Системный анализ процесса проектирования портативного устройства для формирования топливных брикетов

Основными энергетическими ресурсами в настоящее время выступают нефтепродукты, газ, уголь. В связи с тем, что перечисленные ресурсы невозобновляемые, возрастает актуальность применения альтернативных источников энергии. Существует несколько способов использования альтернативных источников энергии и развития альтернативной энергетики, например, ветровая, солнечная, геотермальная, биоэнергия и т.д. Использование древесных и сельскохозяйственных отходов различных производств также является одним из способов решения этой проблемы. Это и привело к активному использованию технологий по переработке бытовых и промышленных отходов.

Среди твёрдого биотоплива принято различать: пеллеты (гранулы), мелкий порошок и брикеты [1]. Наибольший интерес представляют собой топливные брикеты, которые внешне напоминают обычные дрова. Рынок сбыта топливных брикетов распространяется, в первую очередь, на малые коммунальные хозяйства, частные домовладения, пользователей каминов и т.п. Большей части этого круга потребителей было бы выгодно не покупать топливные брикеты, а самостоятельно производить их в небольших количествах из сырья, которым выступали бы бытовые отходы, отходы садоводческих хозяйств, животноводческих ферм и др. Однако на рынке в настоящее время не представлено устройств, удовлетворяющих этим нуждам. Поэтому разработка портативного устройства для формирования топливных брикетов из отходов деревообрабатывающих предприятий и органического мусора, которое бы объединяло в себе функции измельчителя и формообразователя, является актуальной. На рисунке 1 представлены основные стадии проектирования устройства.

В нашей работе рассмотрен структурный подход к проектированию, основанный на методологии IDEF0 [4, 5], который позволяет создать наглядную модель процесса выполнения научной работы в виде структурированной иерархии диаграмм.

На верхнем уровне контекстной диаграммы определяются цели, задачи научного исследования, исходное задание и итог работы, а так же средства и методы достижения результата (рис. 2). Декомпозиция контекстной диаграммы определяет основные этапы исследования (рис. 3). Каждый из выделенных этапов включает в себя ряд декомпозиций.

Изучение современного состояния проблемы и рынка формованных изделий (функциональный блок А2, рис.3) позволило выявить наиболее прогрессивные и актуальные для разработки области исследования: формовка изделий из бетона, на примере «архитектурного бетона»; формовка изделий из пластика, на примере коррексов и одноразовых контейнеров; формовка изделий из древесины, на примере ДВП и топливных брикетов. Наши исследования проводились в области формовки топливных брикетов. Более глубокое изучение данной отрасли позволило сделать выбор способа формовки брикетов – способ Pini&Key. При выборе состава для изготовления топливных брикетов предпочтение было отдано брикетам из лигносодержащих материалов. Таким образом, на первом этапе была строго определена область дальнейшего исследования – формообразующие устройства для изготовления древесных топливных брикетов способом Pini&Key.

При многоуровневом рассмотрении и сравнении существующих устройств для формирования топливных брикетов (рис.4) было выбрано устройство-прототип, на базе которого разрабатывалась конструкция портативного механизма для формирования топливных брикетов (функциональный блок Р. 3 на рис.3).

На следующем этапе разрабатывалось устройство измельчения лигносодержащего сырья и схема размещения данного устройства в конструкции. Выявлялись недостатки устройства-прототипа и принимались решения для их устранения. Была создана 3D-модель портативного устройства в программном пакете Solid Works [2, 3] и определены дифференциальные зависимости свойств брикетов от параметров установки.

После проведения имитационных испытаний (рис. 5) предусмотрено внесение в конструкцию портативного устройства изменений для достижения оптимального результата.

На основании оценки качества проектирования устройства-прототипа и разработанного портативного устройства можно сделать выводы о возможностях повышения качества проектирования формообразующих устройств за счёт использования трёхмерного моделирования. Итогом работы служит разработанное портативное устройство для формирования топливных брикетов, удовлетворяющее ряду приоритетных задач в сфере энергосбережения и экологии.

Внедрение эффективных систем планирования позволяет повысить качество производимых исследований и сократить временные, трудовые и финансовые затраты на их осуществление. Графическое представление модели научно-исследовательской работы в виде иерархии диаграмм позволило ещё на начальном её этапе значительно сузить рамки исследований, выделить наиболее актуальную область исследования, обеспечило наглядность этапов выполнения работы и «прозрачность» хода исследований.

Литература:

1. Кулагина Т.А. Рациональное использование отходов на примере деревообрабатывающего предприятия / Т.А. Кулагина, Е.Н. Писарева, Д.В. Слабодчикова, В.В. Ушакова // Вестн.МАЭБ. Т.14. – 2009.-№6. – С.105-112.

2. Ханов Г.В. Твердотельное геометрическое моделирование в ходе подготовки магистров / Г.В. Ханов, Е.Н. Асеева, М.Н. Дятлов // Изв. ВолгГТУ. Серия "Новые образовательные системы и технологии обучения в вузе". Вып. 7 : межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. – Волгоград, 2010. – № 8. – C. 199-203.

3. Ханов Г.В., Сельдемирова Е.В. Портативное устройство для производства топливных брикетов из органического мусора // Экономика природопользования и природоохраны: сборник статей ХIV Международной научно-практической конференции. – Пенза: Приволжский Дом знаний, 2011. – С. 132-136.

4. Судов Е.В. Концепция развития CALS-технологий в промышленности России / Е.В. Судов, А.И. Левин // НИЦ CALS-технологий «Прикладная логистика». – М., 2002.

5. Шалумов А.С., Никишкин С.И., Носков В.Н. Введение в CALS-технологии: Учебное пособие. Ковров: КГТА, 2002. – 137 с.