Учебный процесс представляет собой сложную социальную систему управления, элементы которой объединяются и взаимодействуют посредством информационных потоков. При этом информационные потоки могут быть различными по назначению и виду передаваемой информации. Статья посвящена обоснованию необходимости и путей оптимизации информационных потоков, существующих в учебном процессе. Приводится анализ задач, которые существуют при организации учебного процесса на примере высшего учебного заведения, роли современных информационных технологий, обеспечивающих обучение студентов. Данный анализ также характерен для учреждений не только высшего образования, но и дополнительного образования, когда слушатели одновременно работают, заняты семьей и обучаются в основном дистанционно. Представление учебного процесса с помощью сетевых моделей позволяет провести их формализацию в форме, удобной для оптимизации, в зависимости от поставленной задачи, соответствующей целевой функции и заданным ограничениям, учитывающим специфику каждой информационной модели учебного процесса. Рассмотрены сетевые модели организации учебного процесса, их особенности и формализация – представление в виде, удобном для моделирования и оптимизации. Проведен анализ различных видов информации, используемой в учебном процессе, методов ее количественной оценки. На основе моделей обоснованы задачи, которые существуют при оптимизации информационных потоков, и пути их решения с помощью математических методов оптимизации. Показана связь задач оптимизации информационных потоков образовательного процесса с близкими задачами применения информационных технологий в различных системах управления социальной и экономической областей.
Наука и техника
2025. — Выпуск 1
Содержание:
Проведено сравнение технологических характеристик изучаемых в последние годы и актуальных для металлообрабатывающего производства процессов лазерной эрозионной очистки (ЛО) изделий из ряда углеродистых сталей, чугуна и низколегированных сплавов цветных металлов от оксидных слоев из продуктов газовой или иной коррозии (часто имеющих негомогенную структуру и пористость). Для анализа эффективности различных (по составу слоев) лазерных процессов целесообразно использовать группу параметров, влияющих на энергоэффективность ЛО при деоксидировании поверхности. К этой группе отнесены: а) интегральный по времени энергетический критерий (Ken1s) нагрева до температур плавления и/или испарения слоя или (иногда) расположенной под ним металлической основы (или производный от Ken1s термохимический КПД нагрева), определяемый по энергозатратам; б) мощность (амплитудная или иная) излучения на единицу поверхности (N0) или отношение N0 к теплопроводности слоя, а также в) амплитуда давления фронта ударной волны (УВ) в лазерной плазме вблизи поверхности (Psw-p) или включающий ее безразмерный параметр, равный отношению Psw-p к напряжению сдвига для границы оксидный слой / металлическая основа. Безразмерный критерий Ken1s (или аналогичные ему) в ряде случаев будет удобнее для моделирования и масштабирования процессов ЛО, чем размерные комплексы, например тепловые критерии типа DMF (“difficulty of melting factor”), апробированные ранее в расчетах плазменного напыления керамических материалов. В данной группе параметров эффективности применима и такая характеристика, как нормированное (например, по Ken1s) число Пекле, характеризующее скорость движения границы плавления (или испарения) вдоль поверхности при сканировании луча. Рассматриваемые характеристики по предварительным данным позволяют оценить вклад основных механизмов удаления слоев в ходе импульсной ЛО: 1) теплового воздействия (“ablation”) с «медленным» нагреванием до точки плавления оксида (или до его испарения) в термодинамически квазиравновесных режимах; 2) инициирование термоупругих напряжений в кристаллической решетке фаз оксидов при воздействии импульса с высокой удельной мощностью, с образованием за счет этого сетки трещин в оксидной пленке и ее отслаиванием от металлической основы (“spallation”, приближенно характеризуемое достигаемым максимальным напряжением на границе пленка/основа); 3) плазмодинамический механизм действия фронта УВ на поверхность за счет генерации околоповерхностной плазмы с локальной УВ (с амплитудой давления до ≥10 МПа). При оценке процессов ЛО с учетом характеристик эффективности целесообразно использовать массив верифицированных данных, подобранных по теплофизическим свойствам слоев данного типа.
Ключевые слова
Контактная рельефная сварка различных материалов и сплавов приобрела широкое распространение в разных отраслях машиностроительной промышленности благодаря высокой производительности процесса, технико-экономическим показателям производства и обширному разнообразию типов сварных соединений. Несмотря на широкую распространенность, технологические процессы контактной рельефной сварки в производственных условиях не всегда способны обеспечить стабильно высокое качество сварных соединений. В связи с тем, что расчет параметров режима сварки проводят по универсальной методике, основанной на уравнении теплового баланса, отсутствуют рекомендательные параметры для разных типов соединений, что, как правило, приводит к завышению или занижению значений сварочного тока. Неверно определенные режимы контактной рельефной сварки приводят к появлению большого ряда дефектов Т-образных соединений. Одним из эффективных способов повышения качества сварных соединений, получаемых контактной рельефной сваркой, является математическое моделирование. Существующие математические модели процесса контактной рельефной сварки, как правило, обладают значительными приближениями в задании важных, с точки зрения цикла сварки, параметров режима, поэтому разработка модели, учитывающей их, является актуальной задачей. В статье рассматривается разработанная методика математического моделирования процесса контактной рельефной сварки Т-образных соединений с учетом фазового регулирования мощности тепловложения, которая используется для определения влияния энергетических параметров режима на характеристики перемещения подвижного электрода контактной сварочной машины. По результатам математического моделирования получены рекомендательные зависимости параметров режимов контактной рельефной сварки Т-образных соединений. Модель процесса контактной рельефной сварки Т-образных соединений реализована в программном продукте ANSYS. Адекватность разработанной методики математического моделирования подтверждена при помощи экспериментальных исследований процесса контактной рельефной сварки.
Ключевые слова
Рассмотрена схема устройства для обработки линз с выпукло-вогнутыми сферическими поверхностями типа отрицательный мениск среднего диаметра, позволяющего гибко и в широких пределах управлять процессом одновременного двустороннего абразивного формообразования отмеченных оптических деталей. Выполнено математическое моделирование обработки сферических поверхностей по методу свободного притирания с помощью инструмента в виде гриба и чашки. Получено аналитическое выражение для расчета путей скольжения, которые, согласно формуле Ф. Престона, пропорциональны величине съема материала с обрабатываемой заготовки. Проведен расчет путей скольжения в диаметральных сечениях обрабатываемых сферических поверхностей. Расчет выполнен для различных значений таких параметров режимов обработки, как амплитуды возвратно-вращательного движения инструментов и числа их двойных ходов в минуту, а также скорости вращения линзы. При этом рассматривали сечение с наибольшим расхождением путей скольжения и определяли относительное значение этих путей, которое пропорционально точности обработки. Выполнены исследования, позволившие установить, что при исправлении макропогрешностей на исполнительной поверхности линзы наиболее эффективно изменять амплитуду возвратно-вращательного движения инструментов, причем данные изменения следует выполнять в пределах от минимальной величины этой амплитуды, определяемой конструктивными особенностями конкретного базового технологического оборудования, до ее значения 0,65 от диаметра обрабатываемой детали. При этом для минимизации локальных погрешностей последней скорость ее вращения целесообразно назначать 60–70 об/мин.
Ключевые слова
Выполнен анализ причин образования внутренней и наружной коррозии серебряных монет, основу которых составляют примеси меди (23–70 %) и железа Fe (11 %) различной концентрации в зависимости от ранга и номинала. Существующие химические методы очистки с применением кислот и солей в основном эффективны при снятии окисных пленок небольшой толщины и могут привести к разрушению внутренней структуры монет. Экспериментальные исследования проводились на двух серебряных монетах номиналом 20 копеек из сплава металлов: 50 % серебра и 50 % меди в исходном оценочном состоянии VF (Very Fine) с пленками толщиной от 0,1 до 0,5 мм из карбоната серебра Ag2CO3, аргентита Ag2S и оксида серебра Ag2O. В качестве оборудования для очистки использован лазерный маркер Wattsan FL TT с волоконным иттербиевым излучателем IPG (рабочая длина волны 1064 нм, выходная мощность 15,5 Вт). Для управления параметрами перемещения луча лазерного маркера использовалось программное обеспечение EzCAD 2.14. При обработке серебряных монет оптимальными параметрами являются: скорость 5000 мм/с; частота следования импульсов 200 кГц и шаг между линиями обработки 0,01 мм, обеспечивающий двукратное перекрытие обрабатывающего излучения по оси х, пятикратное перекрытие по оси у. При этом для большей однородности воздействия лазерного излучения на поверхность целесообразно проводить обработку в несколько проходов с чередующимися направлениями. Наилучшее качество поверхности было получено при общем количестве проходов 6: из которых – 3 параллельно базовой оси х, 3 – под углом 45°. Визуальная оценка качества поверхности монет в процессе очистки проводилась на портативном цифровом USB микроскопе GUANMOU AN104/F210 при увеличении 50 крат. Оценку качества сформированной зеркальной поверхности осуществляли посредством изме-рения коэффициента отражения по стороне аверс в видимом спектральном диапазоне на спектрофотометре Photon RT Essentoptics. Применение лазерного метода очистки серебряных монет позволило улучшить их состояние с исходного VF (Very Fine) до XF или EF (Extremely Fine), а в сочетании с финишным полированием («Фторопол М» зернистостью 0,6–0,8 мкм в растворе глицерина С3Н8О3) до состояния UNC (Uncirculated), что подтверждается существенным возрастанием в 4–6 раз коэффициента отражения зеркальной поверхности.
Ключевые слова
В статье приведены схема модернизированного станка с планетарным движением инструмента для шлифования шариков из цветного камня и результаты испытания при обработке серпентинита. Существуют различные способы и устройства для обработки металлических шариков абразивными методами, применяемые в производстве подшипников. Эти устройства имитируют работу упорного подшипника. Один из инструментов содержит V-образный желоб, в котором получают преимущественно двухосное вращение обрабатываемые заготовки. Количественными критериями для оценки процесса обработки шариков являются производительность, точность геометрических размеров, сферической формы и шероховатость поверхности. В настоящее время находят также применение шарики из неметаллических материалов: керамики, стекла, ситаллов и камней, которые отличаются от стальных своими физико-механическими свойствами, в первую очередь такими, как хрупкость и меньшая прочность. Особенно это ощутимо при обработке минералов, применяемых в ювелирной промышленности, которые отличаются структурой, наличием слоистости, внутренних дефектов и пр. Все это вызывает необходимость выполнения обработки подобных материалов при режимах, отличающихся от режимов обработки стальных шариков (меньших усилиях давления, скоростей). Однако вопросам, посвященным методам обработки шариков из хрупких материалов, в том числе ювелирных камней, уделено недостаточное внимание. Во многих случаях необходимые способы и условия обработки таких материалов определяются повсеместно на практике методом проб и ошибок. Возрастающий объем производства шариков для изготовления ювелирных украшений из натурального камня вызывает необходимость проведения комплексных исследований и обобщения результатов этих исследований для разработки рекомендаций для их практического применения. В настоящей работе предложен метод обработки шариков в устройстве, обеспечивающем планетарное движение шариков за счет того, что дискообразный инструмент получает периодический поворот от действия силы трения, возникающей при касании его боковой поверхности со столом, совершающим планетарное движение. В результате шарики, расположенные в конических гнездах диска, получают ускоренное движение и катятся по циклоидной траектории. Дополнительный путь, который проходят шарики за одинаковое время, а также изменение соотношения углов поворота шариков вокруг своих трех осей создают условия для повышения производительности и точности обработки. Эксперименты были проведены на опытной установке при обработке заготовок из серпентинита, который относится к группе мягких камней. Результаты работы показали, что время обработки партии на каждой операции шлифования деталей до достижения стабилизации размеров не превышает 30 мин. Величина съема припуска, степень достижения необходимой точности размеров шариков и шероховатость определяются размером абразивного зерна.
Ключевые слова
Усиление того или иного повреждающего фактора ведет к снижению прочности, или износостойкости. Взаимодействие повреждающих явлений оказывается сложным. Если к циклической нагрузке (циклическое замораживание-оттаивание, механическая усталость) добавить контактную нагрузку (трение и износ), то надежность и долговечность воспринимающей их системы может либо снизиться, либо увеличиться, либо остаться на прежнем уровне. Результаты зависят от условий взаимодействия повреждающих явлений. На стыке трибологии и механики усталостного разрушения в середине 1980-х гг. благодаря исследованиям профессора Л. А. Сосновского возникла трибофатика – наука, которая изучает не взаимное влияние отдельных повреждающих факторов, а сложное сочетание различных повреждающих явлений. В результате этого взаимодействия обнаруживается особый тип деградации конструкционного бетона причальных сооружений – комплексное износоусталостное повреждение. Условия и закономерности такого повреждения причальных сооружений изучает трибофатика. Проектирование железобетонных конструкций по предельному состоянию – традиционный метод. Для ответственных конструкций причальных сооружений целесообразно ресурсное проектирование. Технический ресурс является показателем долговечности. Это наработка объекта, в данном случае железобетонных причальных сооружений, от начала эксплуатации до наступления предельного состояния. Исследованы морские портовые сооружения на побережье дальневосточных морей, отличительной особенностью эксплуатации которых являются климатические условия острова Сахалин. На конструкции портовых сооружений воздействуют волны. В зимний период при похолодании до отрицательных температур происходит обледенение конструкций в переменном уровне воды, на них оказывают воздействие плавающие льды.
Ключевые слова
В статье исследуются особенности формирования микроклимата при использовании лучисто-конвективного отопительного прибора – радиатора. Основная цель работы заключается в определении достоинств и недостатков радиаторного отопления в жилых помещениях, оценке влияния размеров окна, габаритов помещения и прибора на формирование микроклимата в помещении. Исследование включает анализ температурных и скоростных полей в трех характерных помещениях различного размера и конфигурации. Авторы выявляют недостатки текущих отопительных систем, связанные с неравномерным распределением температуры по высоте помещения и формированием зон пониженного комфорта у окон. В работе исследуются три типичных помещения, для которых проводится математическое моделирование тепловых процессов с использованием дифференциальных уравнений для описания процессов тепло- и массообмена. Основное внимание уделяется влиянию размеров окон, габаритов помещения и отопительных приборов на микроклимат. Авторы отмечают, что радиаторы не всегда перекрывают всю ширину окон, что приводит к образованию у их краев холодных зон, к проникновению холодного воздуха вглубь помещения и образованию зон дискомфорта внутри помещения. Результаты моделирования показывают, что параметры воздуха в помещениях соответствуют нормативам ГОСТ, однако субъективный комфорт жителей может снижаться из-за неравномерного распределения температуры. В заключение делается вывод о необходимости разработки новых типов отопительных приборов, которые будут эффективнее справляться с задачей поддержания комфортного микроклимата и исключат негативное влияние на комфорт проникновения холодного воздуха через оконные проемы.
Ключевые слова
В статье рассматривается влияние климатических факторов на энерго- и водопотребление городской системы водоснабжения. Цель исследования – выявить взаимосвязи между температурой наружного воздуха, осадками и нагрузкой на систему водоснабжения для обоснования факторов, необходимых для создания сезонных моделей водопотребления и повышения энергоэффективности водозаборов. Задача научной работы заключалась в проверке выдвинутой гипотезы, согласно которой повышение температуры воздуха приводит к увеличению водопотребления и, как следствие, к росту энергозатрат на работу насосных станций и систем водоочистки. Одновременно предполагалось, что атмосферные осадки будут оказывать противоположное влияние, снижая водопотребление в периоды интенсивных дождей. В работе использован корреляционный анализ для оценки силы и направления связей между температурой воздуха, осадками и параметрами энерго- и водопотребления. Для количественной оценки влияния климатических факторов был применен регрессионный анализ. Метод скользящего среднего использован для сглаживания данных и уменьшения разброса случайных колебаний. Также применялись методы фильтрации и отсечения данных, которые позволили разделить их по температурным порогам и провести отдельные исследования для различных диапазонов. Полученные результаты демонстрируют, что рост энергопотребления тесно связан с увеличением спроса на воду, который возрастает с каждым градусом наружного воздуха. Это объясняется ожидаемым ростом водопотребления на поливы и бытовые нужды в теплые периоды. Температурный фактор выше 25 °C определял 15,8 % водопотребления, что также совпадало с ростом этого вклада и в электропотребление системы (15,6 %). Однако при анализе данных в области отрицательных температур явной связи между температурой и потребностью в воде не наблюдалось. Вместе с тем была выявлена корреляция между температурой и расходом электроэнергии, что связано с дополнительными затратами на поддержание системы водоснабжения в условиях холодного климата. Сделаны выводы о необходимости дальнейшего исследования дополнительных переменных, таких как типы дней недели (рабочие, выходные, праздничные), сезоны года, а также другие социально-экономические факторы, влияющие на водопотребление и энергозатраты. Комплексные результаты работы могут быть использованы для планирования работы водоканалов, управления энергоресурсами и разработки стратегий повышения энергоэффективности в системах водоснабжения