Збірник 04

ПЕРСПЕКТИВНІ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ПРИЛАДИ

			р tсм і		knpi		i 1 S мi	tсм іпНіі
	1				S	i
Q1		S м				i
	lл		і 1				Т пріпНіі
									,
Візьмемо першу похідну по S, хв.

k

np

i 1 S мi

tсм і

tсм іпНіі

дQ

1

1

р

S i

1

i

0

Т пріпНіі

дS м

lл

і 1

.

Прирівнюємо отримане значення до 0 і визначаємо S, хв.:

p

t

k

1

p

Tсм і

1

см і

npi

i

S i

0

i 1

Si nНі і Тпрі

i 1

Тпрі

.

Тоді:

1

р

t

k

р

tсм

см і

прі

і

Sмі

0

Si nНі і Т прі

і 1

і 1

Тпрі

.

Для інструментів з однаковим значенням μ:

р

tсм і

1

S м Q

і 1

Т прі

р

t

k

1

1

см і npi

і 1

Si nНі Т прі

.

Для інструментів з різним значенням μ і при розрахунку за μср:

(22)

(23)

(24)

(25)

(26)

р

tсм і

1

S м Q

і 1

Т прі

р

t

k

1

1

ср

см і npi

і 1

Si nНі

ср Т прі

,

(27)

lл jkпрл j л j

1 i

1 i

S лі

k

k

j 1

kпрл j Sл j пнл j лj

j 1 Tпрл j

.

(28)

Для інструментів з однаковим μ:

j

n

1

S м Qгр

j 1 Tnpл j

k

l

k

1

л j

прл j

і

j 1

knpл i S л jпНл j

,

(29)

41

ПЕРСПЕКТИВНІ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ПРИЛАДИ

n

j

1

S м Qгр

j 1 Tnpл j

k

l

л j

k

прл j

ср

1 срл

j 1

knpл j S л jпНл j срл

(30)

.

Отримані формули (26-30) дозволили розрахувати значення хвилинних подач для груп інструментів або налагодження в цілому з позиції досягнення максимальної продуктивності.

Інформаційні джерела

1.Игумнов Б.Н. Расчет оптимальных режимов обработки для станков и автоматических линий. – М.: Машиностроение, 1974. – 198с.

2.Муминов Н.А. Имитационные модели металлорежущих станков. – Ташкент: Фан, 1980. – 120 с.

3.Чепенко В.Л. Оптимизация режимов резания на станках с ЧПУ. – М.: ЦНИИ И ТЭАНТ, 1981. – 60с.

4.Суслов А.Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. – М.: Машиностроение, 2000. – 320 с.

УДК 612 Ю.А.Лук’янчук, В.В. Казановська

Луцький національний технічний університет

МЕТОДИ І ЗАСОБИ КОНТРОЛЮ ЦУКРОВОГО ДІАБЕТУ СУЧАСНИМИ ПРИЛАДАМИ

Встатті розглянуто причини виникнення такого захворювання як цукровий діабет, а також методи та засоби контролю рівня глюкози в крові.

Ключові слова: цукровий діабет, глюкоза, діабет, глюкометр.

Встатье рассмотрены причины возникновения такого заболевания как сахарный диабет, а также методы и средства контроля уровня глюкозы в крови.

Ключевые слова: сахарный диабет, глюкоза, диабет, глюкометр.

The article deals with the causes of such diseases as diabetes, as well as methods and means of control of blood glucose.

Keywords: diabetes, glucose, diabetes, blood glucose meter.

Прогрес медичних технологій привів до створення портативних систем контролю вмісту глюкози (СКВГ, глюкометрів), які почали використовуватися не тільки хворими на діабет для домашнього самоконтролю рівня глюкози, але і в офісах лікарів загальної практики, поліклініках, відділеннях ендокринології лікувальних установ. У зв'язку з цим гостро постало питання про істинність і порівняння даних, одержуваних за допомогою СКВГ і референтних лабораторних методів дослідженняя глюкози, про спектр завдань, для вирішення яких можуть бути залучені портативні СКВГ .

До теперішнього часу фахівцями Американської асоціації діабетологів, Національних асоціацій ряду інших країн, а також фахівцями Асоціацій з клінічної лабораторної діагностики, сформовано таку думку: портативні глюкометри з тест-смужками можуть застосовуватися для встановлення факту гіперглікемії, важкої гіпоглікемії, а також для моніторингу вмісту глюкози в крові пацієнтів з встановленим діагнозом діабету. Для первинної діагностики, відстеження ступеня гіпоглікемічних станів і корекції терапії повинні застосовуватися зарекомендували себе еталонні лабораторні методи.

Пояснюється це тим, що вченими різних країн були проведені дослідження, які дозволили їм зробити наступний висновок: відхилення даних СКВГ від лабораторного значення становить від 2% до 30%. Відмінності результатів можуть пояснюватися неоднаковістю принципів роботи СКВГ, їх калібрувань, різною чутливістю тест-смужок і т.д.

Разом з тим діабетологи відзначають важливість появи і широкого розповсюдження СКВГ серед хворих, що страждають на цукровий діабет, тому що пацієнти, які володіють таким приладом, активно залучені в лікувальний процес, щодня можуть контролювати його результати, розширюють

42

ПЕРСПЕКТИВНІ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ПРИЛАДИ

межі обмежень у способі життя і, отже, підвищують її якість [1]. Саме для вирішення цих проблем призначені глюкометри, і фахівці прийшли до думки, що в даному контексті відхилення в 10 % від референтного значення вважається хорошим, в 10-20 % - прийнятним.

В сучасних умовах для лікування людей, хворих на цукровий діабет необхідно мати точну інформацію про рівень цукру в крові. Вирішення даного завдання про використання портативних глюкометрів дає змогу самостійно в домашніх умовах вимірювати рівень цукру в крові. Для цього достатньо просто нанести краплину крові на індикаторну пластинку, після чого через декілька секунд можна отримати результат вимірювання цукру. Глюкометри поділяються на фотометричні та електрохімічні. Фотометричні глюкометри визначають рівень забарвлення тест-зони, яка виникає в результаті реакції глюкози з спеціальною речовиною, нанесеною на смужку. Електрохімічні вимірюють показники глікемії у відповідності з величиною току, яка з’являється при реакції глюкози з спеціальною речовиною в тест-смужці.

Контроль за підвищенням або зниженням рівня цукру в крові можна спостерігати за допомогою наявної пам’яті глюкометра. Можуть зберігатися десятки, а навіть і сотні результатів попередніх досліджень.

Отже, все більшого використання досягають портативні глюкометри для визначення рівня глюкози. Теперішні глюкометри не складної конструкції і мають високу точність вимірювання.

На сьогодні [2] цукровий діабет являється найбільш розповсюдженою гормональною патологією. По даним Всесвітньої організації охорони здоров’я більше 100 мільйонів людей страждають цією хворобою.

Цукровий діабет – це ендокринне захворювання, яке проявляється підвищенням концентрації глюкози в крові.

В даний час цукровий діабет ділять на два основних типи: 1 тип і 2 тип, а також додаткові варіанти діабету : діабет вагітних та інші специфічні типи діабету. Основні типи цукрового діабету відрізняються тим, що при діабеті 1 типу клітинами підшлункової залози знижене вироблення власного інсуліну, а при 2 типі діабету інсулін виробляється в нормальних або в підвищених кількостях.

Цукровий діабет діагностується на підставі скарг пацієнтів і лабораторних показників. Зі скарг найбільш частими є сухість у роті, спрага, часті сечовипускання в денний і нічний час, підвищений апетит, безпричинне зниження ваги. Іншими скаргами можуть бути зниження зору, підвищена стомлюваність, погане загоєння ран, гнійничкові висипання на шкірі, свербіж шкіри, грибкові захворювання шкіри. У частини хворих на діабет можуть бути відсутні будь-які з цих симптомів.

Основна умова профілактики ускладнень цукрового діабету (ЦД) – стабільна підтримка близького до нормального рівня глюкози крові. Тому досить частий самоконтроль глікемії і правильна оцінка отриманих результатів дуже важливі для досягнення доброго стану обміну речовин пацієнтів, які страждають на ЦД. Вимірювання тест-смужкою вмісту цукру в крові відображає, достатньо точно, фактичний рівень глюкози в крові.

Існує кілька методик вимірювання. Останнім часом широко поширилися портативні глюкометри для вимірювань в домашніх умовах. Досить помістити краплину крові на приєднану до апарата глюкозоксидазного біосенсора одноразову індикаторну пластину, і через кілька секунд відомо рівень глюкози в крові (глікемія). Для різних лабораторій, методик і апаратів норми глікемії різні, для глюкозоксидантного методу 3,33-5,55 ммоль/л.

Глюкометри використовуються не як одиночний прилад, а входять в набір засобів самоконтролю діабетика. Крім глюкометрів, в ньому присутні ручки для проколювання пальця (в якості витратних матеріалів використовуються одноразові ланцети), шприц-ручки (для введення інсуліну) і набір інсулінових капсул. Також, для коректної роботи глюкометра, його рекомендується регулярно тестувати за допомогою спеціальних тест-смужок і контрольних розчинів. Для живлення глюкометрів використовуються спеціалізовані акумулятори та елементи живлення (батарейки). Вимірювання рівня глюкози в крові проводиться глюкометрами за допомогою одноразових тестсмужок.

Якість глюкометра вважається хорошою, якщо розбіжність результатів приладового визначення глікемії з лабораторними даними не перевищує 10%. Міжнародні стандарти допускають відхилення результатів глюкометра від лабораторних в межах 20%. Точність вимірювання залежить від виду тест-смужок, терміну та умов їх зберігання, навичок хворого та ін.

Так, при зміні гематокриту на 10% розбіжність результатів з лабораторним методом в залежності від типу тест-смужок досягає 4-30%. При анемії результати завищуються, при поліцитемії - занижуються. Особливо значно результати завищуються при гематокриті нижче 35%, що часто

43

ПЕРСПЕКТИВНІ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ПРИЛАДИ

відзначається у хворих з термінальною стадією діабетичної нефропатії. Як правило, лабораторні вимірювання вмісту глюкози здійснюються в плазмі крові, а результати більшості глюкометрів відповідають концентрації глюкози в цільної крові, а це на 10-12% менше.

В основному глюкометри можна розділити на два основних типи [3].

Перший тип відноситься до фотометричних приладів. У цьому випадку вони виконують завдання портативних відбивних фотометрів, тобто визначають зміну забарвлення тест-зони, що виникає в результаті реакції глюкози крові з ферментом глюкозооксидазою і спеціальними барвниками. При роботі з ранніми моделями приладів доводилося через деякий час видаляти краплину крові з реагентної зони, щоб не заважати роботі фотометра.

Більшість сучасних моделей пропонує більш зручну, що не вимагає цієї операції роботу зі спеціально сконструйованими тест-смужками. Вони мають особливий шар, який виконує роль фільтра, що затримує клітини крові, губки-резервуара, що збирають необхідну кількість рідини, і гладкі поверхні, що допомагають відбивати світло. Результат, отриманий за допомогою таких тестсистем, залежить від чистоти, кількості та активності ферментів, співвідношення глюкозооксидази/пероксидази, концентрації реагентів, способу первісного калібрування, тобто неминуче варіюється залежно від фірми-виробника.

В інших глюкометрах використовується електрохімічний метод, заснований на вимірюванні струму, що з'являється при тій же реакції глюкози крові з глюкозооксидазою. Тест-смужка таких глюкометрів має мікрогнізда, що містить комплекс реагентів та вимірювальні електроди. Амперометричний метод вимірювання концентрації глюкози дещо модифікований. Окислення глюкози за участю глюкозооксидази супроводжується відновленням фероцианіду калію, який при контакті з електродом окислюється, віддаючи електрон. У межах діапазону вимірювання приладу залежність електричного струму від концентрації глюкози має лінійний характер і характеризується калібрувальним фактором. Фактор, в свою чергу, залежить від конструкції вимірювальної комірки, концентрації реагентів, активності ферменту.

Перші моделі вимагали нанесення краплі точно в центр реагентної зони, не допускаючи торкання смужки пальцем. Сучасні аналоги допускають дотик навіть до однієї зі сторін смужки, так як завдяки вбудованим мікрокапілярам кров швидко і рівномірно потрапляє в зону тестування. Розроблено прилади, суміщені з ланцетом, в яких голка сама набирає кров і передає на тест-смужку, а також глюкометр, поєднаний зі шприцом.

При виборі глюкометра критеріями можуть служити кілька основних позицій: простота в експлуатації, характеристики (швидкість проведення аналізу, тип тест-смужок і т.д.), точність вимірювання і, звичайно, ціна.

Буває так, що реалізують глюкометри за ціною нижче собівартості, але надалі початкові збитки багаторазово компенсуються доходом з продажу тест-смужок, які іноді коштують навіть більше самого приладу. Обов'язково слід звернути увагу на вартість тест-смужок, а також чи входить у комплект проколювач пальця.

Бажано, щоб лікар і пацієнт говорили на одній мові. У зв'язку з цим цивілізований світ прагне уніфікувати систему вимірювання глюкози в одиницях, еквівалентних показаннями глюкози в плазмі. Тому, що саме в плазмі, власне, і "живе" глюкоза - там її справжнє значення, від якого відштовхуються фахівці при призначенні лікування. Більшість лабораторій вже давно аналізує вміст глюкози безпосередньо в плазмі .

Саме про проблему єдиного розуміння лікарями та пацієнтами результатів аналізів крові на цукор (глюкозу) говорять рекомендації Американської діабетичної асоціації, Міжнародної Федерації з клінічної хімії та багатьох інших всесвітньо авторитетних організацій. Вони наказують всім виробникам глюкометрів калібрувати (тобто налаштовувати) останні таким чином, щоб вони давали свідчення, еквівалентні одиницям плазми. Тоді вдасться уникнути багатьох лікарських і користувальницьких помилок.

У 1998 р. фахівці робочої групи по цукровому діабету Всесвітньої організації охорони здоров'я розробили і прийняли нові параметри, що дозволяють віднести пацієнта до тієї чи іншої групи за ризиком захворювання на діабет.

Нормальним вважається вміст, взятої натщесерце, до 5,6 ммоль/л. У разі отримання результату, що перевищує 6,0 ммоль/л, робиться припущення, що пацієнт може бути хворий. Після повторної перевірки цього значення повинна бути застосована певна схема обстеження. Повноцінне обстеження на наявність діабету слід вжити і для пацієнта, що має рівень вмісту глюкози між 5,6-6,0 ммоль/л.

44

ПЕРСПЕКТИВНІ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ПРИЛАДИ

Інформаційні джерела.

1.Клінічна ендокринологія. Керівництво / Н. Т. Старкова - видання 3-е, перероблене і доповнене. - Санкт-Петербург: Питер, 2002. - С. 213. - 576 с.

2.Ballantyne GH, Wasielewski A, Saunders JK. The Surgical Treatment of Type II Diabetes Mellitus: Changes in HOMA Insulin Resistance in the First Year Following Laparoscopic Roux-en-Y Gastric Bypass (LRYGB) and Laparoscopic Adjustable Gastric Banding (LAGB). Obes Surg. 2009 Sep; 19 (9) :1297-303.

3.Scopinaro N. Prospective controlled study of the effect of BPD on type 2 Diabetes and metabolic syndrome in patients with 25-35 BMI. 14-th World Congress of the IFSO. August 26-29, 2009, Paris, France

УДК 621.822:681.2:369.64

Кайдик О.Л., Терлецький Т.В.

Луцький національний технічний університет

РОЗРОБКА АЛГОРИТМУ КЕРУВАННЯ ТОЧНІСТЮ ШЛІФУВАННЯ КІЛЕЦЬ КАРДАННИХ ПІДШИПНИКІВ

У роботі запропоновано модель динамічного програмування для призначення маршруту технологічного процесу та розроблено алгоритм визначення оптимального циклу шліфування, який забезпечує якісні показники та точність обробленої поверхні. Перевагою розглянутого алгоритму є можливість встановлення оптимальних поєднань та елементів режиму шліфування на кожному із етапів технологічного процесу.

Ключові слова: точність, шліфування, підшипник, алгоритм, технологічний процес, динамічне програмування.

В работе предложена модель динамического программирования для маршрута технологического процесса и разработан алгоритм определения оптимального цикла шлифования, который обеспечивает качественные показатели и точность обработанной поверхности. Преимуществом рассматриваемого алгоритма является возможность установки оптимальных сочетаний и элементов режима шлифования на каждом из этапов технологического процесса.

Ключевые слова: точность, шлифовка, подшипник, алгоритм, технологический процесс, динамическое программирование.

The paper presents a dynamic programming model for the destination routing process and the algorithm for determining the optimal grinding cycle that ensures quality performance and accuracy of the machined surface. The advantage of the considered algorithm is the ability to establish the optimal combinations and elements of regime grinding on each stage of the process.

Key words: precision, grinding, bearing, algorithm, technological process, dynamic programming.

Технологічний процес обробки деталей образивно-алмазним інструментом варто подавати у вигляді динамічної системи [1], яка дає змогу описати послідовність оптимізації технологічних процесів [2], представити загальний алгоритм вирішення задач. Методиками оптимізації технологічних процесів, з точки зору забезпечення оптимальної точності формоутворення поверхонь, займалися такі вчені як: Корчак С.М., Новосьолов Ю.К., Якімов О.В., Ящерицин П.І. та інші. У відповідності до роботи [3] прийнято розглядати наступні основні періоди проектування технологічного процесу шліфування:

виділення із технологічного процесу операцій шліфування, з подальшим визначенням вихідних і кінцевих значень параметрів точності;

вибір оптимального числа операцій шліфування деталі та визначення оптимальних значень параметрів точності після кожної операції;

призначення вхідних змінних: параметрів верстата, характеристики абразивного інструменту, методу його правки, обладнання, складу МОР тощо;

визначення оптимальних режимів та високовиробничих циклів шліфування.

Перший етап – виділення із технологічного процесу операцій шліфування, виконується за загальними методиками проектування технологічних процесів на основі співставлення операцій шліфування за собівартістю та трудомісткістю з собівартістю і трудомісткістю обробки деталей іншими прийнятними методами [4].

45

ПЕРСПЕКТИВНІ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ПРИЛАДИ

Оптимізація технологічного процесу шліфування виконується за одним із методів теорії оптимального управління дискретними системами. До таких методів слід віднести: метод динамічного програмування, метод математичного програмування, метод локального перерізу. Зазначимо, що під час оптимізації окремих технологічних операцій, коли u(t)=const, а значення параметру точності на і-тому етапі процесу не залежить від значення точності на (і-1)-шому етапі, прийнято застосовувати методи лінійного, геометричного або криволінійного програмування.

Основний принцип динамічного програмування полягає у тому що: розв’язок повинен визначати оптимальну стратегію відносно стану, який отримано в результаті першопочаткового вирішення [5], незважаючи на його першопочаткові рішення.

Для розв’язку задач методом динамічного програмування керування критерієм ефективності

перетворено у наступний вигляд:
zi 1 x min fi yi 1;ui t zi	x ,	(1)

де zi(x), zi-1(x) – найменше значення критерію ефективності на заключній частині технологічного процесу після і-тої та (і-1)-шої операції.

Під час оптимізації процесів обробки деталей абразивним інструментом, на основі запропонованої динамічної теоретико-ймовірнісної моделі, динамічне програмування слід застосовувати для призначення маршруту технологічного процесу й умов виконання окремих операцій. Варто зазначити, що в процесі вирішення поставленої задачі розробляється оптимізаційна модель і алгоритм. З урахуванням найбільш важливих параметрів якості, таких як точність розмірів, просторові відхилення, глибина дефектного шару, шорсткість поверхні, складають наступну систему:

N

ri ri 1 rij ;

i i 1 i np;

j 1

N

N

Rmax i 1 rij

за rij

Rmax i 1

Rmax fi ;

Rmax

j 1

j 1

Vk ,Vu

, Sy , Sx

N

i

fR

за rij Rmax

Rmax

f

i ;

i 1

j 1

N

N

Ti 1 Rmax i 1

rij Rmax fi

за rij

Rmax fi

Tfi

Rmax i 1 Ti ;

j 1

j 1

Ti

N

fT Vk ,Vu , Sy , Sx

за rij

Rmax

fi

Tfi

Rmax

i

Ti ,

1

j 1

де Δrij – радіальне зняття металу на j-тому проході під час виконанні і-тої операції; Δρпрі – зміна вихідних просторових відхилень на і-тій операції; ρпрі – просторове відхилення, яке вноситься і-тою операцією внаслідок наявності вібрацій і поперечної подачі; Tfi, Rmaxfi – глибина дефектного шару та шорсткості поверхні, які виникають на і-тій операції.

Зауважимо, що величина радіус-вектора та просторові відхилення залежать від умов виконання операції, значень радіус-вектора і просторових відхилень після попередньої операції. Величина заданого розміру та точність його отримання у невідповідності заданого припуску визначають з умов виконання операції. Вплив параметрів якості на забезпечення точності вихідного розміру спостерігається внаслідок зміни стану робочої поверхні інструменту та стану технологічної системи.

Глибину дефектного шару на і-тій операції розраховують аналітично на основі аналізу теплових явищ [6], або за нормативними таблицями. Швидкість зміни просторових відхилень рівна:

A Sym ,

де A та m – коефіцієнти та показники степеня, які залежать від умов виконання операцій.

Під час оптимізації за швидкодією критерій ефективності прийнято визначати за об’ємом матеріалу, який необхідно видалити з поверхні QNi та “хвилинному” знятті матеріалу QMi [7]:

QN

i

dLП

t

1 K

T

i 1

K

T

,

(2)

шт

n

n

i

QM i

д

QM i

д

де Kn – коефіцієнт, який враховує вплив шляху врізання та відскік інструменту; Tд – сума додаткових витрат часу; L – довжина поверхні, яка оброблюється; Пi – припуск на шліфування (визначається за загальноприйнятим методикам: за величиною вихідної шорсткості поверхні,

46

ПЕРСПЕКТИВНІ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ПРИЛАДИ

глибиною дефектного шару, просторовим відхиленням та похибками встановлення на операції, яка виконується).

Зняття матеріалу за одиницю часу QM залежить від умов виконання операції й обмежується технічними можливостями верстата, інструментом, вимогами забезпечення заданих параметрів точності. Для процесу шліфування даний показник розраховують за наближеним рівнянням:

Q	0,00439K	K V n R2	D	.	(3)
M	в	с к з max	з з

В якості основних технічних обмежень для оптимізації технологічного процесу, слід прийняти:

n
tшт Tнор
трудомісткість обробки – i 1	;
число операцій технологічного процесу –		n nmax	(	n 0	);
					n
					Пi	Пmax
максимально допустима величина сумарного припуску –					i 1	.

Для оптимізації окремих технологічних операцій необхідно враховувати також увесь комплекс обмежень, який визначає можливі межі зміни режимів шліфування (різання).

Початковий стан об’єкту характеризується системою нерівностей:

rзmax r0

rзmin ;

Tзmax T0

Tзmin

;

(4)

Rmax

Rmax

Rmax

;

,

зmax

0

зmax

0

зmin

зmin

де індексами зmax і зmin – позначено допустимі верхні та нижні межі зміни параметрів точності заготовки.

Кінцевий стан об’єкта визначається:

rд	rn	rд	; Tд		Tп	Tд	;
max		min		max		min
Rmax д		Rmax п		Rmax д		; д	п ,
	max				min	max

де індексами дmax і дmin – позначено допустимі верхні та нижні межі зміни параметрів точності деталі.

			Таблиця 1
	Трудоємкість обробки карданних підшипників
Вихідна шорсткість	Час обробки деталі (tшт, хв) під час забезпечення шорсткості Ra, мкм
поверхні Ra, мкм
	0,63	1,25	2,5
4	0,54	0,32	0,24
2,5	0,37	0,22	–––
1,25	0,18	–––	–––

Аналіз отриманих залежностей для обчислення фазових координат, критерію ефективності та технічних меж вказує на їх повну відповідність раніше прийнятої узагальненої моделі технологічного процесу. Слід зауважити, що модель спрощують у випадку обробки деталей за одним із лімітуючих параметрів точності. В табл. 1 наведено дані трудоємкості обробки канавки карданного підшипника із сталі 15Г1 на бортикошліфувальному автоматі МЕ280СО кругами 24А16-НС16К5+S. Трудоємкість обробки розраховано за рівняннями (2) і (3) у залежності від початкового та післяопераційного припуску базової поверхні. Коефіцієнти утворення стружки та використання висоти круга прийнято рівним Kс=1 і Kв=0,7 відповідно. Зазначимо, що число абразивних зерен на робочій поверхні інструменту розраховано за наступним рівнянням: пз=1/(1,75l0)2, де l0 – розмір абразивного зерна (на основі експериментальних даних l0=0,102Rz0,75). Припуск на операцію шліфування визначають за різницею вихідної та післяопераційної точності поверхні Rzi-1 та Rzi (Пi=CR(Rzi-1-Rzi), де CR≈2 – коефіцієнт, який показує у скільки разів шар, в якому розподілена шорсткість є більшим за висоту нерівностей профілю за десятьма точками).

На основі рекурентного співвідношення (1) та загального принципу динамічного програмування рекомендованою є загальна послідовність опрацювання маршруту технологічного процесу обробки деталей абразивним інструментом.

На першому етапі виконують аналіз можливих варіантів заключної операції технологічного процесу. Для цього необхідно встановити множину можливих поєднань показників точності після виконання (n-1)-шої операції (наприклад, Ran-1 приймає наступні значення: 1,25; 2,5 та 4 мкм відповідно (табл. 2)). Для кожного варіанту можливих поєднань показників якості визначають

47

ПЕРСПЕКТИВНІ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ПРИЛАДИ

оптимальну умову виконання заключної операції: метод обробки, вхідні змінні та керуючий вплив (наприклад, VK=35 м/с; VU=1 м/с). За результатами першого етапу запам’ятовуються значення критерію І та умови виконання заключної операції для кожного варіанту.

На другому – переходять до аналізу двох останніх операцій технологічного процесу. Встановлюються усі можливі поєднання показників точності після виконання (п-2)-гої операції. Для кожного із поєднань задаються усі можливі набори вихідних змінних після (п-1)-шої операції та на основі співставлення критерію ефективності визначається найкращий варіант. Отриманий варіант порівнюють за значенням критерію ефективності з варіантом перетворення точності в одну операцію, із останніх вибирають найкращі (наприклад, Ran-2=4 мкм – Ra приймає наступні значення: 2,5; 1,25; 0,63). Найменший час відповідає варіанту з Ran-1=1,25 (tшт=0,5 хв).

Таблиця 2

Множина можливих поєднань показників точності

	Кількість	Можливі варіанти перетворення	Штучний час	Висновок про
	поверхонь, які	якості	заключної частини
				оптимальність
	аналізують	Ra(n-j)→…→Ran	процесу tшт, хв
		1,25→0,63	0,18	–––
	Одна	2,5→0,63	0,37	–––
		4→0,63	0,54	–––
		2,5→1,25→0,63	0,4 > 0,37	–––
	Дві
		4→1,25→0,63	0,5 < 0,54	оптимальний
		4→2,5→0,63	0,61 > 0,54	–––
	Три	4→2,5→1,25→0,63	0,64 > 0,54	–––

На третьому етапі переходять до аналізу трьох, чотирьох операцій технологічного процесу. Для цього встановлюють усі можливі варіанти показників точності на (n-j)-тій операцій (j=3; 4; …), для кожного варіанту задають усі можливі набори вихідних змінних після (n-j+1)-шої операції та розраховують значення критерію ефективності, після чого вибирають оптимальний варіант заключної частини процесу. Розрахунки слід припинити після отримання результату, який засвідчує, що подальше збільшення числа операцій приводить до збільшення значення критерію ефективності.

Для експериментальної перевірки запропонованої методики виконано шліфування канавки карданного підшипника за різними схемами (див. табл. 2). Під час двох чистових операцій штучний час обробки кільця карданного підшипника знижується у два рази, що відповідає виконаним розрахункам. Як для шліфування в одну, так і в дві операції фактичне значення штучного часу обробки канавки карданного підшипника є більшим за розрахункове, що пояснює необхідність виконання в кінці кожної операції додаткових проходів виходжування з метою збільшення однорідності шліфованої поверхні.

Таким чином, під час розробки технологічного маршруту, технологічний процес доцільно розглянути як складну динамічну систему. Даний підхід дає змогу застосовувати апарат теорії оптимального керування дискретними системами для вирішення технологічних задач.

Інформаційні джерела

1.Кайдик О.Л., Вплив динаміки механічної системи бортикошліфувального автомата МЕ280СО на забезпечення точності формоутворення кілець карданних підшипників // Наукові нотатки. Міжвуз. зб. Луцького національного технічного університету (за напрямом “Інженерна механіка”). Вип. 24. – Луцьк: Вид-во ЛНТУ, 2009.– С. 222-229.

2.Кайдик О.Л., Терлецький Т.В. Про оптимізацію режимів круглого врізного шліфування канавок карданних підшипників на бортикошліфувальному автоматі МЕ280СО // “Європрилад–2010: тенденції розвитку та перспективи”. Збірник тез Міжнародної науково-практичної конференції (м. Луцьк 14-16 жовтня 2010р). – Луцьк: РВВ Луцького НТУ, 2010. – С. 73-75.

3.Новоселов Ю.К., Татаркин Е.Ю. Обеспечение стабильности точности деталей при шлифовании. – Саратов: Изд-во Саратовского ун-та, 1988. – 128 с.

4.Капустин Н.М. Разработка технологических процессов обработки деталей на станках с помощью ЭВМ. – М.: Машиностроение, 1976. –288 с.

5.Бедлиан Р., Калаба Р. Динамическое прграмирование и современная теория управления. – М.:

Наука, 1977. – 326 с.

48

ПЕРСПЕКТИВНІ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ПРИЛАДИ

6.Маталин А.А. Качество поверхности и эксплуатационные свойства деталей машин. – М.: Машиностроение, 1976. – 265 с.

7.Попов С.А., Малевский Н.П., Терещенко Л.М. Абразивно-алмазная обработка металлов и твердых сплавов. – М.: Машиностроение, 1977. – 245 с.

УДК 004.94

І.В. Ковальчук, С.А. Мороз Луцький національний технічний університет

ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕМЕНТІВ ІНТЕГРОВАНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ШВИДКОГО ПРОТОТИПУВАННЯ В МЕДИЧНІЙ ГАЛУЗІ

Дослідження елементів інтегрованих технологій швидкого прототипування в медичній галузі. В статті розкрито принцип створення виробів інтегрованими технологіями швидкого прототипування. Проаналізовано можливості використання генеративних технологій в медичній галузі. Розглянуто особливості застосування технологій швидкого прототипування для виготовлення готових імплантатів.

Ключові слова: генеративні технології, медична галузь, імплантат, похибка.

Исследование элементов интегрированных технологий быстрого прототипирования в медицинской отрасли. В статье раскрыто принцип создания изделий интегрированными технологиями быстрого прототипирования. Проанализированы возможности использования генеративных технологий в медицинской отрасли. Рассмотрены особенности применения технологий быстрого прототипирования для изготовления готовых имплантатов.

Ключевые слова: генеративные технологии, медицинская отрасль, имплантат, погрешность.

Study elements of integrated rapid prototyping technologies in the healthcare industry. In the article the principle of the creation products integrated rapid prototyping technologies. The possibilities of the use generative technologies in the healthcare industry. Features of the use rapid prototyping technology for the manufacture of finished implants.

Keywords: generative technology, healthcare, implant, error.

Орієнтування на нові технології і швидкий прогрес виробничої техніки привели до виникнення прогресивної і гнучкої концентрації виробництва, яка знайшла свій вираз|вираження| в концепції комп'ютеризованого інтегрованого виробництва (CIM).

Інтегровані технології базуються на поєднанні останніх досягнень в різних областях науки, техніки, технологій, інформатики, матеріалознавства тощо, використання якого забезпечує швидке отримання|здобуття| нового продукту з|із| принципово іншим рівнем функціональних, естетичних і екологічних властивостей, що гарантує йому високу конкурентоспроможність на ринку. Одними з найбільш прогресивних є генеративні технології. Вони відображають|відбиває| виготовлення виробів не на відділенні|відокремленні| об'ємів|обсягів|, що становлять припуск|, а на пошаровому нарощуванні об'єктів до досягнення необхідних їх характеристик і конструюванні фізичної поверхні.

Технології швидкого прототипування в основі мають фізичні моделі, які будуються за даними тривимірного комп'ютерного моделювання (CAD). Ці моделі, в свою чергу, можуть створюватися безпосередньо в пакетах тривимірного моделювання, а також за даними комп'ютерної томографії (CT), магнітно-резонансного сканування (MRI), за результатами вимірювань на координатновимірювальних машинах. Тривимірна комп'ютерна модель, перетворена у формат STL (стандартний формат, використовуваний усіма типами установок швидкого прототипування), спочатку «розрізається» комп'ютером на тонкі площини поперечних перерізів (рис.1). Ці перетини надсилаються комп'ютером на установку швидкого прототипування, яка пошарово будує деталь. Геометрія кожного шару визначається формою площини відповідного перетину створеного комп'ютером. Усі наступні шари скріплюються з поверхнею попереднього. Цей процес повторюється до завершення побудови.

Першопочатковим впровадженням інтегрованих генеративних технологій було в промислове виробництво. Однак, подальший розвиток цих технологій показав можливість їх використання в багатьох галузях. Особливу цікавість викликає використання генеративних технологій в медичній

49

ПЕРСПЕКТИВНІ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ПРИЛАДИ

галузі. Об'єднання технологій сканування з|із| області медицини і швидкого прототипування| з|із| області проектування дозволяє тепер працювати з|із| даними анатомічних зображень абсолютно|цілком| інакше, чим це було можливо раніше.

Рис. 1 Сутність побудови фізичних моделей генеративних технологій: а) 3D– CAD– модель; б) сукупність 2D– CAD– моделей; в) пошарово побудована твердотіла деталь.

Оскільки всі імплантаційні системи є уніфікованими, тобто випускають імплантати різних розмірів, але однакової форми, що накладає серйозні обмеження на застосування імплантантів в складних випадках. Виходом з положення є застосування індивідуалізованих імплантантів, що проектуються за результатами комп’ютерної діагностики з використанням високих технологій автоматизованого проектування (CAD) і швидкого прототипування (RAPID PROTOTYPING) з сучасними виробничими та управлінськими технологіями.

Застосування комп’ютерної діагностики (сканування) для обстеження пошкодженої ділянки дає можливість виготовляти імплантанти необхідного розміру та форми.

На основі даних комп'ютерної томографії і магнітно– резонансної інтроскопії можна виготовляти методом швидкого прототипування| копії різних елементів людської анатомії. Є|наявний| ряд|лаву,низку| програмних продуктів, здатних|здібних| перетворювати дані зображень в STL– файл. Моделі людських органів або кісток|кістей|, одержані|отримані| методом швидкого прототипування|, можуть використовуватися таким чином.

Як засіб оперативного планування|планерування|. За допомогою швидко виготовленої моделі хірург зможе краще зрозуміти анатомічні відхилення, що дозволить йому ефективніше планувати|планерувати| навіть найскладніші хірургічні маніпуляції.

Як засіб хірургічного моделювання складних відновних процедур. Хірургічні процедури тепер можна реалістично змоделювати на швидко виготовлених моделях, які замінюють об'єкт операції. Моделі виготовляються з|із| матеріалу, близького по своїх властивостях до кістки|кісті|, тому хірурги можуть відпрацювати план операції, використовуючи ті ж самі інструменти, що і під час операцій. Моделі можна також стерилізувати для використання як наочний|наглядний| зразок|взірець| при операції. Це підвищує точність хірургічних маніпуляцій і скорочує тривалість операції (рис 2).

Як наочний|наглядний| засіб комунікації в дискусіях хірурга з|із| пацієнтом, з|із| іншими хірургами, допоміжним хірургічним персоналом і юристами.

Як засіб документування анатомічних відхилень пацієнта для подальшого|наступного| обговорення і порівняння.

Як прототип для створення|створіння| імплантанта|.

Рис.2. Медична модель, виготовлена методом генеративних технологій|, для репетиції хірургічної процедури

Матеріали які використовуються для виготовлення прототипів та деталей в промисловому виробництві по своїх фізико-механічних характеристиках не можуть бути використані безпосередньо для імплантації в людський організм. Однак сучасний розвиток синтезу матеріалів дозволяє створити біосумісні матеріали для виготовлення імплантантів, які мають достатню міцність і велику площу поверхні, що контактує з кісткою.

Однією з вимог до імплантатів є надійність, тобто здатність виконувати функції заміщення кісткової тканини, протягом тривалого часу. Надійність в першу чергу обумовлена

50