Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий @vestnik-vsuet
Статьи журнала - Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий
Все статьи: 2600
Модели многокритериального поэтапного выбора решений, их использование в сахарной промышленности
Статья научная
Оптимальное управление действующими системами может быть сведено к задаче многокритериального поэтапного выбора эффективных решений в дискретных системах. Их структуру можно описать в виде ориентированного графа с заданными на его дугах векторными весами, а проблему выбора свести к проблеме поиска оптимальных путей на графе. Существующие методы поиска применяются только для линейных систем, структура которых описывается ациклическими графами. Нелинейные структуры содержит в своем составе разветвления и/или возвраты технологических потоков и для них методы многокритериального поэтапного выбора непосредственно неприменимы. Для решения таких задач предлагается использовать модель декомпозиции графа, описывающего структуру рассматриваемой системы, на ациклические подграфы и модель синтеза эффективных интегральных путей. Последнее будем осуществлять последовательным объединением их фрагментов - эффективных путей, найденных в ациклических подграфах, и сужением посредством функции выбора с учетом условия целостности системы. Далее в статье приводится численная реализация моделей декомпозиции и синтеза интегральных решений. Предлагаемые модели проверялись на примере оптимизации отделения кристаллизации в сахарной промышленности. Задача заключалась в выборе из множества возможных управляющих воздействий некоторой совокупности альтернативных вариантов, оптимальных по 3 аддитивным критериям эффективности. На каждой стадии процесса были выбраны соответствующие управляющие воздействия и построен граф вариантов управляющих воздействий с заданными на его дугах количественными оценками критериев эффективности. В результате применения разработанных моделей было получено множество эффективных интегральных путей, состоящее из 38 вариантов. Каждому такому решению соответствовал вариант значений управляющих воздействий на стадиях процесса.
Бесплатно
Модели оценки эффективности деятельности сотрудников вуза
Статья научная
В работе обоснована необходимость совершенствования системы стимулирования сотрудников вуза в условиях конкурентной борьбы в сфере высшего образования, обоснована необходимость в разработке отдельной модели для оценки эффективности деятельности руководителей подразделений. Выполнен анализ методов оценки производственной функции подразделений. Показано преимущество применения пограничных методов оценки эффективности экономических структур в области высшего образования. Обоснован выбор метода оболочки данных DEA для решения поставленной задачи. Разработана модель оценки эффективности функционирования подразделений вуза на основе методологии DEA. На основе действующих в России, Казахстане и других странах систем оплаты труда сотрудников вузов разработана структура системы критериев оценки деятельности сотрудников вуза. Для уточнения и конкретизации критериев эффективности деятельности подразделений разработана стратегическая карта, которая позволила определить входные и выходные параметры модели. Использование методологии DEA позволяет учитывать большое количество входных и выходных параметров, повысить объективность оценки за счет исключения экспертов, получить промежуточные данные, позволяющие выявить сильные и слабые стороны оцениваемого объекта.
Бесплатно
Модели технологических систем с гидродинамикой идеального вытеснения и смешивания в Simulink
Статья научная
Основной трудностью при использовании динамических моделей элементов технологических систем с гидродинамикой идеального перемешивания и вытеснения в системах компьютерного моделирования MathWorks Simulink™ является представление обыкновенных дифференциальных уравнений (ОДУ) и дифференциальных уравнений в частных производных (ДУЧП), описывающих динамику процесса, в набор блоков MathWorks Simulink™. Цель работы - разработка подхода к синтезу матричных динамических моделей элементов технологических систем с гидродинамикой идеального перемешивания и вытеснения, позволяющего осуществлять переход от ДУЧП к системе ОДУ на основе матричного представления дискретизации производных по координате. Процесс синтеза динамической матричной математической модели рассматривался на примере охладителя сахарного сиропа. Показателями качества готового продукта выбраны размеры кристаллов сахарозы и их доля в общем объеме помадной массы. Учет зависимости вязкости сиропа от температуры, тепловых эффектов в результате процесса кристаллизации сахарозы из сиропа, конструктивных особенностей типовой помадосбивальной машины позволил уточнить динамику процесса охлаждения сиропа...
Бесплатно
Моделирование вероятностного конфликта технологических систем
Статья научная
В последнее время для исследования конфликтов все чаще применяется метод математического моделирования. Его значимость связана с тем, что экспериментальные исследования таких конфликтов достаточно трудоемки и сложны. Однако существующие подходы к исследованию конфликта не учитывают стохастический характер систем, страдают концептуальной неполнотой. Возникает потребность в разработке моделей, алгоритмов и принципов, позволяющих оценивать конфликтные взаимодействия, выбирать конфликтные решения для обеспечения не худших условий функционирования. Для стохастических технологических систем в качестве функции полезности будем рассматривать вероятность достижения заданной цели. Будем считать, что некоторая система S1 конфликтует с системой S2, (S2 К S1), если q(S1,S2)1,), где q - функция полезности надсистемы S = {S1,S2}. При этом можно говорить о конфликте случайных событий, заключающихся в достижении некоторых целевых состояний. Тогда, если А и В - совместные зависимые случайные события, то вероятностный конфликт между событиями (А К В) можно определить двумя способами: Определение 1. Между А и В наблюдается вероятностный конфликт первого рода (А К1 B), если P(A/B)2 B), если P(A/B)
Бесплатно
Статья научная
Разработана аппаратная аналоговая модель искусственной нейронной сети на основе специально обученной программной искусственной нейронной сети для моделирования процесса восстановления поврежденных биологических и биотехнических систем с использованием нейрочипов на основе эволюционного метода обучения. Проведена серия из 12 вычислительных экспериментов по восстановлению поврежденной аппаратной аналоговой искусственной нейронной сети с помощью программной искусственной нейронной сети. Для восстановления поврежденной сети используется эволюционный подход. В большинстве случаев удается восстановить поврежденную аппаратную аналоговую нейронную сеть до 100% точности. Полученные результаты подтверждают работоспособность предложенного подхода в рамках моделирования восстановления поврежденных биологических и биотехнических систем с использованием нейрочипа на основе эволюционного метода с применением механизма “изоляции”. Предложенный метод восстановления открывает перспективы для таких областей как: нейропротезирование, самообучающиеся и само адаптирующиеся системы; реверс-инжиниринг; восстановление поврежденных банков данных, восстановление изображений; принятие решений и управление и т. п.
Бесплатно
Статья научная
Математическое моделирование в программных пакетах CFD является мощным элементом проектирования и расчета задач любой сферы инженерной деятельности. CFD-пакет содержит в себе комплекс программ, которые позволяют на основе математических законов моделировать объекты различных областей науки. Для биотехнологических процессов, как и для других химико-технологических процессов, используется программа ANSYS Fluent, которая приспособлена для описания гидродинамики подобных систем. Поскольку одной из актуальных тем современной биотехнологии является культивирование клеток, то с помощью данного программного пакета была создана модель половолоконного мембранного биореактора. Изучаемые волокна представляют собой полые цилиндрические мембраны, предназначенные для культивирования клеток. Показателем эффективности процесса роста клеток в рассматриваемом биореакторе является увеличение численности клеток, а именно полное заполнение ими внешнего пространства мембранных волокон биореактора. С ростом клеток уменьшается проницаемость волокна, что влияет на проникновение питательной среды сквозь поры мембраны. Особенность процесса состоит в необходимости подачи такого количества жидкости, чтобы организовать доставку оптимального количества питательной среды клеткам, расположенным по всей поверхности мембраны. Для этого при различных объемных расходах рассчитано скоростное распределение потока питания внутри мембранного волокна и в целом биореакторе с учетом законов сохранения массы и импульса, а также допущений при составлении математической модели. В работе описан анализ гидродинамики в половолоконном мембранном биореакторе с помощью созданной трехмерной математической модели в программном комплексе ANSYS Fluent. Рассмотрены особенности построения модели для одной мембраны, а также отражены результаты моделирования гидродинамики потоков в объеме биореактора.
Бесплатно
Статья научная
Разработана математическая модель кинематики пластического течения при обжатии тонкостенной прецизионной трубы, применяемом для калибровки концов унифицированных элементов трубопровода летательных аппаратов из титановых сплавов и коррозионно-стойких сталей перед сборкой в трассу посредством автоматической аргонодуговой сварки кольцевых стыков. Для моделирования применяется энергетический критерий устойчивости с использованием кинематически возможных полей скоростей для получения верхней оценки усилия деформирования. Разработанная модель кинематики пластического течения позволяет получить энергосиловые параметры основного состояния процесса калибровки обжатием и может быть использована для решения задачи об устойчивости процесса деформирования по результатам сопоставления энергетических (силовых) параметров для основного (устойчивого) и возмущенного состояний. Моделирование производится в цилиндрической системе координат путем сравнения вариантов кинематически возможных полей скоростей течения, удовлетворяющих условию несжимаемости и кинематическим краевым условиям. По результатам моделирования был выбран вариант разрывного поля скоростей, при котором уменьшение наружного радиуса R происходит только за счет увеличения толщины стенки трубы t. Для данного варианта величина давления обжатия имела наименьшее значение, следовательно выбранное поле скоростей наиболее близко к действительному. Установлено, что с увеличением шага подачи l при калибровке многосекторным инструментом требуемое давление обжатия q уменьшается. При одинаковом шаге подачи l трубу с меньшей относительной толщиной t/R необходимо калибровать меньшим давлением обжатия. С возрастанием предела текучести при сдвиге материала трубной заготовки давление обжатия q увеличивается.
Бесплатно
Моделирование кинематики пластического течения при формообразовании гофра облегченного фланца
Статья научная
Определение предельных возможностей формообразования гофра фланца раздачей со свободным перемещением конца трубной заготовки в жестких разъемных матрицах эластичной средой.
Бесплатно
Моделирование кинетики вулканизации полидиенов
Статья научная
Предложена модель кинетики вулканизации, позволяющая описывать кинетические кривые любой формы и на базе экономного лабораторного эксперимента аналитически оценивать кинетику изотермической вулканизации. При изучении кинетики вулканизации принимали, что отдельные стадии процесса вулканизации значительно различаются по скорости и для определения параметров модели на реометрической кривой выделяли несколько областей. Это позволило описать процесс набором простых сопряженных реакций первого и второго порядка вулканизации.
Бесплатно
Статья научная
Процесс синтеза стирола, протекающий в двухступенчатом адиабатическом реакторе непрерывного действия, является сложной химико-технологической системой. Он характеризуется недетерминированностью, нестационарностью и протекает в условиях постоянно действующих неконтролируемых возмущений. В связи с этим задача разработки системы предиктивного управления концентрацией основного продукта реакции дегидрирования - стирола для поддержания данной величины в заданном диапазоне на протяжении всего периода эксплуатации является актуальной. Ее решение невозможно без разработки на основе уточненной кинетической схемы процесса модели, учитывающей падение активности каталитического слоя реактора вследствие коксообразования на его поверхности. В статье обоснованы и предложены: зависимость изменения падения активности каталитического слоя как функция времени эксплуатации реакторного блока и усовершенствованная модель кинетики химических превращений. Синтезированная математическая модель процесса представляет собой систему обыкновенных дифференциальных уравнений и позволяет: рассчитывать профили концентраций компонентов реакционной смеси за время прохождения шихты через ступени адиабатического реактора, определять состав контактного газа на выходе из реакторных ступеней на протяжении всего цикла работы каталитической системы, с учетом изменения температурного режима протекания процесса и падения активности каталитического слоя. Выполнена оценка значений констант скоростей химических реакций, а также расчет и анализ концентраций основных и побочных продуктов реакции дегидрирования на выходе из реакторной установки. Результаты моделирования показывают, что изменение температурного режима работы реактора, производимое по экспоненциальному закону с учетом дезактивации каталитического слоя, позволяет обеспечить выход конечного продукта в заданном технологическим регламентом диапазоне на протяжении всего цикла эксплуатации реакторного блока.
Бесплатно
Статья научная
Экстрагирование сахарозы является ключевым процессом свеклосахарного производства, определяющим его эффективность. Этот процесс существенно ускоряется при комплексном тепловом, электрическом и химическом воздействии на свекловичную ткань в процессе ее подготовки и осуществляется в ошпаривателях различных конструкций. Конструктивные параметры ошпаривателя можно оценить с использованием методов математического моделирования. При разработке модели применили конечно-элементный подход путем представления сложных тел в виде большого количества отдельных однотипных элементов и метод динамики частиц. При моделировании введен ряд коэффициентов, связанных с разбиением стружки на отдельные шарообразные элементы: mЭ, cС, dЭС, cИС. Для их расчета использовали справочные и экспериментальные данные. Математическая модель реализована в виде системы дифференциальных и алгебраических уравнений, для обработки которых разработана компьютерная программа на языке Object Pascal. Разработанная модель позволяет варьировать большое число конструктивных и технологических параметров ошпаривателя и механико-геометрических параметров свекловичной стружки, и определять показатели, характеризующие эффективность термохимической обработки стружки. В качестве конструктивных параметров выбраны угол наклона форсунки в вертикальной плоскости, длина и диаметр форсунки. Эффективность конструкции ошпаривателя оценивали массой свекловичной стружки, накопившейся на форсунке, и временем контакта свекловичной стружки с внутренними поверхностями ошпаривателя. В ходе компьютерного эксперимента установлено, что увеличение угла наклона форсунок при различных их длине и диаметре существенно снижает массу накапливающейся стружки и время контакта стружки с поверхностью ошпаривателя. Полученная модель предназначена для конструирования опытных образцов ошпаривателя.
Бесплатно
Моделирование коррозионного процесса при взаимодействии белой жести с овощными консервами
Статья научная
При выборе металлической упаковки для овощных консервов целесообразно учитывать их коррозионную агрессивность, т.к. коррозия внутренней поверхности является одним из факторов, оказывающих влияние на качество продукции в процессе хранения. Для рационализации коррозионных испытаний металлических упаковочных материалов пищевые продукты целесообразно заменять модельными средами - растворами органических кислот. Целью настоящей работы являлось изучение кинетики коррозии белой консервной жести электролитического лужения (ЭЖК) в модельных средах - водных растворах щавелевой (массовая доля 0,25-1,00%) и лимонной (массовая доля 0,25-1,50%) кислот, а также их смесей. Скорость равномерной коррозии измеряли методом линейного поляризационного сопротивления, питтинговой коррозии - амперометрии нулевого сопротивления. Испытания проводили при помощи коррозиметра «Эксперт-004», по двухэлектродной схеме. Для растворов щавелевой кислоты с массовой долей 0,25 и 0,50% и для всех растворов лимонной кислоты процесс характеризуется как равномерная коррозия - средние стационарные значения скоростей питтинговой коррозии в 7-11 раз меньше соответствующих значений скоростей равномерной коррозии (1,52-3,93 мкм/год и 17,42-26,56 мкм/год, соответственно)...
Бесплатно
Моделирование механизма мультипликатора инвестиций
Краткое сообщение
В статье отмечена актуальность выбранной темы в настоящее время, связанная с притоком денежных средств. Рассмотрены показатели, используемые при анализе эффективности инвестиций, которые можно подразделить на основанные, на дисконтированных оценках и основанные на учетных оценках. При оценке рисков рассмотрено влияние инфляции. Это достигается путем корректировки элементов денежного потока или коэффициента дисконтирования на индекс инфляции. В статье представлены подходы различных ученых к сущности термина «инвестиции», показано соотношение между ними, выделены отличительные признаки инвестиций по отношению к текущим затратам. Рассмотрены основные виды инвестиций, раскрыто их содержание. Определен мультипликатор инвестиций. При незначительном сокращении инвестиционных расходов может произойти существенное снижение дохода. Поэтому для эффективного функционирования экономики следует обеспечивать определенное значение коэффициента мультипликации, создавать условия для бесперебойной инвестиционной деятельности. Инвестиции играют существенную роль в функционировании и развитии экономики, а изменения в физических объемах и количественных соотношениях инвестиций оказывают воздействие на объем общественного производства.
Бесплатно
Статья научная
В статье предложен алгоритм моделирования непрерывного процесса низкотемпературной свободно-радикальной сополимеризации бутадиена со стиролом в эмульсии, основанный на методе Монте-Карло. Этот процесс лежит в основе промышленного производства бутадиен-стирольного синтетического каучука, который является наиболее распространённым крупнотоннажным каучуком общего назначения. В основе алгоритма моделирования лежит имитация роста каждой макромолекулы образующегося сополимера и отслеживание происходящих с ней процессов. Моделирование осуществляется с учётом распределения по времени пребывания частиц в системе, что даёт возможность исследовать процесс, протекающий в батарее последовательно соединённых полимеризаторов. При этом каждый полимеризатор представляет собой реактор идеального смешения непрерывного действия. Так как процесс является непрерывным, то при моделировании учтено постоянное добавление порции реакционной смеси в первый реактор каскада. Построенная модель позволяет исследовать молекулярно-массовые и вязкостные характеристики образующегося продукта сополимеризации, прогнозировать массовое содержание бутадиена и стирола в сополимере, проводить расчёт молекулярно-массового распределения получаемого продукта в любой момент времени ведения процесса. По результатам проведённых вычислительных экспериментов проведён анализ влияния режима, вводимого во время ведения процесса регулятора на изменение характеристик образующегося бутадиен-стирольного сополимера. Так как рассматриваемый процесс проходит с участием мономеров двух типов, то помимо перечисленного модель позволяет исследовать композиционную неоднородность получаемого продукта, то есть проводить расчёт композиционного распределения и распределения макромолекул по размеру и составу. На основе предложенного алгоритма создано программное средство, позволяющее отслеживать изменение характеристик образующегося продукта в динамике.
Бесплатно
Моделирование облика пищевых технологий в шестом технологическом укладе
Статья научная
Статья посвящена некоторым аспектам создания технологий будущего АПК России. В центре внимания находится диалектический подход к разработке сложных технологий АПК как синергетического комплекса процессов преобразования сельхоз сырья в продукты питания. Круг обсуждаемых вопросов включает: возможный облик технологий АПК в Шестом технологическом укладе с позиций прикладной философии; диалектическую неизбежность усложнения технологии АПК; развитие систем автоматического проектирования и систем автоматизации научных исследований; производительный труд учёного и инженера АПК в Пятом, Шестом и Седьмом технологических укладах; условие технологического прорыва в будущее АПК России; диалектику революционных и эволюционных подходов в развитии пищевых технологий. В период скачка в развитии пищевой технологии происходит как радикальное изменение ее структуры, так и всплеск функциональных возможностей, в результате чего ослабляются внутренние противоречия. Поэтому с достижением нового, более высокого уровня организации технологии становится меньше противоречий с резко выраженными тормозящими факторами. Однако противоречия не исчезают вовсе, вместо одних появляются другие, но, как правило, менее острые, т. е. характерные для более высокого уровня организации. Дальнейшее развитие технологии идет в виде эволюционных изменений: совершенствование процессов и модернизация оборудования. Для создания инновационных технологий необходимо: проанализировать современные технологии АПК России и их техническое сопровождение с точки зрения возможности и целесообразности создания в перспективе системных технологических комплексов индустриального производства и переработки продукции сельского хозяйства в продукты питания; разработать перспективные про-граммы поисковых, фундаментальных, прикладных и опытно-конструкторских работ с государственным бюджетным финансированием по сквозным технологиям системного комплекса на период до второй половины XXI века и далее; организовать подготовку научных и инженерных кадров путем объединения вузов сельскохозяйственного и пищевого профилей.
Бесплатно
Моделирование одномерного гармонического осциллятора в среде matlab/simulink
Статья научная
Изложены результаты моделирования одномерного гармонического осциллятора средствами MATLAB/SIMULINK. На примере осцилляторов показаны возможные подходы и технологии построения моделей реальных физических систем на основе их математического описания.
Бесплатно
Моделирование основных параметров экономической устойчивости (на примере ОАО «Богучармолоко»)
Статья научная
В статье изложено авторское видение процесса управления экономической устойчивостью предприятия при помощи моделирования основных параметров его деятельности и обоснованна актуальность выбранной темы исследования. Проанализированы теоретические и методологические основы экономической устойчивости предприятия в соответствии с российскими условиями развития рыночной экономики, а также разработаны практические рекомендации по моделированию основных параметров экономической устойчивости организации. В настоящее время управление экономической устойчивостью - один из важнейших факторов функционирования и развития предприятий в условиях мирового финансового кризиса. Актуальность этого направления непрерывно возрастает в соответствии с усложнением хозяйственных связей, условиями меняющейся внешней среды. Комплексный подход к разработке наиболее приемлемых вариантов механизма управления экономической устойчивостью с учетом опыта развитых стран, специфики отрасли, факторов воздействия внешней среды может стать основой разработки общей долговременной стратегии экономического развития предприятия. Проблемы экономической устойчивости предприятий вызваны тем, что обычно осуществляемые в изменяющихся условиях оперативные меры позволяют на короткое время удерживать состояние предприятия стабильным, но не меняют ситуации кардинально. Таким образом, они связаны, с одной стороны, с недостаточным видением перспектив развития предприятия, с другой - с узостью применяемого подхода к диагностированию существующего положения и прогнозированию изменения внешних факторов.
Бесплатно
Статья научная
Положительное влияние на организм человека полиненасыщенных жирных кислот подтверждено многочисленными исследованиями. Поэтому представляется актуальным создание пищевых систем для обогащения продуктов массового потребления физиологически активными и эссенциальными веществами, в частности полиненасыщенными жирными кислотами. Эффект алиментарного шунтирования организма человека полиненасыщенными жирными кислотами зависит от множества факторов, самыми существенными считаются их количество в рационе, состав, соотношение полиненасыщенных и насыщенных жирных кислот, наличие антиоксидантов. Цель исследований - разработка методики управления качеством пищевых систем для балансирования соотношения (-6 и (-3 полиненасыщенных жирных кислот. Был разработан программный продукт, позволяющий подбирать соотношения компонентов в пищевой композиции для заданных соотношений (-6/(-3. Для примера была выбрана пищевая обогащающая система, состоящая из жмыха зародышей пшеницы, масел амаранта и тыквы...
Бесплатно
Моделирование пневматического привода мехатронного комплекса для порционирования пищевых продуктов
Статья научная
Рассмотрен пневматический привод режущего рабочего органа мехатронного комплекса для порционирования пищевых продуктов. Проанализированы уравнения динамики пневмодвигателя. Приведена принципиальная схема пневматического привода. Изложена математическая модель для силы полезного сопротивления при движении пневмодвигателя с режущим инструментом. Приведена математическая модель для сил сопротивления резанию пластинчатым ножом.
Бесплатно
Моделирование поведения водителя при управлении автотранспортным средством
Статья научная
В статье выполнено поэтапное формирование образов и действий водителя. В изложенных рассуждениях авторы исходили из следующих предположений: рассматривалось движение массовых, серийно выпускаемых в настоящее время отечественной промышленностью автомобилей; рассматривалось движение одиночных автомобилей, как наиболее типичных и наиболее опасных случаев, позволяющих оценить влияние параметров дороги на режим движения "в чистом виде"; водители стремятся к сокращению времени поездки и потому движутся с максимально-возможной скоростью; водители выбирают скорость движения, зрительно оценивая лежащий впереди участок пути и учитывая скорость к моменту этой оценки; поведение водителя при прочих равных условиях определялось влиянием ограничения видимости и условиями зрительного восприятия; рассматривалось движение на подъём и спуск, но определяющим являлось направление спуска. Совокупность операций, ответвляемых водителем, можно представить как многоуровневую систему, содержащую три основные группы психофизиологических процессов: деятельность анализаторов (восприятие информации); работа центральной нервной системы (переработка и хранение информации); эффективная деятельность (ответные действия по реализации принятого решения). На основании принятой информации в сознании человека формируются образы внешней среды, совокупность которых составляет информационную модель объекта. Сравнивая ее с эталонами (энграммами памяти), водитель вырабатывает наиболее целесообразный в данных условиях комплекс действий. Реализация принятого решения является заключительным этапом реакции человека на внешнюю среду и выражается в изменении степени использования силы тяги двигателя или тормозной силы; изменение положения управляемых колес, как не отражающееся на скорости движения, можно в алгоритме работы водителя не учитывать. Анализ представленных схем алгоритмов позволяет получить количественные характеристики процесса движения автомобиля: показатели стереотипности, логической сложности.
Бесплатно
