Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «донской государственный технический университет»

ПРЕДИСЛОВИЕ В сборнике представлены статьи студентов, аспирантов и молодых учёных, посвящённые ряду актуальных проблем современной науки. Содержит доклады, представленные на четвертой межрегиональной научно-практической конференции «Научный потенциал молодёжи – будущему России», организованной в апреле 2013 г. филиалом ДГТУ в г. Волгодонске. Каждый из докладов подвергнут минимальной редакторской правке, чтобы дать возможность читателю познакомиться с авторским стилем изложения и трактовкой результатов исследования. Материалы сборника могут быть полезны как студентам, аспирантам и преподавателям вузов, так и специалистам-практикам в области экономики и сервиса. П.Д. Кравченко, д.т.н., проф., председатель ред. коллегии Раздел 1 Информационные технологии и математическое моделирование Влияние обоснованного выбора пакета материалов для обуви по обеспечению комфортных условий стопе носчика при его нахождении в зонах с пониженной температурой А.Ю. Артёмова, Е.И.Кравченко, Т.М Осина (рук.), И.Д. Михайлова (рук.), А.Б. Михайлов (рук.), В.Т. Прохоров (рук.) При эксплуатации обуви в различных климатических зонах возникает ситуация создания таких условий, при которых стопа человека должна ощущать комфортность в течение всего времени нахождения человека в этих условиях. Основными факторами, влияющими на температуру внутриобувного пространства при построении математической модели, являются температура окружающей среды, теплообразование стопы, теплофизические свойства материалов, составляющих обувные пакеты, форма этих пакетов и теплоотдача с внешней поверхности обуви в окружающую среду. С помощью программы 3D Studio MAX 5 нами впервые был построен геометрический образ модели (на примере мужского ботинка рис.1). Модель мужского ботинка построена с использованием базовых геометрических объектов [1] . Рис. 1 - Геометрический образ модели мужского ботинка. 1 – подошва – плоская пластина; 2 – голенище -вертикальный многослойный цилиндр; 3 – пяточно-перейменный участок - многослойный цилиндрический сегмент; 4 – пучковый участок - горизонтальный многослойный цилиндрический сегмент; 5 – носочная часть -многослойный сферический сегмент; 6 – пяточная часть - вертикальный многослойный цилиндрический сегмент. Для расчетов распределения температуры были написаны программы с использованием математических пакетов Maple. Входные данные программы [2]: толщины слоев материалов, составляющих пакет; коэффициенты теплопроводности и температуропроводности этих материалов; плотность теплового потока, поступающего от стопы к внутренней поверхности пакета; температура окружающей среды; начальная температура обувного пакета; коэффициент теплоотдачи с внешней поверхности пакета в окружающую среду. Построенные математические модели позволяют найти распределение температуры внутриобувного пакета материалов при воздействии на него низких температур. Тепловое состояние человека зависит от дефицита тепла в его организме. Если теплообразование организма уравновешивается теплоотдачей с поверхности его тела через одежду и обувь, то создается тепловой баланс. Если теплообразование больше, то тепло накапливается в организме, если теплообразование меньше, то теплосодержание и средняя температура тканей тела человека снижаются. В работе был проведен расчет теплопотерь с различных зон мужских ботинок клеевого метода крепления (рис. 2). Рис. 2 - Зоны мужского ботинка клеевого метода крепления Для поверхности зон 1–4, 6 теплообмен с окружающей средой осуществляется по закону Ньютона для 5-й и 7-й зон подошвы, которые непосредственно опираются на поверхность земли, температура предполагается равной температуре окружающей среды. Для низа обуви наибольшие теплопотери несет носочная часть (зона 5), которая соприкасается с поверхностью земли, а наименьшие теплопотери у пяточной части подошвы, у которой самое большое тепловое сопротивление. Исследование удельных теплопотерь пакетов верха показали, что за первый час пребывания на холоде наибольшие теплопотери с единицы поверхности несет носочная часть обуви и ее задинка. Затем по мере быстрого остывания носка разность температур поверхности носка и окружающей среды уменьшается, а следовательно, снижаются и теплопотери. Напротив, теплопотери задинки остаются в дальнейшем больше, чем носка, за счет большей площади внешней поверхности задинки и больше, чем у союзки и голенища, за счет более высокого коэффициента теплоотдачи. Математическая модель нестационарного процесса теплообмена представляет собой решение трех краевых задач для системы дифференциальных уравнений теплопроводности соответственно для плоской пластины, цилиндрического и сферического сегментов. Решение краевой задачи находится методом Фурье в виде сходящегося функционального ряда. Используя теплофизические характеристики материалов, составляющих обувной пакет, температурные условия окружающей среды и тепловой поток стопы, по полученным формулам можно рассчитать температуру в любой части обуви для соответствующего момента времени. В частности, можно получить температуру внутриобувного пространства как функцию времени, которая является критерием температурной комфортности стопы при эксплуатации обуви в условиях низких температур. В связи с этим при проектировании зимней обуви, чтобы продлить носчику время его комфортного пребывания в этих условия воздействия на стопу низких температур, необходимо подбирать соответствующие материалы, формирующие пакеты для верха и низа обуви, в том числе и в носочной части. Обувь, изготовленная с использованием выбранных пакетов, характеристика которых и теплофизические характеристики материалов, сформировавшие эти пакеты, были использованы для измерения температуры внутриобувного пространства различных частей обуви. Результаты этих измерений показали, что выбранные пакеты материалов обеспечивают длительное комфортное пребывание стопы только при температуре окружающей среды -5°С и оказались неприемлемыми для длительной носки при температуре -25°С и ниже, т.е. необходимо продолжить исследования по разработке и созданию новых материалов с такими теплофизическими характеристиками, чтобы гарантировать носчику комфортное пребывание в течение всего времени воздействия на обувь низких температур. Если значимость наружных материалов, формирующие обувь для обеспечения комфортности носчику при воздействии на стопу низких температур, не вызывает сомнений, то приоритеты материалов для внутренних в сравнении с промежуточными деталями не так ярко выражены. Учитывая, что комфортность стопы человека при воздействии на нее низких температур, определяется в основном свойствами применяемых материалов, в таблице 1 приведены выполненные авторами результаты исследований о влиянии давления стопы носчика на толщину вкладной стельки из различных материалов. Значения давления стопы на материалы в зависимости от условий эксплуатации обуви носчиком взяты из работы, выполненной К.И. Ченцовой [3] Учитывая, что суммарное тепловое сопротивление верха и низа обуви, состоящих из нескольких слоев равно сумме теплоизоляционных свойств этих слоев, с использованием разработанной авторами математической модели нестационарного теплообмена построили графики зависимости температуры внутриобувного пространства от времени нахождения носчика в климатической зоне при температуре Т=-20оС для одного и того же пакета материалов, используемых для низа обуви, но с вкладными стельками из материалов, характеристика которых приведена в таблице 2. Результаты исследований подтвердили, что комфортность стопы человека при воздействии на неё низких температур, определяется в основном свойствами применяемых материалов для наружных деталей обуви. В нашем случае влияние вкладных стелек на формирование комфортного состояния стопы в меньшей степени зависит от характера воздействия на нее стопы носчика, чем от свойств материалов, используемых для этих вкладных стелек. Следовательно, разработанное программное обеспечение для расчета зависимости температуры внутри обувного пространства от времени нахождения носчика в климатических зонах с пониженной температурой учитывает и эти особенности изменения самих материалов, формирующих пакеты материалов для верха и низа обуви. Таким образом, разработанное нами программное обеспечение позволяет формировать комфортные условия стопе при воздействии на нее низких температур в течение всего времени эксплуатации за счет обоснованного выбора пакетов материалов для верха и низа обуви. Таблица1 - Влияние давления стопы на толщину вкладной стельки (мм) Давление стопы человека, кПа 0 первоначальное состояние материала 15 в спокойном состоянии 21 при ходьбе 30 при беге Искусственный мех на трикотажной основе с волокнами из: ПЭФ 8 7,8 4,4 3,8 ПЭФ+ шерсть 7,6 5,1 3,9 3,5 ПАН 7,2 6,9 5,9 2,7 ПАН+шерсть 6,0 4,8 3,1 1,9 ПА 9,5 8,9 6,5 3,9 Таблица 2 - Характеристика материалов, формирующие пакет для низа обуви № п/п Характеристика пакетов Толщина h, мм Теплопроводность , Коэффициент температуропроводности a, М2/ч 1. Внутренняя обувь-носки шерстяные 3,5 0,03 0,00042 2.Вкладная стелька 2.1 ПАН+шерсть 6,0; 4,8; 0,045 0,00030 2.2 ПЭФ+шерсть 7,6; 5,1; 0,045 0,00030 2.3 ПА 9,5; 8,9; 0,045 0,00030 3. Кожа стелечная + картон СОП 5 0,08 0,00045 4. Картон Пр. 1,8 0,09 0,00017 5. Формованная подошва ТЭП с бортиком 6,0 0,06 0,00065 Рис. 3 .Изменение внутриобувного пространства низа обуви для вкладной стельки из искусственного меха с волокном из ПА Литература 1.Осина, Т.М. Особенности математического моделирования нестационарного процесса теплообмена в системе «стопа-обувь-окружающая среда» /Т.М. Осина, А.Б. Михайлов, И.Д. Михайлова, А.П. Жихарев // Научный журнал МГУДТ «Дизайн и технологии». – 2009. – №11(53). – С. 91–98. – Библиогр: С.97 – 98. 2. Осина Т.М. и др. Свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ №2011619212. Программное обеспечение по описанию локального нестационарного теплообмена в системе «Стопа-обувь-окружающая среда» для различных климатических зон». Выдано Российским агентством по патентам и товарным знакам (РОСПАТЕНТ) 30.11.2011г. 3. Ченцова К.И. Стопа и рациональная обувь. М., Легкая индустрия, 1974. ЛИНЕЙНОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ В ЭКОНОМИЧЕСКИХ МОДЕЛЯХ Н.С. Бондаренко, С.В. Брановицкая (рук.), С.Г. Бондаренко (рук.) Деятельность предприятий в любой сфере производства непосредственно связана с использованием ресурсов. Рациональное их использование, управление запасами, приводит к уменьшению простоев на производстве и увеличению прибылей. Цель и этапы управления ресурсами, которые существуют на предприятии, достаточно противоречивы. С точки зрения финансов преимущественно хранить низкий уровень ресурсов, поскольку высокий уровень запасов способствует замораживанию капитала. С точки зрения маркетинга целесообразным является наличие высокого уровня запасов для увеличения продаж. А с точки зрения производства необходимо иметь уровень запасов, достаточный для эффективного производства. Поэтому и возникает задача управления ресурсами, целью которой и будет нахождение баланса между этими противоречивыми целями и управления уровнем ресурсов в соответствии с интересами предприятия в целом. Для определения оптимального способа распределения ресурсов предприятия между его конкурирующими потребностями применяют линейное программирование. Экономико-математическая модель задач линейного программирования включает: целевую функцию, оптимальное значение которой (максимум или минимум) требуется отыскать; ограничения в виде системы линейных уравнений или неравенств; требование неотрицательности переменных. Пусть для выпуска n видов продукции используют m видов ресурсов. Обозначим – запасы ресурсов i-го вида; – количество единиц i-го ресурса, необходимое для изготовления единицы j-го вида продукции; cj – прибыль от реализации единицы j-ой продукции; xj – количество единиц j-го вида продукции, которые нужно изготовить. Следует составить такой план выпуска продукции, чтобы при ее реализации получить максимальную прибыль. Математическую модель такой экономической задачи можно записать в следующем виде: найти максимальное значение линейной целевой функции , при ограничениях вида: , , . Для решения такой задачи следует применить симплекс-метод с использованием симплекс-таблиц. Процесс решения задачи линейного программирования симплекс-методом носит итерационный характер и требует использования вычислительной техники. Применение симплекс-метода позволит дать экономическую интерпретацию полученного решения и выполнить анализ модели на чувствительность: определить статус каждого ресурса (дефицитный, недефицитный); определить ценность каждого ресурса, а также и ресурс, запас которого необходимо увеличить в первую очередь; для запасов каждого из ресурсов определить максимальный интервал, в пределах которого полученное решение остается допустимым; найти максимальный интервал изменения удельной прибыли cj для переменной xj, в пределах которого полученное решение остается оптимальным. Метод был использован при построении математической модели и решении задачи рационального использования ресурсов для небольшого предприятия, которое выпускает два вида продукции P1 и P2 (n = 2) и использует при этом три вида ресурсов R1, R2, и R3 (m = 3). Получение максимальной прибыли от реализации всей изготовленной продукции выразим как функцию двух переменных – x1 и x2. Реализация x1 единиц продукции P1 и x2 единиц продукции P2 позволит получить соответственно 4x1 и 2x2 единиц прибыли (переведено в условные единицы прибыли). Тогда суммарная прибыль составит (условных единиц прибыли). При решении задачи рационального использования ресурсов на данном предприятии необходимо было определить такие неотрицательные значения переменных x1 и x2, при которых целевая функция z достигнет максимума. С учетом количества единиц ресурсов, которые используются для изготовления единицы продукции, а также с учетом запасов ресурсов была получена система ограничений, математическая модель которой предстанет в виде: найти максимальное значение линейной целевой функции , при следующих ограничениях: , , . Для решения задачи использован симплекс-метод. Алгоритм решения задачи реализован в среде программирования Vіsual Basіc for Applіcatіon. В результате расчета с использованием разработанной программы было получено оптимальное решение: ; ; . Поскольку полученные значения x1 и x2 являются дробными числами, то для получения окончательного решения она была решена как задача целочисленного программирования (с учетом целочисленности значений x1 и x2) методом Гомори. Алгоритм решения задачи реализован в среде программирования Vіsual Basіc for Applіcatіon. В результате расчета получено следующее решение: ; ; . В процессе решения было определено, что ресурсы R1 и R3 являются дефицитными. Поэтому увеличение их запасов позволит увеличить прибыль предприятия. При этом определены и максимальные интервалы замены этих ресурсов, в пределах которых решение будет допустимым.

Похожие:

	Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Министерство образования и науки российской федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального...		Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
	«донской государственный технический университет» (дгту) Кафедра «Иностранные языки» Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования		Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
	Высшего профессионального образования «донской государственный технический... Министерство образования и науки российской федерации государственное бюджетное образовательное учреждение		Отчет о самообследовании деятельности федерального государственного... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
	Отчет о самообследовании деятельности федерального государственного... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования		Федеральное агентство воздушного транспорта Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный...
	Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования		Программ а стратегического развития Федерального государственного... Полное наименование вуза – федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования...
	Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального... Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования		Рекомендации по приведению в соответствие мероприятий и планов реализации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Нижегородский государственный...
	Самарский государственный технический университет Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования		Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
	Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования		Учебное пособие под редакцией проф. С. Н. Гаражи Ставрополь 2017... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «ставропольский государственный медицинский...