Введение к работе
Актуальность проблемы.
Нанодисперсные и особо чистые материалы широко используются для решения важнейших фундаментальных и прикладных задач в наиболее наукоемких и инновационных областях российской экономики Для синтеза этих материалов перспективно применение низкотемпературной плазмы, позволяющей получать нанопорошки и обеспечивающей минимальный аппаратурный фон по микропримесям.
Эффективная разработка плазмохимических процессов требует использования самых современных информационных технологий Наиболее перспективной системой компьютерной поддержки является CALS-технотогия (Continuous Acquisition and Life cycle Support — непрерывная информационная поддержка жизненного цикла продукта) В основе концепции CALS лежні комплекс единых информационных моделей, стандартизация способов досгупа к информации и ее корректной интерпретации Ситуация на мировом рынке наукоемкой продукции развивается в сторону полного перехода на компьютерную технологию проектирования, изготовления и сбыта продукции Отечественная наукоемкая продукция, не имеющая современного компьютерного обеспечения ее жизненного цикла (CALS-технология), будет существенно отставать от аналогичной продукции, изготовленной за рубежом в системе новых электронных технологий
Создание эффективной информационной технологии для плазмохимиче-ского синтеза нанодисперсных особо чистых материалов в рамках концепции CALS и современных международных стандартов (ISO-103 03 STEP) является актуальной научной и практической задачей, обеспечивающей уменьшение времени разработки, а также сокращение затрат на проектирование, изготовление, эксплуатацию и ремонт оборудования, снабженного компьютерной технической документацией в соответствии с требованиями международных стандартов
Основные разделы диссертации выполнялись в рамках конкурсных проектов Минпромэнерго России № 0410 0810000 05 039д «Разработка индикаторов инновационного развития », Минобрнауки России N 01 168 24 074 «Разработка интегрированного комплекса информационных технологий » и Мин-промторга России № 8411 0816900 13 057 «Комплексная оценка инновационного потенциала », а также при частичной поддержке гранта Европейского Сообщества ECOPHOS № INCO-CT-2005-013359 «Waste utilisation in »
Цель работы состоит в разработке комплекса информационных технологий для плазмохимического синтеза нанодисперсных особо чистых материалов на основе концепции CALS Работа включает в себя следующие основные задачи
разработка типового CALS-проекта конструкторской документации универсальной плазмохимической установки,
CALS моделирование термодинамики, кинетики и грансостава нанопорош-ков при плазмохимическом синтезе соединений кремния, титана, железа, олова и вольфрама,
разработка системы компьютерного менеджмента качества особо чистых
продуктов плазмохимического синтеза
Научная новизна.
В рамках концепции CALS разработаны типовые компьютерные структуры для проектно-конструкторской документации плазмохимических процессов получения особо чистых нанодисперсных порошков
Для прогнозирования технологических режимов математические исследования осуществлялись в рамках трех моделирующих блоков CALS-проекта
Проведено термодинамическое моделирование плазмохимического синтеза соединений олова, железа, вольфрама, титана и кремния В результате решения задачи поиска экстремума энтропии системы с учетом уравнений связи осуществлялось моделирование равновесных состояний системы в широком диапазоне основных технологических параметров плазмохимического процесса соотношений исходных компонентов, температур и давлений
Проведено кинетическое моделирование плазмохимического восстановления вочьфрама из оксида вольфрама В результате обработки изотермических экспериментальных данных рассчитаны параметры модели «сжимающейся сферы» константы скорости реакции, частотный фактор и энергия активации
Проведено моделирование грансостава нанодисперсных порошков в зависимости от двух параметрических комшексов агрегатного состояния исходного вещества, соотношения скоростных напоров плазменной струи и струи вводимого газа
Разработана архитектура информационной CALS-с.гстемы компьютерного менеджмента качества продуктов плазмохимического синтеза и типовая компьютерная процедура контроля качества получаемых особо чистых наномате-риалов, включая лимитируемые примеси, методы их пробоподготовки и анализа, а также выходную техническую документацию
Практическая значимость.
Создан пилотный CALS-проект конструкторской документации установки плазмохимического синтеза нанодисперсных материалов особой чистоты Элементы CALS-проекта помещены в сети Интернет на Web-сайте www irea org ru
На основе использованного математического описания в системе Mathcad разработаны программные модули для прогнозирования дисперсности нанопо-рошков в зависимости от соотношения компонентов (плазменной струи и струи вводимого газа), для расчета кинетических параметров модели, а также прогнозирования кинетики процесса в зависимости от температуры и дисперсности
Самостоятельное практическое значение, подтвержденное соответствующими актами о внедрении, представляют следующие разработки
единая информационная система отраслевого НИИ, включающая CALS-
проект плазмохимической установки, внедрена в технологических и функ
циональных подразделениях ФГУП «ИРЕА»;
информационные комплексы плазмохимических нанотехнологий, созданные на основе концепции CALS, переданы в научно-производственные организации ЗАО «Аврора-ИТ», ООО НПФ «ВИНАР» и «НПО Проект» Программные модули CALS-проекта по технологическому оборудованию
вошли в результаты работы по гранту Европейского Сообщества ECOPHOS №
INCO-CT-2005-013359
Полученные результаты вошли в конкурсные проекты Минпромэнерго
России № 0410 0810000 05 039д, Минобрнауки России № 01 168 24 074 и Мин-
промторга России № 8411 0816900 13 057
Личный вклад автора.
На основе концепции CALS разработана типовая структура конструкторской документации универсальной плазмохимической установки Проведено CALS моделирование грансостава нанопорошков, термодинамики и кинетики плазмохимического синтеза соединений кремния, титана, железа, олова и вольфрама Разработана система компьютерного менеджмента качества особо чистых продуктов плазмохимического синтеза
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы опубликованы в журналах «Химическая промышленность сегодня», «Журнал прикладной химии», «Russian Journal of Applied Chemistry», сборнике научных трудов «Успехи в химии и химической технологии», а также докладывались и обсуждались на 17th International Congress of Chemical and Process Engineering fPraha, Czech Republic, 2006), 20-й Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии, МКХТ-2006 (Москва. 2006), 20-й Международной научно-технической конференции «Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии», Реактив-2006 (Уфа, 2006). Международной конференции «Ресурсо- и энергосберегающие технологии в химической и нефтехимической промышленности» (Москва, 2006), 6, 7-й Международной научной конференции «Современные проблемы истории естествознания в области химии, химической технологии и нефтяного деча» (Уфа, 2005, 2006), 19, 20-й Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях», ММТТ-19, ММТТ-20 (Воронеж, 2006, Ярославль, 2007)
Публикация результатов исследования
По теме диссертации опубликовано 11 научных трудов, из них 4 статьи (2 статьи в журналах, рекомендуемых ВАК) и 7 тезисов докладов на международных конференциях Общий объем опубликованных работ - 3,2 печатных листа
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, выводов, списка литературы (116 наименовании) и приложения, включающего акты внедрения результатов работы Диссертация изтожена на 134 страницах включая 46 рисунков и 4 таблицы
