Том 29, № 3 (2021)
Информатика, вычислительная техника и управление
Многофакторный анализ и оптимизация операций по реализации внешнеэкономической деятельности промышленного предприятия
Аннотация
Статья посвящена актуальной проблеме повышения эффективности внешнеэкономической деятельности предприятий металлургической и машиностроительной отраслей промышленности.
Для повышения экономической эффективности функционирования промышленных предприятий в процессе реализации внешнеэкономической деятельности (ВЭД) предлагается алгоритм многофакторного анализа, включающий процедуру оптимизации системы взаимодействия предприятия с таможенными органами. При разработке и апробации алгоритма в качестве ключевых звеньев, определяющих повышение эффективности ВЭД предприятия, рассматриваются таможенные операции.
Для проведения многофакторного анализа сравнительной эффективности совершения импортных и/или экспортных таможенных операций формулируются задачи математического программирования на основе CCR модели DEA (Data envelopment Analysis) метода. Полученные в результате решения задач математического программирования относительные оценки эффективности позволяют выявить неэффективные или наименее эффективные экспортные и импортные таможенные операции.
На основе ориентированных взвешенных графов разработаны процедуры оптимизации следующих параметров таможенных операций: времени совершения таможенных операций, трудозатрат предприятия, финансовых издержек, связанных с соблюдением установленных запретов и ограничений внешнеторговой деятельности.
Апробация алгоритма осуществлена на примере промышленного предприятия металлургической отрасли промышленности АО «Арконик СМЗ», осуществляющего экспортные операции по реализации крышечной ленты собственного производства, а также импортные операции поставки лака, который является необходимым технологическим материалом для обеспечения производственного процесса ленты.
Принимаемые на основании сравнительных оценок полученных результатов оптимизации управленческие и операционные решения позволяют исключить неэффективные таможенные операции ВЭД промышленного предприятия.
6-37
Оптимизация конструктивных и режимных параметров индукци-онной нагревательной установки для закалки
Аннотация
В работе рассматривается проблема оптимизации конструктивных и режимных параметров индукционной нагревательной системы для поверхностной закалки стального цилиндрического вала сложной геометрии, содержащего переход с малого диаметра на большой. Задача оптимального проектирования индуктора формулируется применительно к нелинейной двумерной численной модели взаимосвязанных электромагнитных и температурных полей на стадии индукционного нагрева, разработанной в ППП ANSYS Mechanical APDL. Описаны этапы решения задачи оптимального проектирования на базе альтернансного метода параметрической оптимизации систем с распределенными параметрами. Алгоритм автоматической оптимизационной процедуры реализуется в ППП MATLAB, предоставляющем возможность интеграции численной ANSYS модели. Представлен сравнительный анализ результатов моделирования индукционной нагревательной системы с типовой квадратной формой витков и системы с витками индуктора усложненной геометрической формы, оптимизация которой позволила получить существенно более равномерное температурное распределение по границе закаливаемого слоя.
38-51
Многофакторный анализ процессов производства дорожных битумов путем окисления продуктов нефтепереработки
Аннотация
На основе DEA-метода разработана методика многофакторного анализа процессов производства дорожных битумов, которая позволяет получить интегральные сравнительные оценки, обеспечивающие ранжирование процессов по различным разнородным критериям. Выбраны основные количественные характеристики, качественные показатели и технологические параметры процессов окисления гудронов для формирования целевых функций при решении задач математического программирования. На основе ССR и Super Efficiency моделей DEA-метода сформулированы и решены задачи многофакторного анализа эффективности процессов производства дорожных битумов для фактических значений характеристик сырья и параметров технологических процессов, проведен сравнительный анализ полученных оценок для 64 образцов битума. Результаты проведенных исследований позволяют существенно расширить область применения DEA-метода и создать на его основе программный комплекс для многофакторного анализа и оптимизации процессов производства битумов за счет улучшения качества конечного продукта, снижения ресурсов на его производство и уменьшения негативного воздействия на окружающую среду.
52-66
Электротехника
Комбинированное управление электроприводами вентиляторов установок охлаждения газа
Аннотация
Обсуждается задача управления температурой на выходе установок охлаждения газа компрессорных станций магистральных газопроводов. Для ее решения используется дискретное либо частотное управление электродвигателями вентиляторов аппаратов воздушного охлаждения газа. Отмечены проблемы электромагнитной совместимости, возникающие в типовых системах электроснабжения установок охлаждения газа при подключении электродвигателей вентиляторов через преобразователи частоты. Рассмотрена комбинированная система управления электродвигателями вентиляторов, в которой электродвигатели разбиты на две группы. Электродвигатели первой группы подключаются к сети напрямую, второй – через частотные преобразователи. За счет уменьшения количества электродвигателей, подключаемых к сети через преобразователи частоты, снижается негативное влияние частотно-регулируемых приводов на показатели качества потребляемой электроэнергии и уменьшаются затраты на проекты модернизации в сравнении с вариантом использования частотного преобразователя для каждого электродвигателя. Проанализированы энергетические характеристики системы комбинированного управления. Получены соотношения, устанавливающие взаимосвязи температурного перепада на установке охлаждения и мощности электродвигателей вентиляторов при различных способах регулирования. Предложен оптимальный по критерию максимума экономии мощности алгоритм управления, предусматривающий взаимосвязанное управление количеством включенных дискретно-регулируемых двигателей и скоростью частотно-регулируемых приводов. Обсуждаются варианты реализации оптимального алгоритма управления. Рассмотрены аналитические выражения для экономии мощности на валу двигателей вентиляторов в комбинированной системе по сравнению с дискретной и методика оценки экономии электроэнергии. Полученные результаты рекомендуется использовать для оценки технико-экономической эффективности проектов модернизации электротехнических комплексов установок охлаждения газа.
67-82
Устранение заклинивания запорной арматуры трубопровода
Аннотация
Рассмотрены вопросы моделирования процессов термической деформации задвижек при снижении температуры окружающей среды. В некоторых видах клиновых задвижек происходит заклинивание, для устранения которого требуется подогрев корпуса. Указанная проблема характерна для задвижек с жестким клином, но причины явления до конца не объяснены. В связи со значительной мощностью электроприводов задвижки иногда наблюдается разрушение штока задвижки.
Целью работы является определение характера распределения напряжений между конструктивными элементами задвижки, приводящих к заклиниванию при снижении температуры окружающей среды, и поиск параметров процесса нагрева, обеспечивающих минимальные энергетические и временные затраты.
Для исследования тепловых процессов в корпусе задвижки разработана численная модель, описывающая передачу тепла в элементах конструкции и жидкости. С тепловой моделью объединена модель упругих деформаций. Это позволяет производить совместные расчеты без внесения дополнительных погрешностей. Возникающие в процессе охлаждения тепловые деформации приводят к непропорциональному изменению размеров задвижки и появлению термонапряжений, являющихся причиной заклинивания. Моделирование процессов тепловой деформации при снижении температуры показало, что в средней плоскости клина возникают силы давления разного знака. На средней по высоте горизонтальной линии возникает сжимающее давление, а в нижней и верхней точках – растягивающее. Для устранения сжимающих усилий произведен локальный подогрев в нескольких областях корпуса. В ходе исследований выяснено, что самым эффективным вариантом является нагрев нижней полусферической поверхности корпуса. Для рассматриваемой задачи нагрев в течение тридцати минут позволяет снизить термонапряжения в клине и, соответственно, сжимающие усилия до минимальных значений, что устраняет заклинивание задвижки. Для нагрева корпуса предусмотрен индукционный нагреватель полусферической формы, имеющий магнитопровод. Предложенная конструкция позволяет использовать напряжение промышленной частоты без понижающего трансформатора и компенсации реактивной мощности.
83-97
Метод расчета сопротивлений асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором по паспортным данным и оценка его погрешности
Аннотация
Предложен более простой метод определения сопротивлений асинхронного двигателя (полного индуктивного сопротивления, активного сопротивления статора и приведенного активного сопротивления ротора) по справочным данным. Из уравнений реактивной мощности рассеяния и электромагнитной мощности в номинальном режиме и уравнения электромагнитной мощности в критическом режиме получены три алгебраических уравнения: первое – относительно трех сопротивлений, второе – уравнение зависимости активного сопротивления статора относительно полного индуктивного сопротивления, третье – уравнение зависимости активного сопротивления ротора относительно полного индуктивного сопротивления. Предложен метод итераций для решения данной системы уравнений, который дает малую погрешность уже на втором шаге вычислений.
При оценке погрешности метода использованы уточненные значения электромагнитной мощности и кратности максимального момента, которые выражены относительно справочных сопротивлений контрольных двигателей. Дана оценка суммарной погрешности от несовершенства метода и несовпадения справочных величин кратности максимального момента и мощности на валу двигателя с их уточненными значениями, рассчитанными по сопротивлениям из справочника.
По рассчитанным сопротивлениям в номинальном режиме построены зависимости активного и индуктивного сопротивлений двигателя точным и приближенным методом.
98-110
Технологические аспекты изготовления и подготовки макетных образцов жидкометаллических предохранителей к тепловым и коммутационным испытаниям
Аннотация
Преимущества ограничителей тока на основе жидкометаллических самовосстанавливающихся предохранителей (ЖСП) вызывают интерес и потребность в развитии и продолжении исследований в направлении создания макетных и промышленных образцов ЖСП, определения области их применения. Одной из существенных причин отсутствия необходимых результатов экспериментальных исследований в литературных источниках являются технологические проблемы изготовления макетных образцов ЖСП и подготовки их к испытаниям. Особенно это ощутимо при использовании в качестве плавкой вставки металлов, агрессивных к окружающей среде, - щелочных металлов. Предложенный подход решения технологических проблем изготовления и подготовки макетных образцов к испытаниям представляет интерес и может быть использован научными группами, занимающимися исследованиями, связанными с ЖСП. Разработка и обсуждение такой технологии могут способствовать активизации исследований в направлении создания макетных образцов и получению новых практических результатов.
111-121
Система автоматического управления мехатронным модулем
Аннотация
Рассматривается новый подход к повышению точности воспроизведения сигнала задания прецизионным поворотным столом на основе реализации в виде мехатронного модуля. Такая конструкция позволяет исключить недостатки традиционной конструкции, такие как люфт, сбой при фиксации планшайбы. Мехатронный модуль представляет собой безредукторное соединение планшайбы и электродвигателя. Новая конструкция потребовала нового подхода к работе системы автоматического управления процессом слежения и позиционированием. В процессе позиционирования возникают термодеформации, и поэтому особенностью является включение дополнительной системы автоматического управления охлаждением исполнительного синхронного электродвигателя с постоянными магнитами в роторе. В статье рассмотрен вопрос взаимосвязи системы позиционирования и слежения с системой компенсации термодеформаций. Проведено моделирование работы двух систем.
122-136