Науковий Журнал Метінвест Політехніки. Серія: Технічні науки
ТРАНСФОРМАЦІЯ СТРАТЕГІЙ УПРАВЛІННЯ РИЗИКАМИ В СУОП: ВІД РЕАКТИВНОГО КОНТРОЛЮ ДО ПРОАКТИВНОГО ПРОГНОЗУВАННЯ
У статті проведено системний аналіз еволюції стратегій управління ризиками в сучасних системах управління охороною праці (далі – СУОП). Висвітлено актуальну проблему стагнації показників виробничого травматизму, спричинену вичерпанням ефективності традиційних реактивних підходів, що базуються на ретроспективному аналізі подій та лінійній теорії «доміно». Досліджено методологічні обмеження існуючих метрик ефективності, зокрема «відстаючих показників», які часто не здатні відобразити складні нелінійні причинно-наслідкові зв’язки у динамічних соціотехнічних системах. На основі критичного аналізу останніх наукових публікацій (2016–2025 рр.) обґрунтовано нагальну необхідність переходу до проактивної стратегії управління ризиками (Safety-II), що фокусується на забезпеченні резильєнтності та адаптивності системи. Доведено, що в умовах зростаючої складності виробничих процесів та впливу дестабілізуючих факторів системних криз (хронічний стрес, накопичена втома, змінні умови середовища, не здоровий психологічний мікроклімат в колективі працівників) критичним фактором безпеки стає рівень ситуаційної обізнаності фахівців СУОП. Запропоновано новітній концептуальний підхід до використання предиктивних моделей штучного інтелекту, зокрема ансамблевих методів машинного навчання, для інтеграції та виявлення ієрархії впливу різнорідних організаційно-психологічних факторів ризику. Розглянуто архітектуру «Людина – штучний інтелект» за принципом «предиктор-коректор», де алгоритми забезпечують точне прогнозування ризиків (рівень проєкції ситуаційної обізнаності), а фахівець здійснює верифікацію та прийняття управлінських рішень. Такий синергетичний підхід дозволяє нівелювати когнітивні обмеження операторів, подолати проблему інформаційного перевантаження та суттєво підвищити ефективність попередження інцидентів на виробничому рівні.
Авторське право (c) 2026 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
СУЧАСНІ ПІДХОДИ ДО УПРАВЛІННЯ ПРОФЕСІЙНИМИ РИЗИКАМИ В УКРАЇНІ: ІНТЕГРАЦІЯ СТАНДАРТІВ ТА ПРАКТИКА ОЦІНЮВАННЯ
Мета дослідження – обґрунтувати підходи до підвищення результативності управління охороною праці шляхом дослідження результативності використання різних методів оцінювання професійного ризику як інтегрального показника, який забезпечує раціональне планування профілактичних заходів на виробництві. У дослідженні застосовано системний та ризикорієнтований підходи, методи аналізу та узагальнення наукових публікацій, експертні оцінки, а також кількісні методи оцінювання професійних ризиків. Для порівняльного аналізу використано модифікований метод Елмері та модифікований матричний метод з урахуванням умов праці, організації системи управління охороною праці та рівня культури безпеки. Емпіричною базою дослідження слугували статистичні дані щодо виробничих інцидентів на промисловому підприємстві. Установлено, що зниження рівня професійного ризику може розглядатися не лише як показник стану безпеки праці, а і як критерій результативності ухвалених управлінських рішень. Порівняльний аналіз засвідчив, що модифікований метод Елмері є більш інформативним за прийнятного та середнього рівнів ризику, тоді як при високих і неприйнятних ризиках доцільним є застосування модифікованого матричного методу. Запропоновано рекомендації щодо вибору методу оцінювання ризиків залежно від виробничих умов. Результати дослідження узгоджуються з положеннями стандартів ISO 45001 та ISO 31000:2018 щодо ризикорієнтованого управління та можуть бути використані як методичне підґрунтя для інтеграції процедур оцінювання професійних ризиків у чинну систему менеджменту охорони праці підприємств. Результати отримані на основі даних одного підприємства та можуть потребувати адаптації для інших галузей промисловості з урахуванням специфіки небезпечних і шкідливих виробничих факторів. Отримані результати можуть бути використані керівниками та фахівцями з охорони праці для обґрунтованого планування профілактичних заходів, оцінювання ефективності витрат на безпеку та підвищення дієвості систем управління охороною праці. Наукова новизна полягає в інтеграції оцінювання професійного ризику з процесом ухвалення управлінських рішень та обґрунтування комбінованого використання методів оцінки ризиків залежно від їх рівня, що підвищує достовірність та практичну придатність результатів.
ДОСЛІДЖЕННЯ ЕРГОНОМІЧНИХ РИЗИКІВ ТА ЇХ ВПЛИВ НА ОПОРНО-РУХОВИЙ АПАРАТ УЧНІВ
У статті розглянуто ергономічні ризики в навчальній та побутовій діяльності школярів в умовах зростання статичних навантажень і поширення нефізіологічних робочих поз. Актуальність дослідження зумовлена інтенсивними морфофункціональними змінами опорно-рухового апарату в підлітковому віці – у критичний період формування рухових стереотипів, що впливають на стан здоров’я в подальшому житті. Тривале сидіння, активне використання цифрових пристроїв та виконання побутових фізичних робіт сприяють накопиченню несприятливих біомеханічних навантажень і підвищують ризик розвитку м’язово-скелетних порушень у здобувачів освіти. Для оцінювання біомеханічних особливостей робочих поз і рухів застосовано відеоаналіз із використанням алгоритмів комп’ютерного зору в поєднанні з міжнародною методикою REBA. Такий підхід забезпечив об’єктивне визначення кутів у суглобах, нахилів тулуба, ротаційних рухів та асиметрій під час виконання типових рухових дій. За результатами дослідження встановлено переважання надмірних нахилів тулуба, що перевищують фізіологічні межі, нефізіологічних положень голови та торсійних рухів корпуса під навантаженням. Згідно з методикою REBA, виявлені рухові стереотипи відповідають високому рівню ергономічної небезпеки. Виявлені біомеханічні відхилення асоціюються з підвищеним навантаженням на шийний і поперековий відділи хребта та можуть сприяти розвитку м’язового перенапруження, функціональних порушень та клінічних проявів з боку опорно-рухового апарату. Отримані результати підкреслюють доцільність раннього виявлення ергономічних ризиків та впровадження профілактичних заходів, спрямованих на корекцію рухових стереотипів, формування нейтральних поз і зниження надмірного біомеханічного навантаження.
АНАЛІЗ РІВНІВ ІЄРАРХІЇ БЕЗПЕКИ ПРАЦІ В ОРГАНІЗАЦІЯХ
Мета провести комплексний аналіз і взаємозв’язку державного, корпоративного і індивідуального рівнів безпеки в організації. Застосовувався метод системного аналізу для визначення ролі держави у встановленні вимог з безпеки праці та механізмів примусу до їх виконання, які є рушійною силою для дій на корпоративному та індивідуальному рівнях Проведено комплексний аналіз взаємозв’язку державного, корпоративного і індивідуального рівнів безпеки в організації, що дозволив встановити, що дієвість системи управління безпекою праці досягається лише завдяки синергетичному ефекту зазначених рівнів. Синергетичний ефект полягає у перегляді нормативно-правової бази з метою її консолідації, усунення застарілих та суперечливих норм, та гармонізації її з сучасними, ризик-орієнтованими підходами на державному рівня; забезпечення лідерства, прихильності до безпеки, виділення необхідних ресурсів для розвитку культуру безпеки працівників на корпоративному рівня та сприянні проактивної участі працівника у всіх питаннях безпеки на індивідуальному рівні. Встановлено, до сприятливих чинників системи управління безпекою праці та здоров’я працівників відносять гармонізацію з нормами ЄС, поширення стандарту ISO 45001:2018, технологічний розвиток, що разом із переходом від базової, орієнтованої на відповідність законодавству системи управління безпекою праці та здоров’ям працівників до динамічної, інтегрованої згідно вимог ISO 45001:2018 є не просто технічним оновленням, а фундаментальною зміною корпоративної філософії управління. Показано, що на рішення та поведінку працівника впливає рівень культури безпеки, який повинен забезпечити гармонічний розвиток п’яти складових інформована культура, культури звітності (Reporting Culture), справедливої культура відповідальності (Just Culture), гнучкої культури до змін та культура навчання (Learning Culture). Наукова новизна полягає у системному підході до аналізу безпеки праці, який розглядає її не як набір окремих правил, а як взаємопов’язану систему з трьома рівнями: державним, корпоративним та індивідуальним, що дозволяє зробити висновок – дієвість системи досягається лише завдяки синергетичному ефекту, тобто спільним, узгодженим діям на всіх трьох рівнях Практична цінність полягає у розробці рекомендацій для підвищення дієвості всієї ієрархії безпеки праці, що передбачає перехід до ризик-орієнтованого нагляду та зміщенню фокусу від інспекційної діяльності з перевірки формальної відповідності всім вимогам на оцінку дієвості системи управління безпекою праці.
ПСИХОФІЗІОЛОГІЧНІ ЧИННИКИ ЯК ПРИХОВАНІ ПРИЧИНИ НЕЩАСНИХ ВИПАДКІВ У ПРОФЕСІЙНІЙ ДІЯЛЬНОСТІ РЯТУВАЛЬНИКІВ-КІНОЛОГІВ: ШЛЯХИ ВДОСКОНАЛЕННЯ ПІДХОДІВ ДО РОЗСЛІДУВАННЯ
У статті визначено особливості професійної діяльності рятувальників-кінологів, яка характеризується високою інтенсивністю фізичних і психоемоційних навантажень, роботою в екстремальних та непередбачуваних умовах, необхідністю швидкого прийняття рішень і постійною відповідальністю за життя людей та службових собак. Сукупність зазначених чинників формує підвищений рівень професійних ризиків, зокрема психофізіологічного характеру. Встановлено, що накопичення втоми призводить до зниження уваги, сповільнення реакцій, погіршення координації рухів, зростання ймовірності помилкових дій і порушення вимог безпеки праці. У таких умовах втома виступає не фоновим, а безпосереднім фактором ризику виникнення небезпечних ситуацій і нещасних випадків. Обґрунтовано необхідність удосконалення процедури розслідування нещасних випадків, зумовлених психофізіологічними причинами, оскільки традиційні підходи до аналізу травматизму не дають можливості повною мірою виявляти приховані механізми порушення безпечної поведінки, пов’язані зі втомою, стресом і перевантаженням. Інтеграція психофізіологічних показників у процес розслідування нещасних випадків сприятиме більш точному визначенню причин травматизму, формуванню обґрунтованих профілактичних заходів та підвищенню ефективності системи управління безпекою і здоров’ям працівників, зокрема, кінологічної служби Державної служби України з надзвичайних ситуацій. Система профілактичних заходів, спрямованих на підвищення рівня безпеки та збереження здоров’я рятувальників-кінологів, має ґрунтуватися на комплексному підході та містити організаційні, психофізіологічні, навчальні й нормативні складові. Актуалізована доцільність переходу від формального обліку нещасних випадків до превентивної моделі управління ризиками, орієнтованої на раннє виявлення втоми та інших психофізіологічних передумов небезпечних ситуацій.
ЗАСОБИ ВИРІШЕННЯ ПРОБЛЕМИ БІОЛОГІЧНОГО ОЧИЩЕННЯ ЗАБРУДНЕНОГО ПОВІТРЯ В ЗАКРИТОМУ ПРИМІЩЕННІ ЗА ДОПОМОГОЮ ДОДАТКОВОГО КОМПОЗИТНОГО ФІЛЬТРА AIR GUARD
Розроблено конструкцію багатошарового фільтра для очищення повітря в закритому приміщенні при довгостроковому перебуванні людей. Запропоновано використання базальтової тканини, «коноплепона» на основі конопляної нитки, льняної та вуглецевої тканини. Кожний шар фільтра має спеціальну функцію із затримання забруднювальних частинок різних розмірів та хімічного складу. Завдяки хімічній стійкості базальту перший шар фільтра буде стійким до агресивних середовищ, а маючи високу вогнестійкість, захищатиме від полум’я. Конопляний композит має певні антисептичні властивості та пористу структуру для затримки частинок бруду. Унікальним є використання вуглецевого композиту у вигляді тканини, оскільки саме такий вид, завдяки високим адсорбувальним властивостям, максимально очищує повітря від біоцидних забрудників. Система картриджів дає змогу забезпечити своєчасну заміну або очищення фільтра. Усі матеріали, що застосовують у фільтрах, є екологічними й не забруднюють зовнішнього середовища. Для збільшення зносостійкості вуглецевої тканини при експлуатації в системах вентиляції пропонується нанесення на її поверхню двох видів покриття. Один варіант реалізується шляхом нанесення хітозану, який має біологічну природу і може використовуватися при контакті тканини зі шкірою. Другий варіант – це напилення нано- та мікрошарів тефлону, що збільшує міцність та стійкість вуглецевої тканини до зовнішніх руйнівних впливів. Створено прототип системи фільтрів зі змінними картриджами для елемента вентиляційної системи. Конструкційне рішення може реалізовуватися в системах вентиляції різного масштабу. Можливе розширення сфери застосування не лише для приміщень, а й на транспорті.
ОЦІНКА РОЗПОДІЛУ НЕМЕТАЛЕВИХ ВКЛЮЧЕНЬ У СТАЛЕВІЙ ПРОДУКЦІЇ З ВИКОРИСТАННЯМ МЕТОДУ СТЕРЕОЛОГІЧНОЇ РЕКОНСТРУКЦІЇ
У роботі показано, що неметалічні включення, які утворюються в процесі виробництва сталі, значно впливають на властивості сталі та металопродукції і їх видалення в процесах виробництва сталі, що відіграє головну роль при отриманні продукції високої якості. Доведено, що для отримання кількісної інформації про розмір та кількість неметалевих включень можна використовувати стереологічний аналіз. Висвітлено, що «чиста сталь» включає управління вмістом усіх включень, що містяться в сталі, з урахуванням включень, більших, ніж критичний розмір, який відбивається на якості готової продукції. Показано, що неметалеві сталі в готовому продукті представлені оксидами, при цьому на сьогоднішній день оцінка забрудненості сталі є недостатньою і в окремих випадках має умовний характер. Установлено, що жодна з чинних шкал, а саме ASTM E45, ISO 4967:1979, SKF та інші, не відображають цілком реального ступеня забрудненості сталі. При цьому дані хімічного аналізу досліджуваних зразків свідчать, що вміст неметалевих включень перевищує на 20–30 % дані, отримані за допомогою використання стандартних металографічних методик. Висвітлено, що нині велике поширення серед кількісних методів аналізу набули статистичні методи оцінки розмірів та розподілу включень. Показано, що для всебічної оцінки забрудненості сталі неметалевими включеннями необхідно проводити комплексний аналіз, що містить оцінку їх складу, морфології, розмірів та розподілу. Показано, що для статистичної оцінки розподілу неметалевих включень за розмірами в роботі розроблено методику, що дає змогу виявляти розподіл великих неметалевих включень у стальній продукції. З’ясовано, що для виявлення крупних неметалевих включень можна застосовувати логарифмічно нормальний (логнормальний) розподіл еквівалентних діаметрів неметалевих включень, в основі якого лежить мультиплікативний процес формування випадкових величин. Показано, що для отримання кривої розподілу вся виявлена сукупність неметалевих включень (окремо для сульфідів та оксидів) ділилася за розмірами інтервали, при цьому результати аналізу значно залежали від кількості інтервалів, тобто розмірних груп. Показано, що з використанням розробленої методики проведено кількісну оцінку забрудненості безперервнолитих заготовок неметалевими включеннями. Показано, що в результаті проведених досліджень розроблено методику стереологічної реконструкції розподілу неметалевих включень, що визначає невраховані неметалеві включення розміру, що перевищує критичний. З’ясовано з проведенням кількісної оцінки забруднення безперервнолитих заготовок неметалевими включеннями з використанням методики стереологічної реконструкції логнормального розподілу включень за розмірами дає змогу прогнозувати кількість великих неметалевих включень у металевій продукції.
ВАКУУМУВАННЯ ПРЕС-ФОРМИ ЯК ФАКТОР ПІДВИЩЕННЯ ГЕРМЕТИЧНОСТІ ВИЛИВКІВ З АЛЮМІНІЄВИХ СПЛАВІВ ПРИ ЛИТТІ ПІД ТИСКОМ
У статті представлено результати комплексного експериментального дослідження впливу вакуумування прес-форми на герметичність виливків з алюмінієвих сплавів при литті під тиском. Детально проаналізовано залежність виникнення внутрішніх дефектів, як-от пористість, газові включення та непроливи, від рівня залишкового тиску в порожнині форми перед упорскуванням розплаву. Установлено, що зниження тиску до 80–100 мбар суттєво зменшує імовірність утворення дефектів, особливо в тонкостінних деталях, що є критично важливим для забезпечення надійності, міцності, довговічності та експлуатаційної стабільності виробів. Експериментальні дослідження проводили на модернізованому промисловому ливарному обладнанні з інтегрованою вакуумною системою, цифровим моніторингом тиску та температури в режимі реального часу, а також з адаптивним керуванням технологічними параметрами, що забезпечувало стабільність процесу та точний контроль усіх параметрів лиття. Показано, що застосування вакуумування дає змогу знизити частку бракованих виробів із 7,2 % до 2,9 %, забезпечуючи рівномірне заповнення форми без утворення повітряних кишень та дефектів поверхні. Поєднання вакуумного режиму із цифровим контролем параметрів сприяє формуванню щільної мікроструктури з мінімальною пористістю та підвищує герметичність, міцність і надійність виробів, особливо складних корпусних деталей з підвищеними вимогами до якості. Результати дослідження підтверджують ефективність інтеграції вакуумного обладнання в промисловий процес лиття під тиском як надійного, економічно доцільного та технологічно обґрунтованого засобу підвищення якості продукції, стабілізації процесу та забезпечення високої точності виготовлення деталей у серійному виробництві.
ОЦІНКА ЕЛЕКТРОСПОЖИВАННЯ ВИПАЛЮВАЛЬНОЇ МАШИНИ ЗАЛЕЖНО ВІД ВЛАСТИВОСТЕЙ ШИХТИ ТА ЗАСТОСУВАННЯ ПОВЕРХНЕВО-АКТИВНИХ РЕЧОВИН
Ця стаття є продовженням раніше початих досліджень, спрямованих на оцінку продуктивності виробничого процесу окатишів залежно від шихти та використання ПАР. Як і на попередньому етапі, розглядався повний цикл термообробки залізорудних окатишів – від сушіння та підігріву до випалу, рекуперації та охолодження, з придивлянням до впливу використання поверхнево-активних речовин (далі – ПАР) на загальні питомі витрати електроенергії, з виключенням витрат природного газу. Промислові випробування проведено на одному з провідних гірничозбагачувальних комбінатів Кривбасу зважаючи на перехід з базового (власного) концентрату на сировину іншого підприємства регіону, оброблену неіоногенною ПАР. На відміну від попередніх досліджень, які були побудовані на восьмифакторній моделі аналізу, були виключені незначущі показники, тому аналітика теперішніх досліджені будувалася на підставі п’ятифакторної системи аналізу, а також зменшено крок часу між замірами змін, що дає підґрунтя більш точнішим розрахункам. Показано, що ключовими факторами впливу є вологість шихти, витрата вапняку, міцність сирих окатишів, висота шару та тиск газу. При цьому саме збільшення витрати вапняку стало суттєвим фактором впливу на загальне енергоспоживання. Зафіксовано зростання витрат електроенергії на 25,88 %. Результати актуальні для фахівців у галузях енергоменеджменту, електроенергетики та теплотехніки в металургії, зокрема при розробці заходів з оптимізації енерговитрат у промислових умовах.
СИНТЕЗ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ КОМБІНОВАНИХ РЕГУЛЯТОРІВ ДЛЯ КЕРУВАННЯ ЕНЕРГОЄМНИМИ ПРОЦЕСАМИ
У статті виконано синтез та комплексне дослідження ефективності комбінованих регуляторів, призначених для керування енергоємними технологічними процесами. Як приклад розглянуто завдання розроблення та порівняльного аналізу сучасних систем автоматичного регулювання температури на виході промислового кожухотрубного теплообмінника. Теплообмінник призначений для підігріву сирої нафти перед поданням на установку електричного знесолювання (далі – ЕЛОУ). Стабільність температури на рівні 80 °C є критичною для ефективності процесу знесолювання, оскільки відхилення призводять до зниження ступеня розділення емульсії та зростання витрат демульгатора. Запропоновано спрощену модель з розподіленими параметрами першого порядку із часовою сталою τ = 720 с. Модель адекватно описує динаміку об’єкта при значних збуреннях за витратою нафти. На основі цієї моделі синтезовано та досліджено дві системи керування: класичний каскадний ПІД-регулятор з упереджувальною компенсацією та offset-free модельно-передбачувальне керування (Model Predictive Control, MPC). Моделювання проведено при кроковому збуренні витрати нафти на +45 %. Результати показали, що ПІД-регулятор забезпечує максимальне відхилення температури -8,4 °C з інтегральною абсолютною похибкою (Integral of Absolute Error, IAE) IAE = 1820 °C·с, тоді як offset-free MPC зменшує відхилення до -1,8 °C (IAE = 378 °C·с), що відповідає покращенню в 4,7 раза. Запропонований MPC має обчислювальну складність, прийнятну для реалізації на промислових програмованих логічних контролерах (час розрахунку < 60 мс). Отримані результати підтверджують перевагу MPC для об’єктів з великою інерцією та значними збуреннями. Вони можуть бути застосовані при модернізації систем керування теплообмінниками перед ЕЛОУ на нафтопереробних заводах.
МЕТОДИКА КЕРУВАННЯ ТЕПЛОВИМ КОМФОРТОМ У ПРИМІЩЕННІ НА БАЗІ ДВОПОЗИЦІЙНОГО РЕГУЛЯТОРА
У статті розглянуто проблему забезпечення теплового комфорту в приміщеннях шляхом застосування адаптивних систем керування на базі двопозиційних регуляторів. Метою роботи є розробка та дослідження системи, яка забезпечує автоматичне налаштування параметрів регулятора та сприяє зменшенню енерговитрат. Запропоновано методику керування тепловим комфортом із можливістю зміни налаштувань відповідно до вимог користувача, а також алгоритм уточнення параметрів двопозиційного регулятора з урахуванням типу зсуву уставки. На основі розробленого алгоритму створено модель процесу керування тепловим комфортом у приміщенні з автоматичним налаштуванням, результати моделювання якої підтвердили ефективність запропонованого рішення. Система забезпечує автоматичне визначення рівнів помилки керування, за якими здійснюється вмикання та вимикання опалення, а відхилення параметрів не перевищує 10 % від встановлених обмежень. Використання удосконаленого принципу розрахунку кроку зміни рівня помилки підвищує якість функціонування системи, хоча й збільшує кількість ітерацій та час налаштування. Наукова новизна роботи полягає у створенні адаптивної системи керування тепловим комфортом, яка уточнює початкові параметри регулятора та корегує їх у процесі роботи. Практичне значення полягає у можливості використання системи для підвищення енергоефективності та інтеграції результатів моделювання у навчальний процес підготовки фахівців з автоматизації та енергоменеджменту. Подальший розвиток дослідження передбачає перехід до безперервного керування тепловим комфортом із застосуванням пропорційно інтегрально диференціального закону регулювання та автоматичним визначенням параметрів регулятора.
МОДЕЛЮВАННЯ ТА ОЦІНКА ГЛИБИННОЇ НЕЙРОННОЇ МЕРЕЖІ RESNET-50 ДЛЯ КЛАСИФІКАЦІЇ ТВЕРДИХ ПОБУТОВИХ ВІДХОДІВ
У статті представлено результати дослідження ефективності глибокої згорткової нейронної мережі ResNet-50, адаптованої для автоматизованої класифікації твердих побутових відходів. Метою роботи є оцінювання точності моделі, визначення типових помилок класифікації та обґрунтування можливостей її інтеграції в промислові лінії сортування. У дослідженні використано розширений набір даних, що містить зображення п’яти основних категорій відходів: пластик, скло, метал, папір та органічні матеріали. Попередня обробка даних передбачала застосування комплексної аугментації, що забезпечило стійкість моделі до шумів, зміни освітлення, деформацій та забруднення об’єктів. Для оцінювання ефективності використано метрики точності, повноти, F1-міри та матрицю помилок, що дало змогу встановити структурні закономірності хибних передбачень. Отримані результати демонструють високу якість класифікації для більшості класів, зокрема точність понад 0,95, а також стійке узгодження тренувальних і валідаційних кривих без ознак перенавчання. Аналіз матриці помилок виявив низку типових похибок, пов’язаних зі схожістю текстурних та спектральних властивостей окремих класів, що особливо характерно для пластика та органічних відходів, а також паперу й картону. Запропоновано підходи до їх усунення, зокрема використання спектральних даних (NIR / MIR), розширення аугментацій та ф’южн-моделей ознак. Практичне значення дослідження полягає в можливості інтеграції побудованої моделі в роботизовані системи сортування відходів, що забезпечує підвищення ефективності переробки, зменшення людського фактору та оптимізацію роботи сучасних сміттєсортувальних комплексів. Представлені результати можуть бути використані для створення промислових класифікаторів нового покоління та розвитку інтелектуальних систем управління відходами.
РОЗРОБКА СИСТЕМИ ПІДТРИМКИ УХВАЛЕННЯ РІШЕНЬ ДЛЯ ПРЕДИКТИВНОГО ТЕПЛОВОГО КОНТРОЛЮ В ТРУБОПРОВІДНИХ СИСТЕМАХ
Розроблена система підтримки ухвалення рішень (DSS) для прогнозного теплового керування трубопроводами ґрунтується на створенні цифрового двійника, який відображає геометрію, матеріали, середовище та датчики трубопроводу. Така модель дає змогу прогнозувати розподіл температур, виявляти аномалії, моделювати втрати тепла та формувати керувальні дії в реальному часі. У центрі системи працює модуль прогнозування, який оцінює майбутній стан температурного поля на основі поточних даних і фізичних закономірностей теплопередачі. Для цього використовують як емпіричні моделі, так і нейромережеві предиктори. Навчання моделі виконується до досягнення високої точності, після чого вона інтегрується в DSS і може оновлюватися за новими даними. Нечітка логіка в системі дає змогу враховувати невизначеність, оперуючи поняттями типу «перегрів» чи «нестабільність». Вхідні дані перетворюються на ступені належності до цих понять, після чого застосовують нечіткі правила ухвалення рішень. Результати цих правил перетворюються на конкретні дії системи, наприклад, зниження потужності нагріву. Крім того, система містить модуль навчання з підкріпленням, який автоматично вдосконалює стратегію керування, аналізуючи наслідки дій у змінних умовах. Він обирає ті дії, які забезпечують підтримання температур у допустимих межах, енергоефективність та запобігання аваріям. Для врахування впливу сегментів один на одного застосовують імовірнісні графові моделі – Байєсівські мережі, які моделюють поширення теплових ефектів уздовж трубопроводу. У процесі експериментальної перевірки модель DSS продемонструвала високу точність: результати симуляцій підтвердили, що система здатна точно відтворювати реальні температурні профілі трубопроводу. Обґрунтовано, що система забезпечує можливість масштабування на складні мережеві трубопровідні структури, включно з розгалуженими магістралями та багатокомпонентними вузлами. Розширена інтеграція цифрового двійника з реальними сенсорними даними дає змогу виявляти потенційні відхилення та прогнозувати розвиток несправностей задовго до їх фактичного прояву. Установлено, що вдосконалений процес прогнозування сприяє адаптивному керуванню тепловими режимами, що знижує експлуатаційні витрати та підвищує загальну надійність трубопровідної інфраструктури. Доведено, що застосування комбінованого підходу, який поєднує методи штучного інтелекту, математичного моделювання та нечіткої логіки, підвищує стійкість системи до шумів, неповноти даних та нелінійної поведінки фізичних процесів. Також проведено пілотну експериментальну оцінку з використанням набору даних SCADA моніторингу трубопровідних систем нафтогазової галузі, що охоплює 12 місяців безперервних вимірювань із частотою 1 Гц. Прогнозування температур реалізовано на основі наскрізної нейронної мережі, орієнтованої на короткострокові інкрементальні зміни температури, у поєднанні з керуванням на базі алгоритму Proximal policy optimization. Отримані результати підтвердили високу точність прогнозування та ефективність адаптивного керування: середній час повного циклу ухвалення рішень не перевищував 18,5 мс, а параметр накопиченої дисконтованої нагороди зріс на 74 % з одночасним зменшенням його дисперсії більш ніж на 60 %.
МЕТОДИКА СИНТЕЗУ КОВЗАЮЧОГО НЕЧІТКОГО РЕГУЛЯТОРА В РЕЖИМІ СПОСТЕРЕЖЕННЯ
У статті розглядається методика синтезу ковзаючого нечіткого регулятора в режимі спостереження. Найбільшого поширення ця методика знайшла тоді, коли повний вектор стану системи недоступний для вимірювання, але потрібно оцінити його для реалізації повного зворотного зв’язку за станом або для цілей діагностики. Найпоширеніший і теоретично обґрунтований підхід для виконання цього завдання – це синтез паралельного ковзаючого нечіткого регулятора. Застосування регулятора цього типу є одним із найпоширеніших засобів для керування роботами, БпЛА, електроприводами та всіх завдань, де потрібна висока точність і робастність до значних невизначеностей та збурень. Тобто ковзаючий нечіткий регулятор застосовується для об’єктів промислових автоматизованих систем управління технологічними процесами (далі – АСУ ТП), які характеризуються значною нелінійністю, параметричними змінами та зовнішніми збуреннями. При синтезі регулятору запропоновано гібридні схеми на базі нечіткої логіки Mamdani, які усувають основний недолік класичного ковзаючого режиму – шляхом заміни релейного складника на плавну нечітку апроксимацію. Наведено достатні умови стійкості та досягнення ковзаючого режиму у вигляді лінійних матрично-нечітких обмежень, які адаптовані для типових моделей АСУ ТП (аперіодичні ланки вищих порядків, об’єкти з розподіленими параметрами). Розглянуто адаптивний ковзаючий нечіткий регулятор з автоматичним підлаштуванням коефіцієнтів масштабування λ, що забезпечує неперервне керування та поліпшення якісних характеристик перехідного процесу. За результатами теоретичних досліджень при математичному моделюванні встановлено, що в разі збільшення коефіцієнта масштабування λ до значення 0,5 перехідний процес за керованим параметром набуває експоненціальної форми, що дає змогу зменшити динамічну помилку.
УДОСКОНАЛЕННЯ СИСТЕМИ РЕГУЛЮВАННЯ ТИСКУ В МАГІСТРАЛЬНОМУ ТРУБОПРОВОДІ
Однією з особливостей роботи насосних станцій забору й перекачування води є принципово невизначений режим їх роботи, що часто не дає змоги на стадії проєктування однозначно визначитися з вибором робочої машини. Основним вимогам до системи водопостачання є забезпечення заданого напору для споживачів води при постійних і змінних витратах води. Ускладнюється це завдання тим, що в процесі експлуатації насосної станції режими роботи установки істотно змінюються. Отже, основною проблемою транспортування води є підтримка заданого тиску. Проведений аналіз способів регулювання подання насосних установок довів, що майже всі вони спрямовані на технологічні завдання й майже не враховують енергетичних аспектів транспорту води, що призводить до втрат споживаної електроенергії через неефективну роботу дросельного органу, створення надлишкових напорів у трубопроводі та різного роду витоків води в мережі та в споживача. Додатково питання плавного регулювання тиску в трубопроводі є також актуальним через те, що різкі зміни тиску в трубопроводі є найбільшою і найпоширенішою причиною виходу з ладу обладнання насосної станції. Тому мета роботи стосується зменшення затрат енергоресурсів насосної станції через розробку та дослідження автоматизованої системи регулювання тиску в магістральному трубопроводі. Сучасні підходи до виконання цього завдання пов’язані з використанням у контурі керування насосами перетворювачів частоти, що дає змогу транспортувати воду з плавним та точним регулюванням робочих параметрів насосної установки без непродуктивних витрат електроенергії. Удосконалення системи регулювання тиску в магістральному трубопроводі дає змогу покращити роботу системи, що підвищує техніко-економічні показники роботи насосної станції і зменшує збитки підприємства.
СИСТЕМА КЕРУВАННЯ ЕЛЕКТРОГІДРАВЛІЧНИМ ПРИВОДОМ ПОДАЧІ БУРОВОЇ МАШИНИ
Метою дослідження є науково обґрунтований підхід до синтезу позиційної системи управління гідравлічним приводом подачі станка шарошечного буріння, який забезпечує підвищення точності позиціонування, стабільність перехідних процесів та ефективність роботи приводу в умовах змінних навантажень, властивих технологічному процесу буріння. Дослідження здійснено на підставі застосування диференціальних рівняння динаміки гідравлічного привода (використовуються рівняння, що описують рух виконавчого гідроциліндра, динаміку тиску в порожнинах, витрату робочої рідини та пружні властивості гідролінії); лінеаризації нелінійних рівнянь (для аналізу стійкості та синтезу регулятора гідравлічна система наводиться до лінеаризованої моделі в околицях робочої точки); моделювання із застосуванням передавальних функцій та структурних схем; застосовуються перетворення Лапласа під час формування передавальних функції приводу та регуляторів для аналізу системи в частотній та часовій областях; методи теорії автоматичного керування (аналіз стійкості; вибір структури регулятора; синтез П-, ПІ-, ПІД-регуляторів за позиційного регулювання); оптимізаційні методи синтезу для розрахунку параметрів регулятора, що дають можливість задати бажані власні значення замкнутої системи та забезпечити необхідну точність позиціонування приводу. моделювання в MATLAB/Simulink (застосовується для верифікації отриманої математичної моделі та перевірки роботи синтезованого алгоритму керування). За результатами виконаних теоретичних та експериментальних досліджень отримано такі наукові та практичні результати: розроблено математичну модель гідравлічного привода подачі станка шарошкового буріння, що враховує нелінійні характеристики гідроапаратури, стисливість робочої рідини, гідравлічні втрати та динаміку виконавчого гідроциліндра. Модель дала можливість дослідити вплив параметрів системи на точність позиціонування; виконано аналіз динамічних властивостей привода та визначено основні фактори, які обмежують точність та швидкодію системи позиційного керування, зокрема гідравлічні затримки, силові збурення від процесу буріння та коливання тиску в гідролініях; проведено синтез позиційної системи управління з використанням методів теорії автоматичного керування; на основі лінеаризованої моделі обґрунтовано вибір структури регулятора та визначено його оптимальні параметри; запропоновано алгоритм позиційного регулювання подачі, який забезпечує стабільні перехідні процеси та високу точність відпрацювання заданого положення виконавчого органу в умовах змінних навантажень; розроблено структурну схему системи управління, що має модуль зворотного зв’язку, коригувальні ланки та виконавчий гідропривід, та підтверджено її працездатність за допомогою моделювання; проведено моделювання роботи системи в MATLAB/Simulink, результати якого показали: зменшення похибки позиціонування привода, покращення стійкості системи до збурень, скорочення часу перехідного процесу, зниження коливань подачі під час буріння.
АНАЛІЗ ВЗАЄМОДІЇ ЛІНІЙНИХ ПАРАМЕТРІВ СУМІСНОЇ РОБОТИ ПИЛЕВЛОВЛЮВАЛЬНИХ ПРИСТРОЇВ ТА СИСТЕМИ МІСЦЕВОГО ПРОВІТРЮВАННЯ У ГІРНИЧІЙ ПРОМИСЛОВОСТІ
Зменшення запиленості рудникової атмосфери привибійного простору тупикових виробок за рахунок застосування обґрунтованих ефективних параметрів систем вентиляції і пиловловлювання при їх сумісній роботі У роботі використано аналітичні методи для дослідження процесів аерології та пилової динаміки при сумісній роботі систем вентиляції і пиловловлювання. Встановлено, що при використані сумісної роботи систем вентиляції і пиловловлювання виникають явища, які можуть призвести до значного зниження ефективності роботи цих систем, і зрештою до аварійних ситуацій, а також підвищити ризик виникнення професійних захворювань фіброгенної дії. На підставі виконаних досліджень розроблено матриці взаємного впливу систем вентиляції і пиловловлювання, що дозволяють визначити діапазон ефективності спільної роботи систем пиловловлювання та вентиляції тупикових гірничих виробок. Науково обґрунтовано фактори взаємного впливу процесів аерології та пилодинаміки, що визначають стан рудникової атмосфери та рівень безпеки у привибійному просторі тупикової виробки; показано, що цей вплив зумовлений параметрами вентиляційних потоків, що залежать від продуктивності вентиляційного і пиловловлюючого обладнання. Практичне значення отриманих результатів полягає у використані розроблених матриць впливу сумісної роботи систем вентиляції і пиловловлювання для поліпшення санітарно-гігієнічних умов і підвищення рівня безпеки у привибійному просторі гірничих виробок при їх проведенні механізованим способом.
РОЗРОБКА МЕТОДУ ІДЕНТИФІКАЦІЇ СЕЙСМІЧНИХ ХВИЛЬ НА БУДІВЛІ ТА СПОРУДИ
У статті запропоновано сучасний експериментальний метод щодо ідентифікації сейсмічних хвиль, які впливають на будівлі та споруди під час техногенних вибухів, пов’язаних з вибуховими речовинами їх виготовленням і використанням при проведенні вибухових робіт на кар’єрах та воєнних вибухів. Метод базується на аналізі часових та частотних характеристик фрагментів сейсмограм, що дає змогу з високою точністю розмежовувати об’ємні (поздовжні та поперечні) й поверхневі хвилі з небезпечними показниками для відповідних будівель і споруд, зокрема при збігу та накладанні власних параметрів коливань, здатних викликати резонансні явища, зниження несучої здатності конструкцій та небезпечні деформації інженерних об’єктів. Установлено чіткі частотні критерії розмежування об’ємних та поверхневих хвиль, які свідчать, що об’ємні хвилі характеризуються частотами понад 20 Гц, поверхневі хвилі – частотами до 20 Гц. Розроблено послідовність спектрального аналізу різних часових фрагментів для уточнення часових границь між різними типами хвиль. На основі часових, частотних та амплітудних критеріїв розроблено алгоритм ідентифікації сейсмічних хвиль, який містить визначення швидкостей P- та S-хвиль, виділення часових фрагментів записів та спектральний аналіз домінантних частот. Апробація методу проведена при виконанні вибухових робіт на Демне-Добрянському кар’єрі, за допомогою якого встановлено часові границі приходу різних хвиль та відокремлені фрагменти з потенційно небезпечними параметрами. Запропонований метод може застосовуватися як для моніторингу споруд, визначення технічного стану, так і для оцінки екологічних ризиків, пов’язаних із сейсмічним впливом вибухів. Розроблений метод дає змогу фіксувати фрагменти сейсмограми з частотами, близькими до власних коливань охоронного об’єкта, виявляти максимальні швидкості коливань для кожного типу хвиль окремо та прогнозувати найбільш небезпечні фази сейсмічного впливу.
АДАПТИВНА ОПТИМІЗАЦІЯ РЕЖИМУ ГІРНИЧИХ РОБІТ ГІРНИЧО-ВИДОБУВНОГО КЛАСТЕРА З ВИКОРИСТАННЯМ ЕВРИСТИЧНОГО БАГАТОКРИТЕРІАЛЬНОГО АЛГОРИТМУ
Роботу присвячено науковому обґрунтуванню та формалізації підходу до визначення режиму гірничих робіт на рівні гірничодобувного кластера, що об’єднує кілька кар’єрів і техногенні родовища. Вихідною передумовою є необхідність стабілізувати подання на збагачувальну фабрику рудної шихти за обсягом і вмістом за умов просторової варіабельності руд, динамічного бортового вмісту та зміни зовнішніх чинників. Виконаний у роботі аналіз літературних джерел підтвердив еволюцію від детермінованих контурних і календарних підходів до постановок, що враховують невизначеність параметрів родовища та вимоги стабілізації рудної шихти. Результати аналізу обґрунтовують вибір еволюційних методів як базової обчислювальної парадигми для пошуку стійких рішень у дискретному, багатокритеріальному та жорстко обмеженому просторі задачі. Запропоновано математичну постановку розв’язання такої задачі, у якій цільова функція мінімізує сукупні витрати на виймання, транспортування й зберігання з одночасним обмеженням відхилень від цільових показників якості та обсягу. Система обмежень поєднує баланси маси й умісту, продуктивність кар’єрів і фабрики, послідовність відпрацювання, місткість та режими техногенних родовищ, а також умови формування шихти з потоків різних кар’єрів. Методологічно використано аналіз і синтез наукових джерел літератури та побудову багатоперіодної моделі з подальшим обґрунтуванням еволюційної процедури пошуку рішень, а саме генетичний алгоритм, як придатної до дискретної, жорстко обмеженої та багатокритеріальної постановки. У статті наведено постановку, структуру змінних, цільову функцію та обмеження. Практичний ефект полягає в підвищенні керованості якістю рудопотоку й зниженні витрат завдяки узгодженому балансуванню видобутку, складуванню та відбору з техногенних об’єктів, що створює основу для адаптивного проєктування режиму в умовах динамічного середовища.
ТОРФ ЯК ЕНЕРГЕТИЧНИЙ РЕСУРС: ТИПОЛОГІЯ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ВИКОРИСТАННЯ
Представлений комплексний аналіз сучасних підходів до енергетичного використання торфу з позицій технологічної трансформації ресурсу. На основі широкого огляду наукових публікацій, патентних рішень та технічних регламентів запропоновано класифікацію, структуровану за принципом поглиблення технологічної обробки торфу від його прямого використання до складних переробних процесів. У роботі виокремлено п’ять ключових напрямів: пряме спалювання, композитні види палива, термохімічна переробка, біотехнологічні методи та функціональне застосування торфу у вигляді спеціалізованих матеріалів. Показано, що торф завдяки широкій варіативності фізико-хімічних властивостей може бути адаптований до різних енергетичних систем, виконуючи роль як кінцевого енергоносія, так і проміжної сировинної ланки для отримання твердих, рідких та газоподібних продуктів. Проаналізовано переваги та обмеження кожного напряму, зокрема низьку енергоефективність прямого спалювання, потенціал підвищення калорійності композитних палив, широкі можливості термохімічних процесів для одержання синтез-газу та рідких палив, а також перспективність анаеробного зброджування та ферментаційних методів для виробництва біогазу. Запропонована класифікація забезпечує логічну систематизацію сучасних технологій, є придатною для практичної інтеграції в енергетичні проєкти, стандартизацію паливних матеріалів і використання в освітніх та наукових цілях. Наукова новизна роботи полягає в переході від традиційних підходів до технологічно орієнтованої моделі аналізу енергетичного потенціалу торфу.
УДОСКОНАЛЕННЯ ПРОВІТРЮВАННЯ ТА ПОКРАЩЕННЯ МІКРОКЛІМАТИЧНИХ УМОВ У ВИБОЯХ ГЛИБОКИХ ШАХТ
У статті розглянуто способи забезпечення комфортних і безпечних умов праці шахтарів у глибоких вибоях вугільних підприємств, де ця проблема набуває дедалі більшої актуальності. Наявні, основані на температурних показниках, нормативи мікроклімату для підземних робочих місць унаслідок технічних та економічних причин відрізняються в негативну сторону від прийнятих для поверхні. Покращувати мікрокліматичні умови на підземних робочих місцях можна шляхом охолодження шахтного повітря з одночасним частковим вилученням вологи. Розрахунки показали, що з осушенням та охолодженням повітря температурою 24 оС нижче точки роси мікрокліматичний показник Нumidex зменшується з небезпечного рівня 37,7 до комфортного – 12,5. Сенс удосконалення полягає в доповненні установки місцевого провітрювання теплообмінником відкритого типу, який використовує скраплений азот, – відхід від підготовки металургійного кисневого дуття. Вилучення вологи із шахтного повітря зменшує його густину і, відповідно, витрати на провітрювання мережі гірничих виробок вентиляторами головного провітрювання. Додатковою перевагою способу покращення стану на робочих місцях є отримання із шахти водного ресурсу доволі високої якості. Вилучення частини такого ресурсу дасть змогу зменшити витрати на придбання води для технологічних потреб та на пожежогасіння. Узагальнення отриманих результатів дослідження дало змогу оцінити запропонований спосіб нормалізації умов праці гірників у глибоких шахтах, при комплексному підході, який передбачає кондиціювання повітря з одночасним вилученням води, а також полегшенням режиму вентиляції гірничих виробок, забезпечує значні переваги з боку екології, промислової санітарії, технології та економіки. Для попереднього розрахунку параметрів та оцінки розробки використані фактичні дані по ПРАТ «Шахтоуправління “Покровське”».
УДОСКОНАЛЕННЯ МЕТОДИКИ ПРОГНОЗУВАННЯ ВПЛИВУ ОЧИСНИХ ГІРНИЧИХ РОБІТ НА ЗЕМНУ ПОВЕРХНЮ ЗА ДАНИМИ МАРКШЕЙДЕРСЬКИХ ІНСТРУМЕНТАЛЬНИХ ВИМІРЮВАНЬ
Наведено результати дослідження параметрів процесу зрушення земної поверхні над гірничими роботами шах Західного Донбасу. Автори використовували графоаналітичний метод дослідження геометричних параметрів зрушення, отриманих методом натурних маркшейдерських інструментальних вимірювань на спеціальних спостережних станціях. Запропоновано вдосконалити методику прогнозування зрушень та деформацій земної поверхні при відпрацюванні вугільних пластів довгими стовпами в напрямку вхрест простягання пласта. Розглянуті питання зміни параметрів зрушення земної поверхні під час повторної підробки. На прикладі натурних спостережень за зрушенням земної поверхні в Західному Донбасі показано, що вони значно відрізняються від умов первинної підробки. Установлено, що в разі відпрацювання пластів довгими стовпами хрест простягання мульда зрушення в плані приймає «грушоподібну», а не еліптичну форму, через невідповідності напівмульд у головних перерізах за простяганням у зонах падіння й повстання пласта. Відмінність коефіцієнтів, що характеризують підробленість земної поверхні в основних перетинах по простяганню на ділянці «плоського дна» призводить до поступового зростання максимального осідання в бік повстання пласта. Істотна відмінність коефіцієнтів у зонах з боку падіння та повстання пласта призводить до зміни характеру розподілу зрушень та деформацій у межах напівмульд. Установлені відмінності параметрів зрушення земної поверхні при первинній і повторній підробках властиві умовам підробки спостережної станції № 7. Але вони дають змогу зробити висновок, що подібні відмінності мають місце й вони на стільки істотні, що докорінно змінюють представлення про закономірності зрушення земної поверхні при веденні очисних робіт в умовах порушеного гірничими роботами породного масиву. Це, своєю чергою, указує на необхідність проведення системних досліджень процесу зрушення земної поверхні в Західному Донбасі з метою встановлення параметрів зрушення при повторній і наступних підробках.
КОМПЛЕКСНА ПЕРЕРОБКА ЗОЛОШЛАКОВИХ ВІДХОДІВ У КОНТЕКСТІ ЦИРКУЛЯЦІЙНОЇ ЕКОНОМІКИ
Золошлакові відходи теплоелектростанцій є одними з найбільш масштабних техногенних утворень в Україні та становлять суттєву екологічну загрозу. Водночас вони містять цінні компоненти, які можуть бути використані як вторинна сировина. Перехід до циркулярної економіки вимагає створення ефективних технологій їх комплексної переробки. У статті розглянуто сучасні підходи до комплексної переробки золошлакових відходів теплоелектростанцій як одного з ключових інструментів упровадження принципів циркуляційної економіки. Актуальність дослідження зумовлена значними обсягами накопичених золошлаків в Україні, їх негативним впливом на довкілля та недостатнім рівнем залучення цінних мінеральних компонентів у господарський обіг. Золошлакові відходи Зеленодольської ТЕС розглядаються як складна багатокомпонентна техногенна система, придатна для одержання вторинного палива, залізовмісних й алюмосилікатних продуктів. У межах дослідження вивчено речовинний, хімічний, гранулометричний і фазово-мінералогічний склад золошлаків, а також їх фізико-механічні властивості. Для розділення компонентів використано магнітну сепарацію в сильному магнітному полі, флотаційне збагачення з добором оптимальних реагентних режимів і гравітаційне розділення продуктів. Показано, що поєднання магнітної сепарації та флотації забезпечує ефективне вилучення залізовмісного продукту з масовою часткою Fe понад 40 %, вуглецевого концентрату з вилученням вуглецю більш як 90 %, а також алюмосилікатних мікросфер з унікальними функціональними властивостями. Отримані продукти можуть бути використані в металургії, енергетиці та виробництві будівельних матеріалів. Орієнтовна економічна оцінка засвідчила високу інвестиційну привабливість запропонованої технології та строк її окупності на рівні 2–3 років.
АНАЛІЗ МОЖЛИВОСТІ ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ПРОЦЕСУ ФІЛЬТРУВАННЯ ТОНКОПОДРІБНЕНОГО ЗАЛІЗОРУДНОГО МАГНЕТИТОВОГО КОНЦЕНТРАТУ
У статті досліджено можливість підвищення ефективності процесу фільтрування тонкоподрібненого залізорудного магнетитового концентрату для забезпечення стабільних показників вологості сировини, необхідних для виробництва високоякісних DR-обкотишів. Основною метою роботи є підвищення ефективності процесу фільтрування за допомогою розробки математичної моделі на основі методу градієнтного бустингу для прогнозування залишкової вологи концентрату та оптимізації технологічних параметрів роботи керамічних дискових вакуум-фільтрів КДФ-90. Експериментальні дослідження виконано на промислових фільтрах КДФ-90 ПРАТ «ЦГЗК» з використанням масиву з 199 промислових точок, що містять 20 ознак, включно з базовими та комбінованими технологічними параметрами. Для побудови моделі застосовано Gradient Boosting Regressor зі стандартизацією ознак, стратифікованим поділом вибірки 80/20 та оптимізацією гіперпараметрів за критерієм максимізації коефіцієнта детермінації R² на тестовій вибірці. Оптимізована модель забезпечила значення R² = 0,4091 на тестових даних при середній абсолютній похибці MAE = 0,3380%, що перевищує показники лінійних моделей та є співставним з іншими ансамблевими методами, показник кореневого середньоквадратичного відхилення склав RMSE = 0,4078%. Встановлено, що найбільший вплив на залишкову вологу мають вміст класу -0,056 мм, вакуум у зоні сушки та комбінований параметр добутку вмісту заліза загального і фракції -0,040 мм. Практична значимість розробленої моделі полягає у можливості зменшення коливань вологості концентрату, підвищення стабільності процесу огрудкування та формуванні рекомендацій щодо впровадження системи автоматизованого прогнозування і контролю вологості в промислових умовах.
ТЕРМОХІМІЧНА УТИЛІЗАЦІЯ ВІДХОДІВ ВУГЛЕВИДОБУТКУ: ВИКЛИКИ ТА ТЕХНОЛОГІЧНІ МОЖЛИВОСТІ
У роботі досліджено актуальну науково-прикладну проблему термохімічної утилізації відходів вуглевидобутку в умовах зростання обсягів їх накопичення та посилення екологічних ризиків у гірничодобувних регіонах. Зазначено, що попри глобальні тенденції декарбонізації, вугілля й надалі відіграє значну роль у світовому енергетичному балансі, що зумовлює формування великих масивів техногенних відходів, зокрема породних відвалів вугільних шахт. Особливу увагу приділено газифікації як одному з найбільш перспективних напрямів термохімічної переробки високозольних відходів, здатному забезпечити зменшення їх обсягів та одержання енергетично цінних газоподібних продуктів. Метою дослідження є встановлення закономірностей впливу зольності відходів вуглевидобутку на вихід та компонентний склад горючих складників генераторного газу. Для цього проби відходів з породного відвалу подрібнювали до однорідного гранулометричного складу та піддавали експериментальному визначенню зольності методом повільного озолення. Термохімічну утилізацію відходів досліджували на експериментально-промисловому комплексі, що реалізує поєднання процесів низькотемпературного піролізу та подальшої газифікації твердого залишку з поданням водяної пари, унаслідок чого отримували генераторний газ, склад якого аналізували за основними компонентами. Визначено, що зольність досліджуваних відходів перебуває у межах 70,3–92,1 %, що істотно впливає на її реакційну здатність в умовах газифікації. Установлено, що зі зростанням зольності відходів концентрація горючих компонентів CO, H2 і CH4 у складі генераторного газу зменшується за експоненціальними залежностями, при цьому його теплотворна здатність знижується з 3,46 до 1,21 МДж/м3. Отримані результати підтверджують доцільність урахування зольності як ключового параметра при оптимізації режимів газифікації відходів вуглевидобутку та свідчать про перспективність термохімічної утилізації як складника формування циркулярних виробничих циклів у вугільній галузі.
РОЗРОБКА НОВОЇ КОНСТРУКЦІЇ ФІЛЬТРУВАЛЬНОГО РЕСПІРАТОРА ДЛЯ ГІРНИКІВ
Метою роботи є розробка нової конструкції фільтрувального респіратора для гірничих підприємств з урахуванням антропометричних параметрів облич працівників з покращеною формою смуги обтюрації. Використано метод оптичної тріангуляції для побудови 3D-моделі півмаски респіратора на основі визначення координат ключових антропометричних точок, а також функцію Гаусса радіального вигляду для згладжування та локальної підгонки моделі півмаски до топології обличчя користувача. Використано процес розробки півмаски на основі цифрового зображення обличчя, який складається з формування контурів півмаски за висотою і довжиною обличчя та визначення дизайну смуги обтюрації. Розроблено нову конструкцію фільтрувального респіратора з покращеною формою смуги обтюрації, яка враховує антропометрію обличчя користувача. Вдосконалено метод 3D-моделювання півмаски респіратора шляхом визначення координат ключових антропометричних точок облич потенційних користувачів методом оптичної тріангуляції. Запропоновано процес визначення площі прилягання смуги обтюрації півмаски до обличчя користувача. Встановлено, що зі збільшенням розміру півмаски площа контакту смуги обтюрації півмаски з обличчям зменшується, що пов’язано зі зміною геометрії самої півмаски. Визначено, що респіратор до 70 % своєї смуги обтюрації контактує з обличчям людини в ділянці щік. Наукова новизна полягає в удосконаленні процесу проєктування півмаски фільтрувального респіратора з використанням методу оптичної тріангуляції для побудови півмаски за ключовими антропометричними точками, а також функцію Гаусса радіального вигляду для локальної підгонки смуги обтюрації півмасок до топологічної структури обличчя користувача. Практична цінність полягає у розробці процесу процес визначення площі прилягання смуги обтюрації півмаски до обличчя користувача.
ВПЛИВ Y2O3 НА ТРИБОЛОГІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ПОЛІМЕР-МЕТАЛЕВОГО КОМПОЗИТУ ММ «STAHL 1018»
У цій науковій праці представлено результати комплексного експериментального дослідження трибологічних характеристик та механізмів зносу промислового полімер-металевого композиційного матеріалу марки MM «Stahl 1018», модифікованого шляхом введення дрібнодисперсного наповнювача у вигляді оксиду ітрію (Y₂O₃). Актуальність роботи зумовлена необхідністю наукового обґрунтування вибору модифікаторів для покращення функціональних властивостей металополімерів, які широко застосовуються в інженерній практиці для відновлення геометричних параметрів та захисту поверхонь тертя промислових агрегатів. За допомогою методу сканувальної електронної мікроскопії було проведено детальний аналіз мікроструктури та морфології отриманого композиту. Встановлено, що матеріал має гетерогенну структуру, сформовану з нерегулярних частинок різного розміру, що забезпечує механічне зчеплення в системі. Проведений енергодисперсійний аналіз дозволив ідентифікувати наявність таких хімічних елементів, як Fe, Cr, Al, Si, Y, Ba та S, що свідчить про складний багатокомпонентний склад наповнювача та рівномірність його інтеграції в об’єм полімеру. Застосування методу Раман-спектроскопії дозволило підтвердити стабільність хімічної структури матриці, ідентифікувавши наявність характерних епоксидних груп та бензольних кілець, які відповідають за формування високих адгезійних властивостей матеріалу до металевої основи. Експлуатаційна оцінка матеріалу проводилася шляхом трибологічних випробувань за стандартизованим методом «куля на диску» в умовах сухого тертя. Експериментально доведено, що модифікація композиту додаванням 20 % за об’ємом оксиду ітрію суттєво підвищує його опір фрикційному зносу. Визначений показник питомого об'ємного зносу на рівні W = 600,6 .10-6 мм3/Нм демонструє високу зносостійкість матеріалу та його здатність протистояти інтенсивному абразивному впливу. Отримані результати підтверджують технічну доцільність та ефективність використання модифікованого складу MM «Stahl 1018» для проведення ремонтних робіт та реновації зношених вузлів і механізмів, що працюють у важких умовах експлуатації.
ВПЛИВ ПРОКАТКИ ЗІ ЗСУВОМ НА ФОРМУВАННЯ СТРУКТУРИ ТА МЕХАНІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ДИСПЕРСНОТВЕРДІЮЧОГО АЛЮМІНІЄВОГО СПЛАВУ
У роботі представлено результати дослідження впливу прокатки зі зсувом на формування структури та властивостей прокату з алюмінієвого дисперснозміцненого сплаву. Досліджено різницю в мікротвердості, параметрах зеренної структури, тонкої структури (рівня мікронапруг, розміру блоків мозаїки та щільності дислокацій) в зразках, отриманих прокаткою зі зсувом (далі – ПЗ) і стандартною прокаткою (далі – СТ) на гладкій бочці при зіставних ступенях деформації. Установлено, що зі збільшенням ступеня деформації мікротвердість матеріалу зростає приблизно однаково, проте при досягненні логарифмічного ступеня деформації е ≥ 2 в зразках, отриманих за технологією ПЗ, починаються процеси знеміцнення. Падіння мікротвердості на останньому переході може бути пов’язане з перебігом in-situ повернення або рекристалізації в процесі деформації. Характеристики форми зерна суттєво відрізняються, а саме у зразках, отриманих за технологією ПЗ, нерівноосність зерен у напрямку вздовж та поперек прокатки менше, ніж у зразках СТ, що також може пояснюватися активацією процесів рекристалізації та повернення під впливом зсувних деформацій. Дослідження тонкої структури методом рентгеноструктурного аналізу показало, що розмір блоків мозаїки змінюється за тими самими закономірностями. Порівняння величини мікронапруг дає змогу зробити такі висновки: для відповідних обробок мікронапруги в поперечному перерізі менше, ніж у поздовжньому, приблизно на 30 % для СТ і на 50 % – для ПЗ; після обробки СТ величина мікронапруг більше, ніж після прокатки ПЗ на 30 % у поперечному перерізі та на 4 % – у поздовжньому. Отримані результати дають змогу стверджувати, що при реалізації технології ПЗ при досягненні ступеня логарифмічної деформації е ≥ 2 починається розвиток процесу спрямованої рекристалізації під час деформації.
ВПЛИВ ШВИДКОЗАГАРТОВАНИХ СПЛАВІВ AL-CO ТА AL-NI НА ПОКАЗНИК АБРАЗИВНОГО СТИРАННЯ ПОЛІЕФІРЕФІРКЕТОНУ
У роботі досліджено вплив дисперсних швидкозагартованих бінарних сплавів систем Al-Co та Al-Ni. Вміст Co і Ni в Al становив 10 мас. % при оцінюванні показника абразивного стирання поліефірефіркетону марки Victrex150 G. Установлено, що введення даних сплавів у кількості 5–25 мас. % призводить до зменшення цього показника у 1,8 раза, що свідчить про ефективне зміцнення полімерного композиту. Підвищення зносостійкості поліефірефіркетону пояснюється зменшенням пружно-пластичних деформацій у приповерхневих шарах, що сприяє вповільненню процесів зародження та розвитку мікротріщин, а також локальних зон руйнування, підтвердженням чого є зменшення шорсткості поверхні у 1,7 раза. Виявлено, що ефективний уміст дисперсних бінарних сплавів у складі композиту становить 20 мас. %, за якого досягаються мінімальні значення показника абразивного стирання та шорсткості поверхні. Подальше збільшення вмісту дисперсного наповнювача до 25 мас. % призводить до зниження ефективності зміцнення внаслідок агломерації часток сплавів і формування структурних дефектів у полімерній матриці. Підтвердженням цього є зменшення мікротвердості в зоні межі поділу «полімер – наповнювач». Отримані результати свідчать про перспективність використання швидкозагартованих бінарних сплавів систем Al-Co та Al-Ni для створення нових полімерних композитів із високою зносостійкістю до дії абразивних часток. Розроблені композити можуть бути використані для виготовлення зносостійких компонентів сільськогосподарської, металургійної та автомобільної техніки, експлуатація яких відбувається в агресивних умовах, зокрема під впливом високих температур, підвищеної вологи, кислот, лугів та абразивних часток.
СТАБІЛЬНІСТЬ ДУГОВОГО ПРОЦЕСУ ТА ПЕРЕНЕСЕННЯ МЕТАЛУ ЗА БАГАТОЕЛЕКТРОДНОГО ММА НАПЛАВЛЕННЯ
Статтю присвячено дослідженню особливостей процесу перенесення електродного металу за наплавлення одним електродом і пучком електродів для наплавлення Т-590. На основі аналізу сигналів струму і напруги та порівняння відповідних коефіцієнтів варіації продемонстрована можливість, що в разі використання пучка електродів може бути досягнута висока стабільність дугового процесу і продуктивність наплавлення на рівні механізованих методів. Метою дослідження є порівняння масопереносу, стабільності процесу дугового наплавлення та його продуктивності під час використання одного вкритого електрода та пучка електродів. Методика являє собою експериментальне дослідження процесу електродугового наплавлення з використанням оригінальної установки УПЕ-500, яка забезпечує автоматичну реєстрацію і цифрову обробку отриманих даних з одночасною стабілізацією параметрів режиму наплавлення. Встановлено, що в разі наплавлення пучком електродів T-590 масоперенос крапель відбувається за типом G (без коротких замикань), на відміну від типу D (з короткими замиканнями дугового проміжку) в разі наплавлення одним електродом. Електродуговий процес характеризується високою стабільністю, що підтверджується коефіцієнтами варіації струму Kv i = 3,2 % і напруги Kv u = 15,7% . Показано, що продуктивність наплавлення пучком із трьох електродів збільшується в 1,6 раза порівняно з наплавленням одним електродом і наближається до продуктивності механізованих методів наплавлення.
МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ ТЕПЛОВОГО СТАНУ РОЗПЛАВЛЕНИХ ЕЛЕКТРОДНИХ БРИЗОК ПРИ ЗВАРЮВАННІ ВІДКРИТОЮ ДУГОЮ
У сучасних умовах перед підприємствами та організаціями, що займаються завданнями зварювального виробництва, постає проблема підвищення продуктивності технологічного процесу, підвищення якості продукції, яка випускається, розробки енергоощадних процесів та випуску конкурентоспроможних виробів. Одним зі способів вирішення цієї проблеми є зниження трудомісткості технологічних процесів з використанням відомих видів зварювання. Основну частку металоконструкцій виготовляють за допомогою напівавтоматичного та автоматичного зварювання, ручного дугового зварювання й зварювання порошковим дротом. Проте всі ці види зварювання разом з відомими перевагами мають суттєвий недолік: набризкування розплавлених електродних крапель як фактор, що підвищує трудомісткість виробництва зварних металоконструкцій та погіршує товарний вигляд виробів. На зачистку від бризок одного погонного метра шва, виконаного ручним дуговим зварюванням, припадає 20–25 % трудомісткості всього процесу, а при автоматичному та напівавтоматичному зварюванні у вуглекислому газі – 30–40 %. Найбільш простим способом, який дає змогу зменшити ймовірність налипання бризок та полегшити їх видалення з поверхні зварюваного металу, є попереднє нанесення на неї захисних покриттів. Представлена математична модель теплового стану електродних бризок розплавленого металу після викидання з дугового проміжку при зварюванні відкритою дає змогу оцінити ступінь охолодження краплі розплавленого металу в інтервалі температур навколишнього середовища. Проведено розрахунок температурного поля електродної бризки в різних її точках: у центрі ядра, на поверхні бризок та між ними залежно від часу руху краплі розплавленого електродного металу до контакту зі зварюваною поверхнею. Одержані за запропонованою математичною моделлю результати враховують питому поверхню бризки, її масу, теплофізичні властивості, відстань до поверхні ураження.
МЕТОДИЧНІ ОСНОВИ МОДЕЛЮВАННЯ ТА ОЦІНКИ НАДІЙНОСТІ НЕСУЧИХ СИСТЕМ ТРАНСПОРТНИХ ЗАСОБІВ З УРАХУВАННЯМ ЇХ КОРОЗІЙНОЇ ДЕГРАДАЦІЇ
У статті розглядаються методичні основи комплексного підходу до моделювання та оцінки надійності несучих систем транспортних засобів, що працюють в умовах інтенсивної корозійної деградації. Актуальність дослідження зумовлена критичним впливом корозії на безпеку, ресурс та економічну ефективність експлуатації різноманітних одиниць рухомого складу. Метою роботи є розробка інтегрованого інструментарію, що дозволяє прогнозувати зміну несучої здатності конструкцій з часом. Для досягнення мети автори використовують сучасні комп’ютерні технології та методи, включаючи системний аналіз, статистичну обробку даних про відмови, ймовірнісні моделі та комп’ютерне моделювання методом скінченних елементів для аналізу напружено-деформованого стану з урахуванням втрати матеріалу. Розроблений підхід інтегрує моделі корозійного пошкодження різних типів (рівномірної, піттингової) в загальні моделі структурної надійності. Автоматизація розрахунків за рахунок спеціального програмного забезпечення підвищує точність прогнозування залишкового ресурсу. Результати дослідження доводять, що ігнорування фактора корозії призводить до небезпечної переоцінки терміну безвідмовної роботи. Встановлено ключові параметри впливу, що дозволяють оптимізувати конструктивні рішення та матеріали для підвищення корозійної стійкості. Запропоновані методики становлять основу для переходу від планово-попереджувального технічного обслуговування до стратегії, заснованої на фактичному стані конструкції, що значно підвищує безпеку та економічну ефективність у сфері транспортних технологій. Розробки мають широкий потенціал для впровадження при проектуванні, виробництві та експлуатації різних видів транспорт них засобів.