр влияет не существенно и им можно пренебречь, отбросить, он не значим . Можно определить наиболее значимые факторы. Если добавить коэффициент в уравнение : - то это переход от линейной зависимости к криволинейной.

Можно определить: зону оптимальности, максимальные значения нагрузки на машину, минимальные значения нагрузки на машину. Уравнение может показать, что фактор () влияет положительно, а в уравнении наоборот, тогда сужают диапазон применения фактора. Выводы о влиянии тех или иных параметров.

Следующий этап- применение результатов исследований - последняя глава во всей работе. Сравнение результатов теории и экспериментальных исследований, если результаты совпадают в пределах 10%, то можно говорить о том, что выведенные теоретические зависимости можно использовать для методики расчета оборудования. В противном случае вносятся коррективы в аналитическую зависимость по результатам эксперимента в виде различных поправок, различных инженерных методик расчета (либо упрощение формулы или программы на персональном компьютере). Инженерная методика расчета упрощает аналитические зависимости, разработанные по этим зависимостям.

Следующий этап- разработка опытного образца оборудования или технического задания на создание этого образца. На основании исследований выдержка хлеба для машины - сколько часов (иначе залипание и т.д.), определенная скорость подачи, скорость резания, все это указывается в техническом задании.

Следующий этап- проведение испытаний этого образца. Изготавливают сами или на заводе. Оплачивает заказчик. В результате испытаний составляется акт испытаний, где отмечаются положительные и отрицательные стороны работы оборудования, рекомендации по дальнейшей разработке оборудования. Завершается работа составлением общих выводов и рекомендаций, составляется отчет (у студентов- это пояснительная записка ПЗ).

ЛИТЕРАТУРА

1. Баранов Е. Г. Основы научных исследований. - К.: Вища школа, 1984.- 176 с.

2. Мальцев В. М., Емельянова Н. А. Основы научных исследований. - К.: Вища школа, 1982.

3. Чкалов О. Н. Основы научных исследований. - К.: Вища школа, 1988.

4. Анютратенко В. О., Федоров В. Г. Математичне планування експериментів АПК. - К.: Вища школа, 1993.

5. Заплетников И. Н. Снижение шума торгово-технологического оборудования. - К.: Вища школа, 1990.

6. Турчинин Л. М. Электрические измерения неэлектрических величин. - М.: Госэнергоиздат, 1951.

7. Шенк X. Теория инженерного эксперимента. - М.: Мир, 1972.-381с.

8. Болтян А. В., Горобец И. А. Теория инженерных исследований: Учебное пособие. - Донецк, ДонНТУ, 2004. - 162с.

9. Тензометрия в машиностроении (Под общ. ред. Р.А. Маркова. - М.: Машиностроение, 1975.-228с.

Моделирование технологических процессов

План.

1. Физическое моделирование.

2. Математическое моделирование технологических процессов.

3. Моделирование процесса вибрационной сортировки сыпучих продуктов на гладкой поверхности.

1. Физическое моделирование.

Любой технологический процесс зависит от многих действующих на него факторов. Выделить главное и исследовать процессы или явления с помощью обширной информации затруднительно. Поэтому такую информацию стремятся сконцентрировать в некоторое абстрактное понятие-модель.

Под моделью понимают искусственную систему, отображающую с определённой степенью точности основные свойства изучаемого объекта - оригинала. При физическом моделировании физика явлений в объекте и модели их математические зависимости одинаковы. В случае математического моделирования физика явлений может быть различной, а математические зависимости одинаковы. Математическое моделирование приобретает особую ценность, когда возникает необходимость изучать особо сложные процессы.

Модели могут быть физические, математические, натурные. Физические модели позволяют наглядно представить протекающие в натуре процессы.

С помощью физических моделей можно изучать влияние отдельных параметров на течение физических процессов. Математические модели позволяют количественно исследовать явления, порой, трудно поддающиеся изучению на физических моделях. Натурные модели представляют собой масштабно изменяемые объекты, позволяющие наиболее полно исследовать процессы, протекающие в натурных условиях.

Стандартных рекомендаций по выбору и построению моделей не существует. Модель должна отображать существенные явления процесса. Мелкие факторы излишняя детализация, второстепенные явления лишь усложняют модель, затрудняют теоретические исследования. Изучить и проанализировать объект наиболее полно можно лишь при условии, что его модель представлена описанием физической сущности и имеет математический вид. Рассмотрим примеры по составлению моделей.

На рис.1 приведена модель деформирования. Модель 1, представленная пружиной, характеризует упругие свойства и подчиняется закону Гука -величина деформации прямо пропорциональна прилагаемой нагрузки Р. Такой закон деформации характерен для твёрдых упругих тел.

Модель 2, представленная движением поршня, в заполненной вязкой жидкостью цилиндре, характеризует вязкие свойства тел.

Деформация тел в данном случае происходят медленно, развиваясь во времени, и подчиняются закону Ньютона-сопротивление пропорционально скорости деформирования.

При параллельном соединении двух моделей в единое целое имеем модель деформирования упруго вязкого тела. Такое деформирование подчиняется закону Кельвина.

2. Математическое моделирование технологических процессов.

Математическая модель, соответствующая физической модели, может быть представлена в виде

Рис.1 - Схема сил, действующая на элементарную частицу

на вибрирующей плоскости.

, (1)

где Р у, Р в – упругое сжатие пружины и вязкое сопротивление жидкости;

E у, S у – модуль упругости и относительная деформация пружины;

- коэффициент вязкости;

- скорость деформирования.

Решая (1) при t=0, S=0, имеем

(2)

зависимость (2) в ряде случаев хорошо согласуется с экспериментом и позволяет изучить законы деформирования упруго-вязких материалов, например грунтов, бетонов, находящихся под основанием торгово- технологического оборудования.

Рассмотренная модель соответствует функциональной зависимости, когда одному значению аргумента соответствует только одно значение функции.

На рис. 2 приведена физическая модель, характеризующая закон вероятного распределения манной крупы, которая вытекает непрерывной струёй из лейки через решето в ящик с вертикальными секциями. Наблюдения показывают, что распределение частиц крупы в ящике подчиняется закону нормального распределения:

где у - ордината, частота распределения крупинок или количество крупы в секции;

x - абсцисса, номер секции в ящике, отсчитываемой от середины;

- среднеквадратическое отклонение. Выражение (3) является математической моделью вероятностного процесса, приведённого на рис.(2).

В настоящее время получили распространение модели, обеспечивающие оптимизацию технологических процессов и их управления

Пусть имеется предприятий общепита, потребляющих соответственно продуктов питания. В местах находятся притрассовые базы с запасами продуктов

При этом

Стоимость транспортирования единицы продукции из базы на объект равна ; - на объект . Количество продукта ,транспортируемое на объект из базы взаимосвязано с другими величинами системой уравнений:

(4)

В системе (4) первое уравнение означает количество продукта, транспортируемое из баз на объект второе – на объект Последнее уравнение – количество продукта, доставляемое на объекты из базы Все исходные данные сведем в матрицу условия задачи – табл. 1

Таблица 1

Базы	Объекты	Запасы
Общая потребность				-

Задача имеет много решений, так как имеет шесть неизвестных из пяти уравнений системы (4). Требуется определить наиболее выгодный вариант перевозки продуктов.

(5)

Уравнения (4), (5) – математическая модель, позволяющая оптимизировать транспортный процесс.

Физическая модель изображена на рис. 3.

3. Моделирование процесса вибрационной сортировки сыпучих продуктов

на неперфорированной гладкой поверхности.

Введение.

Однозначные слова – синонимы: классификация, фракционирование, сепарация, сортировка, просеивание.

Вибрационная сепарация (сортировка) основана на виброперемещении частиц по сепарирующей (сортирующей) поверхности (в частности, плоскости) по различным направлениям (траекториям). На рис. 1 изображена сепарирующая плоскость, наклоненная к горизонту под углом и колеблющаяся относительно неподвижной инерционной системе координат 30. с амплитудой А под углом направленности линии колебаний и частотой .Подвижную неинерционную систему координат ХОУ свяжем жестко с сепарирующей поверхностью.

На элементарную частицу (материальную точку), находящуюся на плоскости, действуют силы инерции J, тяжести (веса) G, трения , реакционное наружное давление N.

При нахождении колеблющейся плоскости в зоне I – выше линии адиабатического равновесия – сила инерции положительна и стремится сдвинуть материальную точку вверх вправо. Этому явлению противодействует сила трения ( - коэффициент трения скольжения). Однако составляющая противодействует составляющей силе тяжести и резко снижает значение величины нормальной реакции N, а соответственно и силы трения Таким образом, созданы благоприятные условия для перемещения материальной точки вверх по наклонной сепарирующей поверхности при условии:

где (1)

- угол трения скольжения.

Мелкие частицы, имеющие более выраженную фрикционность и высокое значение величины , перемещаются вверх по сепарирующей поверхности, а крупные частицы с невысоким значением угла трения

(2)

скатываются или скользят вниз по сепарирующей плоскости, т.е. происходит разделение частиц по крупности, а более точно по коэффициенту трения скольжения .

Уравнения относительно движения материальной точки в проекциях на подвижные оси неинерционной системы координат ХОУ запишутся в виде:

(3)

при (4)

Нормальная реакция N=N(t) находится из второго уравнения системы(3)

(5)

Для получения уравнения движения материальной точки по плоскости подставим значение силы трения и нормальной реакции из уравнений (4) и соответственно(5) в первое уравнение (3).После несложных преобразований получим:

(6)

Материальная точка остается на плоскости, когда N(f)>0, т.е. выполняется неравенство:

(7)

Таким образом, рис.1 является физической моделью процесса скольжения частиц, а уравнение (6) – математической моделью процесса виброперемещения частиц на этапе скольжения.

Выбор темы, формулирование задач научных исследований.

План.

1. Методы обоснования тем научных исследований.

2. Информационный поиск.

3. Анализ информации и формулирование задач научного исследования.

1. Методы обоснования тем научных исследований.

В научно-исследовательской работе различают научные направления, проблемы и темы.

Под научным направлением понимают сферу научных исследований научного коллектива, посвященных решению каких-либо крупных, фундаментальных теоретически - экспериментальных задач в определенной отрасли науки. Успех научной работы, эффективность ее во многом зависят от того, насколько удачно обосновано научное направление.

Структурными единицами направления являются комплексные программы и проблемы, темы и вопросы. Комплексная проблема включает в себя несколько проблем.

Под проблемой понимают сложную научную задачу, которая охватывает значительную область; исследования и имеет перспективное значение. Полезность таких задач и их экономический эффект иногда можно определить только ориентировочно.

Проблема состоит из ряда тем. Тема – научная задача, охватывающая определенную область научного исследования. Она базируется на многочисленных исследовательских вопросах. Под научными вопросами понимают более мелкие научные задачи, относящиеся к конкретной области научного исследования.

Результаты решения этих задач имеют не только теоретическое, но, главным образом, и практическое значение, поскольку можно сравнительно точно установить ожидаемый экономический объект.

При разработке темы или вопроса выдвигается конкретная задача в исследовании - разработать новый материал, машину, конструкцию, прогрессивную технологию и т. д. Решение проблем ставит более общую задачу - сделать открытие, решить комплекс научных задач, обеспечивающих ускорение теоретических разработок и процесса общественного производства.

Постановка (выбор) проблем или тем является трудной, ответственной задачей, включает в себя ряд этапов.

Первый этап - формулирование проблем. На основе анализа противоречий исследуемого направления формулируют основной вопрос-проблему и определяют в общих чертах ожидаемый результат.

Второй этап включает в себя разработку структуры проблемы. Выделяют темы, подтемы, вопросы. Композиция этих компонентов должна составлять древо проблемы (или комплексной проблемы). По каждой теме выявляют ориентировочную область исследования.

На третьем этапе устанавливают актуальность проблемы, т.е. ценность ее на данном этапе для науки и техники. Для этого по каждой теме выставляют несколько возражений и на основе анализа методом последовательного приближения исключают возражения в пользу реальности данной темы. После такой «чистки» окончательно составляют структуру проблемы и обозначают условным кодом темы, подтемы, вопросы.

После обоснования проблемы и установления ее структуры научный работник или коллектив, как правило, самостоятельно приступают к выбору темы научного исследования, что зачастую более сложно, чем провести само исследование.

К теме предъявляют ряд требований.

Она долина быть актуальной, т.е. важной, требующей скорейшего разрешении в настоящее время. Это требование одно из основных.

Четкого критерия для установления степени актуальности пока нет. Так, при сравнении двух тем теоретических исследований степень актуальности может оценить крупный ученый отрасли пли научный коллектив. При оценке актуальности прикладных научных разработок ошибки не возникнет, если более актуальной окажется та тема, которая обеспечит больший экономический эффект,

Тема должна иметь научную новизну, вносить вклад в науку, что значит, что тема в такой постановке никогда не разрабатывалась и в настоящее время не разрабатывается, т.е. дублирование исключается. Дублирование возможно лишь в отдельных случаях, когда по заданию руководящих организаций одинаковые темы разрабатывают два конкурирующих коллектива в целях разрешения наиважнейших государственных проблем в кратчайшие сроки.

Грань между научными и инженерными исследованиями стирается с каждым годом. Однако при выборе тем новизна должна быть не инженерной, а научной, т.е. принципиально новой. Если разрабатывается пусть даже новая задача, но на основе уже открытого закона, то это область инженерных, а не научных разработок. Поэтому необходимо отличать научную задачу от инженерной. Все то, что уже известно, не может быть предметом научного исследования.

Тема должна быть экономически эффективной и иметь значимость. Любая тема прикладных исследований должна давать экономический эффект в народном хозяйстве. Это одно из важнейших требований. Выбор темы должен базироваться на специальном технико-экономическом расчете.

При разработке теоретических исследований иногда требование экономичности может уступать требованию значимости. Значимость, как главный критерий темы, имеет место при разработке исследований, определяющих престиж отечественной науки или составляющих фундамент для прикладных исследований, или направленных на совершенствование общественных и производственных отношений и др.

Тема должна соответствовать профилю научного коллектива. Каждый научный коллектив (вуз, НИИ, отдел, кафедра) по сложившимся традициям имеет свой профиль, квалификацию, компетентность. Такая специализация, способствующая накоплению опыта исследований, дает свои положительные результаты - повышается теоретический уровень разработок, качество н экономическая эффективность, сокращается сроки выполнения исследования.

2. Информационный поиск.

Научный работник, прорабатывая тему, накапливает большое количество различной информации. В зависимости от названия и научной значимости темы объем информации может достигать 100 - 200 и более наименований.

Для эффективного анализа этой информации необходимо знать методы ее учета, проработки и анализа.

Учет проработанной информации сводится к составлению библиографии. Библиография - это перечень различных информационных документов с указанием следующих данных: фамилия и инициалы автора, название источника, место издания, издательство, год издания, объем источника в страницах.

Библиографический перечень составляют в алфавитном порядке по фамилиям авторов. Это ускоряет отыскание нужной информации. Проработка информации сводится к ее изучению к запоминанию.

Каждый источник должен быть тщательно изучен. Поэтому очень важно уметь работать над книгой.

Первым условием эффективной проработки документов является установка, т. е. цель чтения, направленность. Она активизирует мышление, повышает память, помогает понять читаемое, делает восприятие более точным. Этот психологический фактор требует от работника заранее создать определенное настроение для осмысливания читаемого, настроить себя «на определенную волну».

Прорабатывая текст, необходимо добиваться, чтобы каждое место было понятно. В отдельных случаях нужно не только понять, но я запомнить текст, на тот или иной период. Каждый научный работник должен владеть искусством запоминания.

Существуют различные способы запоминания.

Механический - основан на многократной покорении и заучивании прочитанного.

Смысловой способ основан на запоминании логических связей между отдельными элементами. При чтении необходимо понять не, отдельные элементы, а весь текст в целом, его смысл, направленность, значение. Часто достаточно быстро прочесть текст один раз, чтобы его запомнить. Однако при этом особое внимание необходимо уделять логическим связям. Логически смысловой способ запоминания во много раз эффективнее механического.

Текст хранится в памяти определенное время. Постепенно он начинает забываться. Вначале после восприятия информации процесс забывания происходит наиболее быстро, со временем темп его замедляется. Так, в среднем через один день теряется около 23 - 25 % заученного, через -5 дней -около 35 % и через 10 дней – 40 %.

Повторение - один из эффективных способов запоминания. Повторение бывает пассивным (перечитывание несколько раз) и активным (перечитывание с пересказом). Второй способ более эффективный, в нем сочетается заучивание и самоконтроль. Иногда полезно совмещать активное повторение с пассивным.

Прорабатывая научно-техническую информацию, применяют выписки, аннотации, конспекты.

Выписка – краткое (полное) содержание отдельных фрагментов (разделов, глав, страниц) информации.

Ценность выписок очень высока. Они могут заменить сплошное конспектирование текста, краткость их позволяет в малом объеме накопить большую информацию. Удачно отобранные выписки могут быть основой для дальнейшей мыслительной творческой деятель­ности научного работника.

Аннотация - это краткая характеристика произведения печати (их совокупности или их частей) с точки зрения содержания, назначения, формы и других особенностей. Аннотации составляют на данный документ информации в целом. Их удобно накапливать на отдельных картах по различным вопросам прорабатываемой темы. С помощью аннотации можно быстро восстановить в памяти текст.

Конспект - это подробное изложение содержания информации. Главное в составлении конспекта - это уметь выделить рациональное зерно применительно к разрабатываемой теме. Конспект должен быть содержательным, полным и по возможности кратким. Полнота записи означает не объем, а все то, что является главный в данной информации.

Существует два способа составления конспектов.

Первый заключается в том, что подобранная информация по данной теме прорабатывается последовательно. Вначале составляют конспект на каждую информацию, а затем все объединяют в одно обзорное произведение. Хотя этот способ наиболее распространенный, однако, он не достаточно эффективен - требует большой затраты времени.

Второй способ, выборочный, заключается в следующем. Подобранную информацию располагают в ряд по степени полноты, акту­альности, новизны.

Вначале изучают самую полную современную информацию с высоким научным уровнем. С помощью оглавления составляют полный план темы. Далее приступают к беглой проработке менее важной второстепенной информации, дополняя план основного первоисточника. В случае повторения второстепенную информацию опускают.

Второй способ сокращает время на подготовку обобщенного конспекта.

3. Анализ информации и формулирование задач

научного исследования.

Анализ должен быть критичным. Критику недостатков (методов, методик, формул, принципов и т. д.) следует производить корректно, интеллигентно, приводя обоснованные аргументы. Совершенно неверно руководствоваться положением: все, что сделано ранее, - неправильное, устаревшее, не соответствует новым требованиям.

Необходимо соблюдать принцип преемственности. Без прошлых исследований и достижений невозможно было бы ставить задачи на будущее, т. е. нельзя было бы получить эффект в настоящем и будущем.

Вместе с тем нельзя безоговорочно соглашаться с прежними достижениями, если они даже получены авторитетными учеными. Их нужно подвергать творческому критическому анализу с учетом достигнутого уровня в науке и технике, извлекать рациональные положения и базировать на них свои предположения.

При таком критическом анализе различные идеи, факты, теории сопоставляют друг с другом. Ценным является умение научного работника установить этап в истории исследуемого вопроса, определить рубеж, после которого в данной теме появились идеи, качественно изменившие направление исследовании.

В процессе активного анализа возникают собственные соображения и мнения, выявляются наиболее актуальные вопросы, подлежащие исследованию в первую и вторую очередь, формируются представления. Все это постепенно формирует фундамент будущей гипотезы научного исследования.

Бывают случаи, когда в процессе аналитического обзора научный работник лишь перечислит авторов и приводит аннотации их работ, не высказывая при этом своего мнения. Такой пассивный, формальный обзор информации совершенно недопустим.

Иным вариантом анализа является тематический. Весь объем информации систематизируют по вопросам разрабатываемой темы. При этом рассматривают последние издания научно-технической информации, по возможности монографии, в которых подведен итог исследований данного вопроса. Дополнительно выборочно анализируют источники, представляющие особый интерес.

Этот вариант обзора информационных источников более простой, его чаще применяют, он требует меньших затрат времени.

Однако он менее полно позволяет проанализировать имеющуюся по теме информацию,

Руководящей идеей всего анализа информации должно быть обоснование актуальности и перспективности предполагаемой цели научного исследования. Каждый источник анализируют с точки зрения исторического научного вклада в решение и развитие данной темы. При этой тщательно разбирают роль теории, эксперименте и ценность производственных рекомендаций.

На основании результатов проработки информации делают методологические выводы, в которых подводят итог критического анализа. В выводах должны быть освещены следующие вопросы: актуальность и новизна темы; последние достижения в области теоретических и экспериментальна» исследований по теме (в Украине и за рубежом); важнейшие, наиболее актуальные теоретические н экспериментальные задачи, а также производственные рекомендации, подлежащие разработке в данный момент; техническая целесообразность и экономическая эффективность этих разработок.

На основе указанных выводов формулируют в общем, виде цель и конкретные задачи научного исследования. Обычно количество задач подлежащих исследованию по теме одним научным работником, колеблется от 3 до 5 - 8. При этом важная роль принадлежит научному руководителю. Он ограничивает и направляет поиск, помогает разобраться (особенно начинающему научному работнику) в огромном потоке информации, отбросить второстепенные источники.

Методология теоретических исследований.

План.

1. Способы научного исследования.

2. Модели исследований.

3. Допущения в теоретических исследованиях.

4. Аналитические методы исследований.

5. Аналитические методы исследований с использованием экспериментов.

1. Способы научного исследования

Теоретические исследования должны быть творческими, их целью является получение новой, ценной информации. Опровергнуть существующие или создать новые научные гипотезы, глубоко объяснить процессы ила явления, которые раньше были непонятными или слабоизученными, связать воедино различные явления, т. е. найти стержень изучаемого протеса, научно обобщить большое количество опытных данных - все это, невозможно без теоретического творческого мышления.

Творческий процесс совершенствует известное решение. Совершенствование является процессом переконструирования объекта мышления в оптимальном направлении. Когда переработка достигает границ, определенных ранее поставленной целью, создается продукт умственного труда, например гипотеза исследования, т. е. научное предвидение. Процесс совершенствования приводят к своеобразному, оригинальному решению. Оригинальность проявляется в самостоятельной, неповторимой точке зрения на процесс или явление.

Поиск по сайту: