UNICAPP SISTEM - INTEGRALNO POSLOVANJE ALATIMA

Ma{instvo 2(2), 55 – 68, (1998) V.Ivanovi},..: UNICAPP SISTEM – INTEGRALNO….

UNICAPP SISTEM - INTEGRALNO POSLOVANJE ALATIMA*

Mr Vojislav Ivanovi}, asistent, Ma{inski fakultet, Univerzitet u Sarajevu, Vilsonovo {etali{te br. 9, 71000 Sarajevo Dr Edhem Seferovi}, profesor, Ma{inski fakultet, Univerzitet u Sarajevu, Vilsonovo {etali{te br. 9, 71000 Sarajevo REZIME PRETHODNO SAOP[TENJE

U radu se iznose rezultati uvo|enja informacionih tehnologija u podru~je projektovanja tehnologije. Predstavljena je struktura razvijenog UNICAPP sistema za automatizovano projektovanje tehnologije za rotaciono-simetri~ne dijelove. Pri tome je teì{te stavljeno na module sistema koji se odnose na poslovanje reznim alatima za zahvate operacije obrade struganjem, kao i na druge razvijene module u cilju uspostavljanja informacionog sistema za integralno poslovanje alatima u automatizovanim proizvodnim sistemima. UNICAPP sistem je razvijen na personalnom ra~unaru koriste}i RDBM ORACLE, a algoritmi u pojedinim modulima su programirani koriste}i programski jezik C.

Klju~ne rije~i: integralno poslovanje alatima, automatizovano projektovanje tehnologije, ra~unarom integrisana proizvodnja, informacioni sistemi, baza podataka

UNICAPP SYSTEM – INTEGRAL TOOL MANAGEMENT

Vojislav Ivanovi}, M. Sc., assistant, Faculty of Mechanical Engineering, University of Sarajevo, Vilsonovo {etali{te 9, 71000 Sarajevo Edhem Seferovi}, Ph. D., professor, Faculty of Mechanical Engineering, University of Sarajevo, Vilsonovo {etali{te 9, 71000 Sarajevo SUMMARY PLELIMINARY NOTES

This paper presents the results of introducing of information technologies in the area of technology design. There is presented structure of developed UNICAPP system for automated designing of technologies for rotation symmetrical parts. The focus in this paper is on system modules which are related to the tools management for turning, as well as on other developed modules, to establish information system for integral tool management in automated manufacturing system. UNICAPP system is developed on personal computer using RDBMS ORACLE, and algorithms in modules are programmed using program language C.

Key words: integral tool management, automated designing of technology, computer integrated manufacturing, information systems, databases 1. UVOD

Da bi se zadovoljili sve o{triji zahtjevi trì{ta kao i da bi

se odgovorilo na pritisak konkurencije potrebno je imati

fleksibilno postavljenu organizaciju u svim segmentima

preduze}a. Takva organizacija se ne moè ostvariti

dosada{njim na~inom rada, ve} samo uvo|enjem

savremenih tehnologija i kori{tenjem prednosti koje one

sa sobom nose.

Ranije je preovladavalo mi{ljenje da informaciono-

komunikacione tehnologije treba da slijede

organizacionu strukturu, a organizaciona struktura treba

da prati strategiju preduze}a. U takvom konceptu

nikada se nisu mogle u potpunosti iskoristiti sve

prednosti koje nude savremene tehnologije. Me|utim, u

dana{nje vrijeme informacione i komunikacione

tehnologije predstavljaju inicijatora i zauzimaju centralno

- 55 -


mjesto pri novom oblikovanju organizacionih struktura i

upravlja~kih modela preduze}a.

Sve kompleksniji proizvodi kao i nova proizvodna

okruènja na bazi kori{tenja novih tehnologija

postavljaju i nove zahtjeve u pogledu projektovanja

tehnolo{kih procesa. Automatizovano projektovanje

tehnolo{kih procesa kori{tenjem ra~unara -CAPP

(Computer Aided Process Planning) jedan je od

klju~nih faktora za integraciju CAD/CAM sistema,

odnosno za komunikaciju u lancu aktivnosti:

projektovanje proizvoda ⇔projektovanje tehnologije

⇔NC/CNC programiranje.

Kod automatizovanog projektovanja tehnolo{kih procesa-

CAPP ra~unar se koristi za odre|ivanje redosljeda

tehnolo{kih operacija, pripremu radne dokumentacije za

pojedine dijelove, za automatsko odre|ivanje ma{ina i

odgovaraju}ih alata, za automatsko odre|ivanje

tehnolo{kih reìma obrade i odre|ivanje vremena izrade

primjenom optimizacionih algoritama. Cilj savremenih

CAPP sistema jeste da se uticaj tehnologa na proces

projektovanja tehnologije svede na minimum, odnosno

da on bude isklju~en iz odlu~ivanja. Napori se ulaù u

tom pravcu da se, po{to ve} postoji geometrijski

model proizvoda u ra~unaru, i ostale aktivnosti vezane

za projektovanje tehnolo{kih procesa prenesu u

ra~unar u cilju dobivanja kvalitetnijeg proizvoda u {to

kra}em vremenu i po najniòj mogu}oj cijeni [1]. U zavisnosti od na~ina odre|ivanja tehnolo{kog

postupka, odnosno od metode projektovanja

tehnologije (logike odlu~ivanja) razvijeni CAPP

sistemi se u osnovi dijele u dvije grupe i to:

− varijantni i

− generativni.

Kod CAPP sistema varijantnog tipa projektovanje

tehnolo{kih procesa se bazira na principima

klasifikacije i kodiranja dijelova. Ovakvi sistemi

primjenjuju tehnolo{ki klasifikator pomo}u koga se

svi dijelovi iz proizvodnog procesa klasifikuju i

razvrstavaju u familije dijelova, za koje je

karakteristi~no da imaju identi~an ili vrlo sli~an

tehnolo{ki postupak izrade, koji se sastoji od istih

ili sli~nih operacija i mogu da koriste iste ma{ine,

rezne, stezne, mjerne i kontrolne alate i sli~ne

reìme obrade. Za takve familije dijelova izra|uje se

tehnolo{ki postupak koji se naziva "standardni plan

obrade" dijelova, a koji se zatim memori{e pod

odre|enim brojem koji je adekvatan klasifikacionom

broju te familije. Projektovanje tehnologije za

konkretan dio, koji pripada datoj familiji, vr{i se

pretraìvanjem standardnih planova obrade i

njihovom eventualnom modifikacijom.

Osnovna karakteristika generativnih CAPP sistema je da

se kod njih tehnolo{ki postupak obrade kreira nezavisno

i individualno za svaki radni komad, bez razvrstavanja u

grupe, ili pak modifikacijom standardnih planova obrade.

Sistem generi{e tehnolo{ki postupak na osnovu

ugra|enog algoritma i logike za odlu~ivanje koriste}i pri

tome bazu koja sadrì na adekvatan na~in predstavljeno

“znanje” o pojedinim vrstama obrada kao i bazu o svim

elementima sistema potrebnim za odre|ivanje

tehnolo{kog postupka. Osnovni oblici logike za

odlu~ivanje su tabela za odlu~ivanje i primjena

ekspertnih sistema. Pregled nekih od razvijenih CAPP

sistema je prikazan u tabeli 1 [2]. Primjena CAPP sistema ima niz prednosti, a neke

od njih su racionalizacija procesa proizvodnje,

pove}anje produktivnosti tehnologa, smanjenje

vremene izrade tehnolo{ke dokumentacije i

pove}anje njenog kvaliteta i td.

Uprkos velikim prednostima racionalizacije koju nudi

primjena CAPP sistema njihova zastupljenost u praksi je

skromna. Razlog leì u tome {to je te{ko projektovati

sistem koji u sebi sadrì znanje iz vi{e razli~itih

podru~ja proizvodnog sistema za ~ije jednozna~no

predstavljanje nema odgovaraju}ih alata. Zbog toga se

veliki dio problema u ovom podru~ju mora rje{avati

koriste}i iskustvena znanja (sl. 1.) [2].

Treba o~ekivati da }e se ovi sistemi u budu}nosti

pro{iriti na nove aplikacije kao {to su projektovanje

postupaka montaè, kontrola kvaliteta, izrada dijelova

od lima, kod industrijskih robota, zavarivanja i sl.

U ovom radu }e se predstaviti struktura i osnovne

karakteristike razvijenih modula CAPP sistema.

2. STRUKTURA UNICAPP SISTEMA

Na osnovu sprovedene analize nekih od razvijenih

CAPP sistema, analizom zahtjeva koji se

postavljaju pred takve sisteme, analizom

kadrovskih mogu}nosti i raspoloìve programske i

ra~unarske opreme, odlu~eno je (1991.) da se u

UNIS Institutu u saradnji sa Ma{inskim fakultetom

u Sarajevu radi na razvoju vlastitog CAPP sistema

za automatizovano projektovanje tehnologije za

rotaciono-simetri~ne dijelove.

Usvojena struktura sistema je prikazana na sl. 2.

Sistem nosi naziv UNICAPP (UNIS Institut CAPP)

sistem [3], [4].

- 56 -


TIP

SISTEMA LOGIKA

NAZIV

PROGRAMA PROIZVO\A^

AVOPLAN CCI, Hannover

CAFT 2.0 Weber Datentechnik, Pforzheim

VARIJANTNI G-V-A Krämer & Partner, Darmstadt

LOCAM Pafec Ltd., GB-Nottingham

RAM-CAP SAP AG, Walldorf

SIAPS GSSE, Braunschweig

ADIPLAN ADI-Software, Karlsruhe

Tabela za odlu~ivanje ENGIN CAMOS, Stuttgart

ET-CAP TDV, Karlsruhe

GENERATIVNI APEX Deursche MTM Gesell., Hamburg

Ekspertni sistemi AVOGEN IFW, Hannover

ICEM PART Control Data, Frankfurt

UPS FAW, Ulm

Tabela 1: Pregled nekih CAPP sistema

Table 1. Review of some CAPP systems

FUNKCIJE IZRADE TEHONOL[KOG PROCESA

NAÎN RJE[AVANJA PROBLEMA

Odre|ivanje broja i redoslijeda operacija i zahvata obrade

Izbor alatnih ma{ina

Izbor alata i opreme

Odre|ivanje tehnolo{kih parametara i vremena obrade

1

ISKUSTVO

2

ALGORITMI

3

0%

Legenda:

1. Ne postoje jasno definisana pravila i procedure

2. pravila i procedure su ve}im dijelom rasploìvi

3. Problemi se uglavnom mogu rije{iti uz pomo} matemati~

Slika 1. Funkcije projektovanja tehnolo{kog pro

Figure 1. Functions of the technological proce

- 57 -

FORMULE

100%

kih izraza

cesa i na~in rje{avanja problema

ss designing and way of the solving


Slika 2. Struktura UNICAPP sistema

Figure 2. UNICAPP system structure

- 58 -


Sa predhodne slike se vidi da se konfiguracija

sistema grubo moè podijeliti u dvije grupe modula

i to:

− moduli za projektovanje operacija i zahvata

obrade i

− moduli za poslovanje alatima.

Predhodni moduli se razvijaju kao nezavisne

cjeline sa stvaranjem svih potrebnih preduslova

kako bi isti mogli raditi kao sastavni dijelovi

UNICAPP sistema kao cjeline.

UNICAPP ima takvu strukturu i sastav modula koji

na osnovu informacija o radnom komadu, materijalu

radnog komada, ma{inama, alatima i priborima,

tro{kovima itd. daje broj i redosljed operacija,

redosljed zahvata za svaku operaciju, vr{i izbor

najpovoljnije ma{ine i odgovaraju}eg alata za svaki

zahvat, odre|uje optimalne reìme obrade,

prora~unava glavno vrijeme obrade i sl.

U radu se prikazuju projektovani moduli UNICAPP

sistema koji se odnose na poslovanje alatima kao

i drugi moduli u smislu uspostavljanje informacionog

sistema za integralno poslovanje reznim alatima za

zahvate operacije obrade struganjem. Treba naglasiti

da se aktivnosti vezane za poslovanje alatima

proteù kroz sve segmente proizvodnog sistema.

Ipak, svojim najve}im dijelom pripadaju podru~ju

koje pokrivaju CAPP sistemi.

4. PREGLED STANJA U OBLASTI POSLOVANJA ALATIMA

Uvo|enje savremenih rje{enja u podru~je poslovanja

alatima nije i{lo istim intezitetom kao u druge

segmente proizvodnih sistema. Jedan od razloga

takvog stanja leì u ~injenici da je za uspje{no

poslovanje alatima potrebno imati na raspolaganju

veliki broj podataka iz razli~itih podru~ja, koji su

naj~e{}e dinami~kog karaktera.

Tipi~ni problemi koji se sre}u u praksi u podru~ju

uvo|enja novih oblika poslovanja alatima su manje

tehni~kog, a mnogo vi{e organizacionog karaktera.

Neki od problema su sljede}i:

− velika koli~ina alata na zalihama {to izaziva

pove}ane tro{kove,

− velika koli~ina razli~itih tipova alata,

− uprkos tome, nedostatak alata u podru~ju

proizvodnje, zbog ~ega dolazi do zastoja ma{ina,

− pove}ana primjena tehnolo{ki povoljnijih

specijalnih alata, nasuprot organizaciono

povoljnijim standardnim alatima,

− dugo vrijeme leànja alata i ~ekanje na

primjenu,

− nepovoljna strategija u skladi{tu alata (izbor

mjesta skladi{tenja, na~ina skladi{tenja i sl.).

I pored toga {to u svijetu postoji vi{e razvijenih

programa za poslovanje alatima, problem

ra~unarske podr{ke novim oblicima organizacije

poslovanja alatima je i dalje jako izraèn. Jedan

broj razvijenih programa je naveden u tabeli 2 [5]. Prema saznanjima autora rada na ovim prostorima

do sada nije razvijen ni jedan sistem za integralno

poslovanje alatima. Dosada{nji napori su rezultirali

samo u rje{avanju pojedinih dijelova ovog {irokog i

sloènog podru~ja.

Analiziraju}i karakteristike nekih programa iz tabele

2, moè se zaklju~iti da je zajedni~ko za prethodne

programe za poslovanje alatima to da na izlazu

daju oznake komponenata alata, preporu~ene

reìme rezanja kao i skicu montiranog alata.

Me|utim, u dosada{njim rje{enjima nepotpuno je

obra|ivana geometrija reznog dijela i nije izvr{ena

optimizacija reìma obrade. Naime, uslovi obrade se

stalno mijenjaju tako da alati koji su u jednim uslovima

davali optimalne rezultate u novim uslovima pokazuju

nedostatke. Osim toga, vrlo mali broj razvijenih sistema

podràva poslovanje alatima kroz cijeli proizvodni sistem.

S druge strane, takvi programi su prilago|eni

prvenstveno visoko-organizacionom nivou poslovanja,

potpuno sre|enim normativima i organizaciji rada, {to

je za na{e prilike veoma te{ko osigurati.

Kod projektovanja i uvo|enja automatizovanih

proizvodnih sistema naj~e{}e se postavlja dilema

da li kupovati neki od dostupnih programa za

poslovanje alatima, ili razvijati vlastiti sistem. Najbolje

bi bilo kada bi se moglo potencijalnom isporu~iocu

predati opis korisni~kog programa, odnosno

informacionog sistema kakav se èli, a zatim po

prihvatljivoj cijeni nabaviti potrebnu programsku,

ra~unarsku i komunikacionu opremu. Pri tome treba

imati u vidu prakti~ne probleme koji se pojavljuju.

Jedan od problema je u tome {to korisnik nije u

stanju predati isporu~iocu dovoljno dobar opis

sistema. Tako|e, problem je u kompletnosti

ponu|enog programa od strane isporu~ioca u

odnosu na zahtjeve.

- 59 -


RB NAZIV FIRME I ADRESA

NAZIV PROGRAMA

POTREBNA OPREMA

OPERAT. SISTEM

BAZA PROGRAM

JEZIK

1

ROBERT BOSCH GmbH, Am Rüppurer Schloß 7500 Karlsruhe 51

TOMS RADNA STANICA

VMS RDB PASCAL

2 FRIDRICH DECKEL AG, Postfach 700428 8000 München 70

TOOL-MANAGER

RADNA STANICA

VMS INGRES C

3

DLOG GmbH Werner von Siemens Straße 13 8073 Olching

DLOG WERKZ.

VERWALTU.

RADNA STANICA, PC,

HOST

MS DOS UNIX

Relaciona FORTRAN

4 HERTEL AG Postfach 1751 8510 Fürth

TOMS RADNA STANICA, HOST

VMS RDB PASCAL/C

5 ICAM ICAM TMS PC UNIX ISAM C

6

Sandvik Automation GmbH Alexander Fleming-Straße 1 6806 Viernheim

COROTAS RADNA STANICA,

PC

MS DOS VMS

RDP C/PASCAL

7 Montanwerke Walter Postfach 20 49 7400 Tübingen

TDM PC OS/2 ORACLE C

8 WECO RESCON-TM RADNA STANICA

VMS PROGRESS C

9

Werner und Kolb Untertürkheimer Straße 12-23 1000 Berlin 48

SCM RADNA STANICA

MS DOS, UNIX

INGRES C

10

OCN-PPL Geschäfts- bereiche der TA Olivetti GmbH Waldstraße 66a 6057 Dietzenbach

ASTRO RADNA STANICA,

PC MS DOS Relaciona ASTRO

11

Gildemeister Automation GmbH Max-Müller-Straße 24 3000 Hannover 1

DATAPLANT RADNA STANICA,

PC VMS PROGRESS PASCAL

12 Zoller GmbH &Co.KG Planckstraße 10 7149 Freiberg

TOOL-BRAIN RADNA

STANICA, PC MS DOS VMS

D-Base C

Tabela 2. Pregled nekih programa za poslovanje alatima

Table 2. Review of some programs for tool management’s

- 60 -


Misli se prije svega na module koje obuhvata sistem,

na princip gradnje (krut ili fleksibilan), broj prodanih

instalacija (povjerenje kupaca), hardverske preduslove i

sl. Te{ko moè neko napraviti aplikativni program za

odre|eno podru~je koji bi odgovarao svima u svim

detaljima. Programi za odre|enu namjenu razvijaju se

tako da pokrivaju standardni dio problema. Drugim

rije~ima, izra|uju se na principu generalizovanog

modela za koji se predpostavlja da }e se mo}i

primijeniti u najve}em broju slu~ajeva. Specifi~ne

zahtjeve korisnika isporu~ioci naj~e{}e izbjegavaju da

rje{avaju, a ako slu~ajno i prihvate onda je to vezano

za prili~na materijalna sredstva. Isto tako, va`na stvar za

korisnika je obezbije|en servis i odràvanje kao i

eventualno pobolj{avanje i unapre|ivanje programa za

vrijeme njihovog kori{tenja.

Kod projektovanja vlastitog sistema, svaki njegov dio

se oblikuje prema konkretnim potrebama, vode}i pri

tome ra~una o sistemima sa kojima }e se

projektovani sistem integrisati. Pri tome treba

zadràti {to god je mogu}e ve}i stepen

fleksibilnosti projektovanog rje{enja, kako bi se ve}

projektovani moduli mogli koristiti za rje{avanje

drugih sli~nih problema. Treba imati na umu tako|e

i faktor vrijeme koje je potrebno utro{iti za razvoj

vlastitog sistema pod predpostavkom da su na

raspolaganju kvalitetni stru~njaci kako za razvoj

programa, tako i konsultanti iz podru~ja za koje se

program razvija, kao i odgovaraju}a oprema.

Iz prethodnih razmatranja se moè zaklju~iti

opravdanost razvoja vlastitog informacionog

sistema za integralno poslovanje alatima, koji }e

uzeti u obzir specifi~nosti konkretne proizvodnje i

time dati optimalne rezultate primjene.

5. KONCEPCIJA INFORMACIONOG SISTEMA ZA INTEGRALNO POSLOVANJE ALATIMA

Razvoj savremenih informacionih tehnologija doveo

je do toga da se u osnovne resurse potrebne za

poslovanje preduze}a pored ljudi, sredstava za rad,

sirovina i kapitala uvrste znanje i informacije.

Informacioni sistem se moè definisati kao skup

organizacionih i tehni~kih postupaka i metoda za

pravilno i plansko prikupljanje, obradu, ~uvanje,

prenos i prezentaciju informacija na osnovu kojih se

donose odgovaraju}e odluke na svim nivoima

poslovnog sistema uzimaju}i pri tome u obzir i

uticaj okruènja.

Informacioni sistem predstavlja, u stvari, model

realnog sistema i u sebi sadrì dva osnovna dijela:

− model podataka, odnosno struktuirani skup

informacija o objektima, njihovom stanju i

vezama u pro{losti i sada{njosti, koji je potreban

da bi se dejstvom budu}ih poznatih ulaza mogla

predvidjeti budu}a stanja i izlaz iz sistema;

− model procesa koji treba da predstavlja

formalizovani opis hijerarhijskih struktura procesa

koji mijenjaju stanje sistema i procesa pomo}u

kojih se formiraju izlazi sistema.

Zbog brzog zastarijevanja projektovanih informacionih

sistema, trend u njihovom razvoju ide u tom pravcu da

se usavr{avaju metode rada i automatizuju aktivnosti pri

projektovanju informacionih sistema i programiranju.

Veliki napori se ulaù u pojednostavljenje i ubrzavanje

procesa programiranja, jer se u ovoj fazi tro{i najvi{e

vremena. Sve vi{e se teì razvoju aplikacija bez

klasi~nog programiranja primjenom, izme|u ostalog,

objektno-orjentisanog pristupa, koji podrazumijeva objek-

tno orjentisano projektovanje, objektno programiranje,

objektne baze i sisteme za upravljanje bazama

podataka.

U sloènim sistemima, kao {to je sistem integralnog

poslovanja alatima u automatizovanim proizvodnim

sistemima, u okviru normalnog funkcionisanja stalno se

generi{u novi podaci paralelno sa izvo|enjem

odre|enih akcija. Uvo|enjem informacionog sistema za

integralno poslovanje alatima omogu}uje se kontinuirano

prikupljanje, memorisanje i obrada stati~kih i dinami~kih

podataka, ~ime }e u svakom trenutku biti na

raspolaganju pouzdane informacije potrebne za

pravovremeno osiguravanje odgovaraju}eg alata na

pravom mjestu u proizvodnom sistemu.

Informacioni sistem je projektovan na modularnom

principu, a to podrazumijeva da se sistem sastoji

od vi{e programskih cjelina-modula kojima se tokom

rada upravlja preko glavnog programa. Takva

struktura omogu}ava relativno jednostavnu i stalnu

nadgradnju sistema dogra|uju}i i modifikuju}i

pojedine njegove module.

Imaju}i u vidu kompleksnost izgradnje informacionog

sistema za integralno poslovanje alatima, da bi se

do{lo do njegove strukture, bilo je potrebno izvr{iti

funkcionalnu sistem analizu, pri ~emu je utvr|en

logi~ki tok alata i odgovaraju}ih podataka kroz

proizvodni sistem. Na sl. 3. predstavljen je kru`ni

tok alata u proizvodnom sistemu [6].

- 61 -


Slika 3. Kru`ni tok alata u proizvodnom sistemu

Figure 3. Circulating flow of tools in manufacturing systems.

Sa sl. 3. se vidi da alat dolazi u skladi{te kompo-

nenata alata (1), zatim preko kontrole (2), pred-

pode{avanja, montaè i mjerenja (3) dolazi u

skladi{te montiranih alata (4), odakle se transportuje

na ma{inu (5). Nakon vra}anja sa ma{ine vr{i se

~i{}enje i pranje alata (6), a poslije toga ponovo

demontaà i kontrola (7), da bi se isti, u zavisnosti

od njegovog stanja, vratio u skladi{te dijelova alata

ili rashodovao.

Dijagram toka podataka o alatima kroz proizvodni

sistem prikazan je na sl. 4.

Sa sl. 4. se moè zaklju~iti da informacioni sistem

za integralno poslovanje alatima obuhvata sljede}e

module (programske cjeline):

1. modul za izbor alatne ma{ine,

2. modul za izbor komponenata alata,

3. modula za upravljanje skladi{tem komponenata

alata,

4. modul za montaù, demontaù, mjerenje i

odre|ivanje korekcija alata,

5. modul za optimizaciju tehnolo{kih parametara

obrade,

6. modul za upravljanje skladi{tem kompletiranih

(montiranih) alata,

7. modul za pra}enje alata za vrijeme eksploatacije.

Predhodnim modulima treba dodati jo{ i modul za

unos ulaznih podataka u bazu, kao i modul za pregled

podataka koji se dobivaju kao rezultat izvr{avanja

projektovanih algoritama za odgovaraju}i modul.

Projektovani programski moduli su me|usobno

povezani na dva na~ina i to povezanost podacima i

povezanost upravljanjem. Povezanost podacima se

ogleda u razmjeni podataka izme|u modula. Dva

modula su povezana upravljanjem, kada jedan

modul predaje drugom informacije namijenjene za

upravljanje internom logikom datog modula.

Osim {to razmjenjuju podatke izme|u sebe, moduli

su projektovani tako da mogu da rade nezavisno

unutar kompletnog sistema. Isto tako, moduli

informacionog sistema za poslovanje alatima

razmjenjuje informacije sa ostalim modulima

UNICAPP sistema.

Projektovanje baza podataka o svim navedenim

modulima i uspostavljanje informacionog sistema koji

sadrì i distribuira sve relevantne podatke vezane za

alate predstavlja osnovu za integralno poslovanje

alatima u proizvodnim sistemima. Na sl. 5. data je

struktura baze podataka sa koje se vidi za koje

elemente treba projektovati bazu. Svaka od tih baza

se sastoji od jedne ili vi{e datoteka.

- 62 -


Slika 4. Dijagram toka podataka o alatima u proizvodnom sistemu

Figure 4. Diagram of tool data flow in manufacturing system

- 63 -


Slika 5. Struktura baze podataka

Figure 5. Database structure

Pri projektovanju baze podataka teìlo se da ona

bude semanti~ki bogata, odnosno da se {to vi{e

znanja o realnim elementima prenese u

odgovaraju}e datoteke i iskoristi pri projektovanju

algoritama, kako bi svaki od modula mogao

izvr{avati svoje funkcije.

Svi podaci u bazi se mogu podijeliti u tri glavne

grupe i to:

− osnovni podaci,

− konstantni podaci u toku odre|enog vremenskog

perioda,

− varijabilni podaci.

U osnovne podatke spadaju napr. podaci za opis

alata. To su podaci koji se relativno rje|e

upotrebljavaju.

Konstantni podaci u toku odre|enog vremenskog

perioda su svi oni podaci koji se odnose na

odre|eni planirani period napr. jednu smjenu, jedan

dan ili na jedan period proizvodnje. Tu spadaju

podaci o planu optere}enja ma{ina, lista potrebnih

alata i sl. Ovi podaci gube va`nost nakon isteka

odre|enog vremenskog perioda.

U varijabilne podatke spadaju podaci koji se

mijenjaju u toku vremena. To su napr. podaci koji

daju informaciju gdje se alat trenutno nalazi i u

kakvom je stanju.

U toku projektovanja baze vodilo se ra~una da

budu zadovoljeni sljede}i uslovi:

− integracija svih datoteka podataka,

− za{tita podataka od brisanja i izmjene,

− vi{estruka primjena podataka od istog ili vi{e

korisnika,

− pristup podacima je definisan u odgovaraju}im

programima,

− interaktivno aùriranje podataka,

− interaktivni unos podataka.

Tako projektovana baza podataka sa veoma mo}nim

i razgranatim mogu}nostima njihove interpretacije

preko pravila zaklju~ivanja, modela i metoda

odlu~ivanja omogu}uje projektovanje informacionog

sistema koji ne samo da ima sve osobine sistema

sa klasi~nim bazama podataka ve} u dobroj mjeri

i osobine sistema sa "bazama znanja".

- 64 -


GLAVNI MENI INFORMACIONOG SISTEMA ZA INTEGRALNO POSLOVANJE REZNIM ALATIMA MOGU]E AKTIVNOSTI: [1] UNOS PODATAKA [2] IZBOR ALATNE MA[INE [3] IZBOR KOMPONENATA ALATA [4] SKLADI[TE KOMPONENATA ALATA [5] MONTA@A, DEMONTA@A, MJERENJE I ODRE\IVANJE KOREKCIJA MONTIRANOG ALATA [6] OPTIMIZACIJA TEHNOLO[KIH PARAMETARA OBRADE, IZRAÛNAVANJE GLAVNOG VREMENA OBRADE I KOLIÎNE POTREBNOG ALATA [7] SKLADI[TE MONTIRANIH ALATA [8] ALAT U EKSPLOATACIJI [9] PREGLED IZLAZNIH REZULTATA [10] A@URIRANJE BAZE PODATAKA [20] IZLAZ IZ PROGRAMA UNESITE VA[ IZBOR: ___

Slika 6. Glavni meni informacionog sistema za integralno poslovanje alatima

Figure 6. Main menu of information system for the integral tool management

Glavni program informacionog sistema za integralno

poslovanje reznim alatima koji povezuje sve druge

programske module ima meni prikazan na sl. 6.

Izborom neke od predhodnih opcija ulazi se u

odgovaraju}i modul, nakon ~ega se dobiva

pripadaju}i meni za izabrani modul.

Stepen primjenjivosti projektovanog informacionog

sistema za rje{avanje konkretnih prakti~nih

zadataka predstavlja, na odre|eni na~in, mjeru

njegovog kvaliteta. Zbog toga se nastojalo da

se pri projektovanju, {to je mogu}e vi{e "stvarnog"

znanja tehnologa ugradi u algoritme i logiku

odlu~ivanja za svaki od modula.

Me|utim, i pored toga nije mogu}e u jednom

programskom paketu obuhvatiti sve stvarne situacije

i stanja iz proizvodnog pogona. Iz tog razloga

je sistem projektovan tako da pruà mogu}nost

prilago|avanja modula odre|enim potrebama

korisnika, odnosno potrebama okoline u kojoj }e

paket biti kori{ten.

Predvi|ena su tri nivoa prilago|avanja i to:

− operativno prilago|avanje,

− prilago|avanje podataka i

− mogu}nost pro{irenog prilago|avanja.

Operativno prilago|avanje se izvodi bez

programiranja, a obuhvata definisanje konfiguracije

sistema, definisanje lozinke za ulaz u bazu,

promjenu kapaciteta baze, definisanje i izmjenu

sistemskih vrijednosti. Ova prilago|avanja izvodi

administrator sistema prilikom instalisanja sistema

ili prilikom njegovog aktivnog kori{tenja.

Prilago|avanje podataka obuhvata dodavanje,

izmjenu ili brisanje podataka u odgovaraju}im

datotekama baze. Krajnji korisnici mogu vr{iti ovu

vrstu prilago|avanja.

- 65 -


Pro{ireno prilago|avanje omogu}ava prilago|avanje

paketa specifi~nim potrebama korisnika.

Informacioni sistem je razvijen na personalnom

ra~unaru, a baza je kreirana koriste}i relacionu

bazu podataka RDBMS ORACLE (Relational

Database Management System). Primjena relacione

baze ORACLE omogu}ava brz i standardizovan

pristup podacima, bez obzira na ra~unarski sistem

koji ih je generisao i unio u bazu. Ovo obezbe|uje

integrativnu funkciju baze podataka ra~unarskih i

programskih sistema koji se koriste u ra~unarom

vo|enim proizvodnim sistemima.

Algoritmi i logika za odlu~ivanje u pojedinim

modulima su realizovani koriste}i programski jezika

C (Pro*C), koji predstavlja pro{irenje standardnog

jezika C sa iskazima upitnog jezika SQL (Structured

Query Language). SQL je od 1986. po ANSI

(American National Standards Institute) preporuci

postao standard za upitne jezike. Integracija SQL

iskaza u tkivo standardnog jezika C rije{ena je

predprocesorom za taj jezik, koji identifikuje SQL

sintaksu, prevede je u proceduralne pozive i

pripremi za prolazak kroz kompajler.

Izlazni rezultati se memori{u u bazu u odre|ene

datoteke, a pregled tih rezultata se moè vidjeti

listanjem odgovaraju}ih datoteka ili kori{tenjem

SQL*Forms.

6. KRATKI OPIS PROJEKTOVANIH PROGRAMSKIH MODULA

Obja{njenje algoritama, koji su kori{teni pri razvoju

pojedinih modula kao i test razvijenog

informacionog sistema za jedan radni komad i za

usvojenu konfiguraciju fleksibilnog proizvodnog

sistema bi}e predstavljeni u nekom od narednih

radova. U ovom radu }e se navesti samo osnovne

karakteristike projektovanih modula.

Za unos podataka o radnom komadu, materijalima,

ma{inama, alatima, opremi za pode{avanje, montaù

i o{trenje alata, tro{kovima, veli~ini serije i sl.

kreirano je vi{e programa koji koriste SQL forme.

Modul za automatizovani izbor alatne ma{ine

omogu}ava izbor tehni~ko-tehnolo{ki najprikladnije i

ekonomski najpovoljnije alatne ma{ine uzimaju}i u

obzir geometrijski, tehnolo{ki, energetski kriterijum,

te kriterijum ta~nosti i kriterijum norma sat.

Modul za automatizovani izbor komponenata alata

na osnovu karakteristika o radnom komadu i

zahvatu, a vode}i ra~una o ve} izabranoj ma{ini,

vr{i izbor odgovaraju}ih komponenata alata i to

rezne plo~ice, drà~a, nosa~a alata i adaptiraju}ih

elemenata.

Modul za upravljanje skladi{tem komponenata alata

znatno doprinosi ure|enju skladi{ta komponenata

alata, jer omogu}ava aùriranje stanja u skladi{tu

kao i pretraìvanje baze komponenata alata u

skladi{tu sa ciljem pronalaènja takve komponente

alata koja po svojim karakteristikama odgovara onoj

koja je odre|ena u modulu za izbor. Ako takve

komponente alata nema u skladi{tu generi{u se

informacije za nabavku iste, ~ime se postupak

nabavke komponenata alata znatno olak{ava i

ubrzava.

Kada stigne zahtjev za montaù alata za odre|eni

radni komad, zahvat i ma{inu modul za montaù,

demontaù, mjerenje i odre|ivanje korekcija

montiranog alata omogu}ava da se dobije lista sa

karakteristikama svake komponente alata, kao i

njihovim poloàjem u skladi{tu. Nakon zavr{ene

montaè montiranom alatu se daje identifikacioni

kôd na osnovu koga }e isti biti dalje pra}en kroz sistem pomo}u odgovaraju}e opreme za

identifikaciju alata. Dalje sistem podràva montirani

alat pri njegovom odlasku na ure|aj za mjerenje i

predpode{avanje alata, na kome se vr{i dimenziono

definisanje alata, tj. vr{i se precizno odre|ivanje

poloàja vrha rezne plo~ice. Pri tome se utvr|uje

nastala razlika izme|u stvarnih i teorijskih vrijednosti

karakteristi~nih dimenzija alata. Na kontrolu dolaze

alati nakon o{te}enja ili nakon isteka postojanosti,

poslije ~ega se u zavisnosti od rezultata kontrole

preduzimaju dalje aktivnsti, kao {to je rashodovanje

ili regeneracija alata.

Modul za optimizaciju tehnolo{kih parametara

obrade za montirane alate vr{i odre|ivanje

tehnolo{kih parametara obrade optimizacijom

matemati~kog modela obradnog procesa, pri ~emu

je za funkciju cilja uzeto minimalno vrijeme obrade,

odnosno minimalni tro{kovi obrade. Za kriterijum

optimizacije uzete su odre|ene grani~ne vrijednosti

funkcije cilja, odnosno minimizacija tro{kova obrade

za svaki zahvat, dok je za funkciju stanja procesa

- 66 -


odre|ena postojanost alata izraèna preko Taylor-

ovog obrasca. Optimizacija reìma je izvedena

primjenom iterativnog metoda koji se pokazao

univerzalnim u pogledu mogu}nosti uklju~ivanja

linearnih i nelinearnih funkcija tehni~kih ograni~enja.

Za tako odre|ene optimalne reìme sistem vr{i

izra~unavanje glavnog vremena obrade za svaki

zahvat, kao i izra~unavanje postojanosti rezne

plo~ice na osnovu parametara obradljivosti materijala

radnog komada. Nakon toga odre|uje se koli~ina

potrebnog alata za izvo|enje odgovaraju}eg zahvata.

Modul za upravljanje skladi{tem montiranih alata

omogu}ava aùriranje baze montiranih alata i

organizaciju njihovog skladi{ta. Ovdje je mogu}e

unositi nove ili kori{tene alate, izdavati alat iz

skladi{ta, vr{iti pregled montiranih alata za odre|enu

ma{inu, radni komad ili zahvat, pregled alata na

osnovu postojanosti i sl.

Modul za pra}enje alata u toku eksploatacije

omogu}ava pra}enje vremena rada alata u odnosu

na zadanu postojanost, odre|uje trenutak zamjene

istro{enih alata novim, upravljanje korekcijama alata i

sl. Ovdje se moè dobiti, izme|u ostalog, pregled

svih alata koji se nalaze u upotrebi, pregled alata

koji se nalaze na odre|enoj ma{ini, pregled alata na

ma{ini za odre|eni radni komad itd.

6. ZAKLJUÂK

Uvo|enje ovako koncipiranog informacionog sistema

za integralno poslovanje reznim alatima, koji pokriva

cio tok alata kroz proizvodni sistem i njegovo

integrisanje sa drugom programskom podr{kom

fleksibilnih i ra~unarom integrisanih proizvodnih

sistema ima za rezultat znatno kra}e vrijeme zastoja

alatnih ma{ina zbog neodgovaraju}eg ili

nepostojanja alata ~ime se stepen iskori{tenja

skupih alatnih ma{ina znatno pove}ava, a time i

sam proizvodni proces postaje fleksibilniji i

ekonomi~niji. Osim toga, prednost uvo|enja

informacionog sistema za integralno poslovanje

alatima je u tome {to on obezbe|uje da u

opticaju bude minimalna koli~ina alata, po{to se na

ma{inama nalaze samo oni alati koji su potrebni

za doti~nu obradu, te nema njihovog gomilanja.

Ovim se tro{kovi vezani za alate bitno smanjuju.

To pogotovo dobiva na va`nosti ako se ima na

umu da pribli`no tre}ina nabavne cijene ma{ine

tokom njene eksploatacije otpada na tro{kove alata.

Kori{tenjem projektovanog sistema personal koji

se bavi poslovanjem alatima pri projektovanju

tehnolo{kih procesa oslobo|en je radnji koje su

ranije zahtijevale dosta vremena i znanja, a

izbjegavaju se i gre{ke usljed kori{tenja raznih

izvora podataka. Osim toga, elimini{u se nedostaci

koncentracije znanja u jednom ~ovjeku, jer tehnolog

mnogo prije sti~e osnovna znanja o alatima,

potrebna za efikasno projektovanje tehnolo{kih

procesa.

Do sada ura|eno na ovom sistemu predstavlja

dobru osnovu za nastavak rada u cilju projektovanja

kompletnog informacionog sistema za poslovanje

svim vrstama alata. Da bi se projektovao sistem koji

bi bio primjenljiv u praksi osim kreiranih

programskih modula za zahvate obrade struganjem,

predvi|eno je da se u narednom periodu projektuju

sli~ni moduli za glodanje i bu{enje. Nakon toga bi

se sistem pro{irio na stezne i mjerne alate.

Sistem je projektovan za rad pod operativnim

sistemom DOS (Disk Operating System). U

narednoj fazi razvoja informacionog sistema za

integralno poslovanje alatima planirano je da se

koriste savremeni objektno-orjentisani programski

alati koji rade pod Windows operativnim sistemom.

Me|utim, treba imati na umu da poslovanje alatima

u ra~unarom upravljanim proizvodnim sistemima

predstavlja sloèn proces koji se prostire kroz

podru~je tehnologije, organizacije i informaciono-

tehni~ko podru~je. Za jedan ovakav sistem samo se

uslovno moè re}i da je kompletan, jer on

sadrì u sebi veliki broj promjenljivih veli~ina koje

stalno treba pratiti i aùrirati u bazi. Tu se prije

svega misli na koeficijente obradljivosti, pojavu novih

materijala koje treba obra|ivati, nastanak novih

materijala reznog alata, promjenljive cijene i sl.

- 67 -


LITERATURA [1] V. Ivanovi}, @. Spasi}, E. Seferovi}: “Problemi integracije u automatizovanim proizvodnim sistemima na primjeru poslovanja alatima”, MA[INSTVO 4(1997), Zenica, str. 155-166. [2] U. Schüler: “CIM Lehrbuch. Grundlage der rechnerintegrierten Produktion”, Verlag Vieweg, Dortmund, 1993. [3] V. Ivanovi} :"Baza podataka za izbor i upravljanje alatima u FPS-u", TEHNIKA 4(1992), Beograd, str. 24-29. [4] A. [teta, V. Ivanovi}: "UNICAPP-softverski paket za projektovanje tehnologije obrade na personalnom ra~unaru", PRODUKTIKA'92, Prezentacija rezultata istraìvanja, Sarajevo, april, 1992. [5] V. Ivanovi}: “Informacioni sistem za integralno poslovanje alatima u CIM/FTS preduze}u”, Magistarski rad, Ma{inski fakultet u Beogradu, 1997.

[6] G. Happersberger, U. Kasperzack: "Einsatzmöglichkeiten und Organisation moderner Werkzeugsysteme", Werkstattstechnik 79(1989), S.517-520. [7] A. Romberg: “Konzept zur systematischen, betriebsspezifischen Analyse und Neustrukturierung des Werkzeugwesens im Sinne des integrierten Toolmanagements”, Dissertation, Fakultät für Maschinenbau, Universität in Kaiserslautern, 1992. [8] H. Augustin, H. Förster: “Reorganisation durch Informationssysteme”, ZwF 91(1996)10, S.498-500. [9] E. Hering, J. Gutenkunst, U. Dyllong: “Informatik für Ingenieure”, VDI Verlag, Düesseldorf, 1995. [10] M. @ugalj, V. Strahonja: “Informacijski sustavi proizvodnje”, Informator, Zagreb, 1992.

“Ovaj rad predstavlja cjelinu sa radom objavljenim u ~asopisu MA[INSTVO 4(1997), str.155-166”

- 68 -

Ma{instvo 2(2), 69 – 74, (1998) S.Hasanbegovi}: PREDSTAVLJANJE VEKTORA NAPREZANJA…

PREDSTAVLJANJE VEKTORA NAPREZANJA U RAZLIÎTIM VEKTORSKIM PROSTORIMA

Doc. dr. sc. Suad Hasanbegovi} dipl. ma{. in`., Ma{inski fakultet Univerziteta u Sarajevu, 71000 Sarajevo, Bosna i Hercegovina, Vilsonovo {etali{te 9

REZIME

Op}enito, vekto ski prostor koo dinatnih vekto a nVektorski prostor biti }e i izotropan samo kad je prnaprezanja, jednako nagnut prema osima pravouglog analiza. U homogenom i izotropnom vektorskom prosnaprezanja ima jednostavan geometrijski prikaz.

r r r

Klju~ne rije~i: vektor naprezanja, vektorski prostor, g

PRESENTATION OF STRE

DIFFERENT VECT

Suad Hasanbegovi}, Ph. D., Assistant ProfessEngineering Faculty, 71000 Sarajevo, Bosnia and

SUMMARY

In general, vector space of the coordinating stress Vector space will be and isotropic only if direction vector acting, has inclination equal with axes the rectapassed. The stress vector has simple geometrical pvector space of the coordinating stress vectors.

Keywords: stress vector, vector space, geometrical re

1. UVOD

Polazi se od poznate interpretacije vektora naprezanja preko tri nekomplanarna koordinatna vektora naprezanja. Zbog jednostavnosti, biraju se me|usobno ortogonalne ravnine, u kojima djeluju koordinatni vektori naprezanja, a njihovi me|usobni presijeci definiraju pravougli koordinatni sistem. Izbor pravouglog koordinatnog sistema za prikaz vektora naprezanja je irelevantan, u odnosu na druge dopustive koordinatne sisteme, obzirom da se radi o tenzorskim sistemima jednad`bi. Poloàj uvedenog pravouglog koordinatnog sistema u odnosu na ravninu za koju se definira naprezanje poèljno je da ne bude proizvoljan. U proizvoljnom poloàju osi koordinatnog sistema, u odnosu na ravninu za koju se traì naprezanje, nu`no se pojavljuju afini koordinatni sistemi i s tim u vezi afini vektorski prostori. Takvi prostori su homogeni ali nisu izotropni. Prijelaz na

KazahsesisnaproravkopromeCilnepreproznbote~

- 69 -

PRETHODNO SAOP[TENJE

aprezanja jest homogen ali nije izotropan. avac normale ravnine, u kojoj dijeluje vektor koordinatnog sistema, u kojem se provodi toru koordinatnih vektora naprezanja, vektor

eometrijsko predstavljanje

SS VECTOR IN THE OR SPACES

or, University of Sarajevo Mechanical Herzegovina, Vilsonovo {etali{te 9

S

vectors iof normangular coresentatio

presenta

rtezijeve tjeva por postiè tema saprezanje. storu kojninama ordinatnogvo|enje todama vj ovog preciznosdstavljanstoru glaa~ajni, rljem razmenja kod

PRELIMINARY NOTE

r

s homogeneous bat is not isotropic. l to the plane, in which the stress o dinate system, in which the analysis n in the isotropic and homogeneous

tion

koordinatne sisteme i euklidski prostor ed homogenosti i izotropnost prostora. To povezivanjem poloàja osi koordinatnog

poloàjem ravnine za koju se traì Nadalje, uvodi se linearni operator na im se povezuju naprezanja u koordinatnim sa jedini~nim vektorima pravouglog sistema. Time se postiè mogu}nost analize nekih osobina vektora naprezanja ektorske algebre. rada jest, u prvom redu, ukazati na ti kod interpretacije geometrijskog ja vektora naprezanja u vektorskom vnih normalnih naprezanja. Drugi, mnogo azlog pisanja ovog rada jest pomo} jevanju hipoteza o po~etku plasti~nog metalnih materijala.


M1 rp1

M3 O 2

re2

2. VEKTOR NAPREZANJA Naprezanje u nekoj ta~ki deformabilne sredine

zavisi od vektora poloàja te ta~ke r i ravnine za koju se ra~una, odre|ene jedini~nim vektorom normale . Za odre|ivanje naprezanja u nekoj ta~ki deformabilne sredine, za bilo koju ravninu, potrebno je i dovoljno poznavati naprezanja u tri bilo koje nekomplanarne ravnine. Ne gube}i na op}enitosti, radi se o tenzorskim sistemravnine za koje su poznata naprezanja

r r

budu me|usobno upravne. U tom cilju razmatra se elementarni tetraedar, u pravouglom koordinatnom sistemu, koji se uz odsustvo zapreminskih sila moè smatrati uravnoteènim (slika 1. ). Ravnina tetraedra ima teì{te u ta~ki M , odsijeca na koordinatnim osima odsje~ke dx

rpr

rn

ima, neka

3

re

ine o ijent, 1

3

p

rp p p1 2, ,

1, dx2 , dx3 i orijentirana je jedin~nim vektorom normale

, (1) rn a i i= ∑

gdje su kosinusi pravca normale, a jedini~ni

bazni vektori koordinatnih osi. Vektor naprezanja

djejstvuje u teì{tu ravnine, ta~ka M. Koordinatne ravn irane su jedini~nim vektorima

teì{ta su im u ta~kama M , M ,

M

ai

r, ,

rei rp

2rp

− − −r r re e e1 2 3

3 u kojima djeluju vektori naprezanja

koji se smatraju poznatim.

r rp p1 2, ,

M

M

x1

x2

x3

rn

rp

rp2

e r3

e r1

rp3

Slika 1. Naprezanje na tetraedru Figure 1. Stresses on the tetrahedron Vektorska jednadnad`ba ravnoteè sila

(2) 03

1

=−∑=i

iidApdAp rv

daje vrijednost vektora naprezanja , za ravninu

odre|enu normalom , kao linearnu kombinaciju

tri nekomplanarna vektora sa kosinusima pravca normale

rprn

, (3) r rp ai i

i=

=∑1

3

gdje je

dAdA

a n e iii i i= = = ⋅ =cos ( , , ).α r r 1 2 3

3. AFINE KOORDINATE VEKTORA NAPREZANJA Koordinatni vektori naprezanja kao

slobodni vektori, mogu se postaviti tako da im po~eci padaju u ishodi{te pravouglog koordinatnog sistema, ta~ka O (slika 1. ). Neka su jedini~ni vektori koordinatnih vektora

,,, 321 ppp rrr

.,,3

33

2

22

1

11 p

pf

pp

fpp

f r

rrr

rrr

rr=== (4)

Ako se uvedu oznake

(5) r r r r r rg a f g a f g a f1 1 1 2 2 2 3 3= = =, , 3 ,

nearna ko

3 3

r

3

.

onda se vektor naprezanja moè predstaviti kao li mbinacija nekomplanarnih baznih vektora

sa skalarima r r rg g g1 2, , p p p1 2, , (6)

r r rp p g p g p g= + +1 1 2 2 3 3.

Nekomplanarni vektori zovu se

koordinatni vektori i kaè se da sa~injavaju bazu vektorskog prostora. Skalari zovu se

afine koordinate vektora naprezanja u odnosu

na bazu Ure|enoj trojci realnih brojeva

, u odnosu na koordinatne vektore

, odgovara slobodan vektor naprezanja

~ije su komponente

odre|ene i kolinearne sa koordinatnim vektorima

321 ,, ggg rrr

p p1 2, ,

=′ pp iir

ppr

gir

r r rg g g1 2 3, ,p3

3gr

( )1 2 3, , .

p p1 2, ,

21 ,, gg rr

pr

rg ii =

( )3,2,1=i

- 70 -


4. AFINE KOORDINATE TA^KE U PROSTORU a odre|ivanje ta~ke P, kraja vektora naprezanja r

, u prostoru pored koordinatnih vektora

potrebno je uvesti i stalnu ta~ku. Neka

to bude ishodi{te pravouglog koordinatnog sistema, ta (slika 1. ). Skup: ta~ka O i vektori

odre|uju afin koordinatni sistem u

prostoru. Ta~ka O je ishodi{te sistema;

su radijus vektori ta~aka u odnosu na

O. Pravac kroz ta~ke O i zove se prva os,

pravac kroz ta~ke O i zove se druga os i

pravac kroz ta~ke O i zove se tre}a os

koordinatnog sistema Ako je ta~ka

odre|ena krajem vektora naprezanja, po~etak mu je u ishodi{tu, onda vektor naprezanja ima prikaz

Z

3

3

3

3

.

r

3

)r

3

).

v

)

p

~

P

r r rg g g1 2, ,

ka O r r rg g g1 2, ,r r rg g g1 2, ,

)

E E E1 2, ,E1

E2E3

(O g g g; , ,r r r1 2 3

(7) r r r rp OP p g p g p g= = + +

→

1 1 2 2 3 3 , s tim da su skalari jednozna~no

odre|eni vektorom tj. ta~kom (slika 2. ).

p p p1 2, ,

POP→,

3p ),,( 321 pppP

2p

rg3

rg2

rg1

1p Slika 2. Afine koordinate ta~ke Figure 2. Affine coordinates of a point

Obrnuto, svakoj ure|enoj trojki ( realnih

brojeva pripada vektor a za

njega postoji jedinstvena ta~ka P takva da vrijedi (7). Prema tome sa (7) dana je bijekcija

p p p1 2 3, ,p g p g2 2 3 3

r r+ +p g1 1 ,

(8) P p p pa ( , , )1 2 3

s prostora ~iji su elementi ta~ke na skup ure|enih trojki realnih brojeva. Kaè se da su afine

koordinate ta~ke P u koordinatnom sistemu

Pri tome je prva koordinata,

druga koordinata i tre}a koordinata ta~ke P.

p p p1 2, ,

(O g g g; , ,r r r1 2 3

2pp1

3p Kad se ima u idu bijekcija (8) i fiksirani koordinatni

sistem ~esto se pi{e

tj. identificira se ta~ka P s

ure|enom trojkom njezinih koordinata.

( ,,,; 321 gggO rrr

( ),, 32 pp,1pP =

5. KARTEZIJEVE KOORDINATE VEKTORA I TA^KE U prethodnim ta~kama prikazan je vektor naprezanja, za ravninu definiranu vektorm njezine normale, posredstvom komponenti i posredstvom ta~aka. Uveden je koordinatni sistem koji je pravolinijski. Ni{ta nije re~eno o uglovima izme|u osi tog sistema i ne vidi se mogu}nost njihovog odre|ivanja s obzirom na neuporedivost baznih koordinatnih vektora. Ovakav prostor pruà mogu~nost da se iz svake njegove ta~ke mjeri istim jedinicama ali u ta~no odre|enim pravcima. Takav prostor jest homogen ali nije izotropan. Problem se znatno pojednostavljuje ako se radi u prostoru u kojem se mogu uzeti jednake jedinice, za mjerenje, u svim promatranim ta~kama i u svim pravcima. Tada se moè, jednostavno, odrediti rastojanje izme|u bilo koje dvije ta~ke tog prostora kao i uglovi izme|u osi koordinatnog sistema. Pravolinijski koordinatni sistemi koji imaju jedini~ne bazne vektore nazivaju se Kartezijevim a koordinate vektora i ta~aka su Kartezijeve koordinate. U slu~aju kad su jedini~ni koordinatni vektori me|usobno ortogonalni, sa~injavaju jedan ortogonalan sistem ili ortogonalnu bazu, onda je odgovaraju}i koordinatni sistem ortogonalan ili pravougli Kartezijev koordinatni sistem, a odgovaraju}e koordinate ortogonalne ili pravougle Kartezijeve koordinate. Kartezijev koordinatni sistem koji nije ortogonalan naziva se kosougli Kartezijev koordinatni sistem i odgovaraju}e koordinate kosougle Kartezijeve koordinate. Ponekad se i za afine koordinate upotrebljava naziv poop}ene Kartezijeve koordinate a za afini koordinatni sistem poop}eni Kartezijev koordinatni sistem.

E3 E2

O

E1

- 71 -


6. LINEARNI OPERATOR U PROSTORU Ovdje se pokazuje kako se zadavanje, opisivanje i prou~avanje funkcija sa u svodi na zadavanje, opisivanje i prou~avanje funkcija s vektorskog prostora X

E E

0 u X0. Uobi~ajeno je da se funkcija koja ima za domenu i kodomenu vektorski prostor naziva operator. Neka je funkcija sa E u . To zna~i da je

svakoj ta~ki pridruèna potpuno odre|ena

ta~ka iz . Tada je i vektoru

pridruèn potpuno odre|en vektor pa je sa

zadana funkcija sa X

f

=

OP→ →

0

EP E0 ∈

P1 0( )

1

P f

a

E OP→

0

OP1→,

AOP 0 u X0

(slika 3.). Operator ima svojstva

. (9) ( )∀ ∈P E0 ( )A OP Of P→ →

=0 0

S druge strane, ako je zadan operator : XA

r1 =

f

0 →

X0, onda ta~ki pripada vektor

Ovom vektoru operator pridruùje vektor iz

X

P E0 ∈

p OP1 1=→

e OP0→.

rp1P E1 ∈

f

A

.

P0 a

0 . No tada postoji jedinstvena ta~ka

tako da je Na taj na~in svakoj ta~ki

pridruèna je potpuno odre|ena ta~ka

dakle je sa zadana funkcija

sa u . Za tako definiranu funkciju vrijedi

(9).

r

P E0 ∈P E1 ∈ ;E

P1

A

ri j

3

)3 .

r

E

rp2

rp1

re3

re2

re1rp3

Slika 3. Djejstvo operatora na bazu Figure 3. Activity of the operator to the base

Sa (9) svakoj funkciji pridruèn je

jedinstven operator sa X

f E E: →

E EA

f a ,

A

A

f

0 u X0. Obrnuto, svakom operatoru : XA 0→ X0 sa (9) pridruèna je jedinstvena funkcija sa u . Zapravo je

sa (9) dana bijekcija skupa svih funkcija

sa u na skup svih operatora sa X

f aE

f a

E

A

A

0 u X0. Uzimaju}i u obzir bijekciju mogu se

funkcije i identificirati, pa u vezi s tim

ponekad se kaè da operator djeluje u prostoru. Potrebno je napomenuti da je bijekcija

ostvarena pomo}u ta~ke . Za

neku drugu ta~ku O

f

O E∈1 postoji novi vektorski prostor

X1 i u vezi s tim nova bijekcija skupa funkcija sa u na skup opratora sa XE E 1 u X1.

Na temelju prethodnog razmatranja je

(i=1,2,3). (10) r rp Ae ei i j

i= =

=∑σ1

3

Ovdje su skalari (i,j=1,2,3) potpuno odre|eni

operatorom i bazom ( ) . σ ji

A r r re e e1 2 3, ,

7. GEOMETRIJSKO PREDSTAVLJANJE VEKTORA NAPREZANJA Za ta~ku O, koja leì u ravnini na kojoj djeluje vektor naprezanja

r, vezana su dva prostorna

sistema pravolinijskih koordinatnih osi. Prvi sistem koordinatnih osi jest kosougli, a pravci su mu odre|eni ta~kom O i ta~kama (i=1,2,3) (slika

2.). Drugi sistem koordinatnih osi je pravougli, a odre|en je ta~kom O i baznim vektorima

(i=1,2,3) (slika 1.). Zavisno od izbora baznih

vektora, koji imaju po~etke u ta~ki O i leè na odgovaraju}im osima, osi postaju koordinatne osi afinog ili Kartezijevog koordinatnog sistema.

p

Ei

rei

z P1

7.1. . Afini koordinatni sistemi Fiksna ta~ka O i koordinatni vektori

~ine prvi afini koordinatni sistem

Prikaz vektora naprezanja

u ovom koordinatnom sistemu jest

r r rg g g1 2, ,

rp(S O g g g1 1 2= ; , ,r r r P0 O y

(11)

r r rp p g p g p g= + +1 1 2 2 3 3 x

linearna kombinacija koordinatnih vektora sa

skalarima Skalari , pored toga {to su

koordinate vektora naprezanja u bazi

rgipi . pi rp

- 72 -


( r r rg g g1 2 3, ,

(S O g1 1= ; ,

pi =

rp OPi i=→

ip

dru

(S O e2 1= ; ,

=

)

)3

rd

i

3′

i koordinate krajne ta~ke vektora

poloàja u koordinatnom sistemu

su duljine koordinatnih

vektora naprezanja

rp OP=→

g g2 , ,r r r

r rp gi i′

′ ′ ′p p p1 2 3, ,

pi

′= ii pa

r re a ei i′ =

gi af

e e2′ ′ ′,r r r

r rp Ae ′ +

r r rp p p1 2 3, ,

.

i

ini ko

)3

rAei i′ +

.

o

Ae ′

r r

aAe

ii′1

Ae Aer r1 2′ ′, ,

22112

21111

+′+′+′

e

e

r

r

r

σ

σ

σ

pi =

Ae

2

1

=′=′=′

eA

eA

r

r

r

σ

σ

σ

r3′

2

312

+′+′+′

e

e

r

r

r

σ

σ

σ

32

3

e

e

r

r

r

Koordinatni vektori naprezanja imaju

prikaz, u ovom koordinatnom sistemu, u obliku

r r rp p p1 2, , 3

(i=1,2,3) (12)

linearne kombinacije baznih vektora ( ) sa skalarima Skalari su koordinate

kordinatnih vektora naprezanja (12) u danoj bazi ili to su koordinate krajnih ta~aka vektora poloàja

u koordinatnom sistemu Koordinate

koordinatnih vektora naprezanja sa koordinatama

vektora naprezanja povezane su izrazima

r r rg g g1 2 3, ,

S1.

′pi

′pi

(i=1,2,3). (13)

Fiksna ta~ka O , ista kao u prethodnom slu~aju, i koordinatni ortogonalni bazni vektori

(i=1,2,3) (14)

tvore inatni sistem

. U ovom koordinatnom

sistemu vektor naprezanja ima prikaz

(15) r

u obliku linearnog zbroja vektora .

Kordinatni vektori naprezanja u ovom

koordinatnom sistemu mogu se predstaviti relacijama

Ae Ae Aer r r1 2′ ′, ,

r r rp p p1 2 3, ,

(i=1,2,3). (16)

Vektori u bazi (

imaju jedinstven prikaz

r r re e e1 2 3′ ′ ′, , )

puno odr.

3

3

)3

(17)

.3332231133

3

′

′

′

eeeeA

}

Ovdje su operatorom i bazom

potpuno odre|eni skalari (i=1,2,3).

A

σij

′′′

321 ,, eee rr

Prostori kod kojih se u razli~itim pravcima mjeri razli~itim jedinicama su homogeni ali nisu izotropni i ozna~avaju se afinim prostorima. U njima postoji odnos kolinearnih vektora pa prema tome na danom pravcu i na njemu paralelnim pravcima moè se mjeriti duljina, ali se na neparalelnim pravcima nemoè mjeriti duljina istom jedinicom.

7.2. Kartezijevi koordinatni sistemi Prethodno je re~eno da je vektor naprezanja , za

bilo koju ravninu, pot e|en koordinatnim vektorima naprezanja Kod proizvoljnog

izbora koordinatnih ravnina i ravnine tetraedra nu`no se pojavljuju afini koordinatni sistemi i afini prostor. U takvim slu~ajevima za potpuno definiranje vektora naprezanja potrebno je uvesti jo{ jednu vrstu baznih vektora a u vezi s tim i vektorskog prostora. Me|utim, u teoriji plasti~nosti uvedena je pretpostavka o izotropnosti deformabilne sredine. Uvo|enje izotropnosti u razmatranje ima za posljedicu promatranje vektora naprezanja u ravninama ~ije su normale jednako nagnute prema, ina}e proizvoljno izabranim, osima pravouglog koordinatnog sistema. Prema tome, ako se razmatra naprezanje u ravninama ~iji su kosinusi pravca normale jednaki , tada se afini

koordinatni sistemi i mogu svesti na

odgovaraju}e Kartezijeve koordinatne sisteme i

. U vektorski prostor X

rp

S1

r r rp p p1 2 3, ,

a a a1 2= =

1 S2S′

S ′ 0 tada je mogu}e uvesti

skalarni produkt i tako od afinog pre}i na euklidski prostor.

Fiksna ta~ka O i jedini~ni bazni vektori

~ine prvi kosougli Kartezijev koordinatni sistem

. Prikaz vektora naprezanja

, koji djeluje u ravnini orijentiranoj jedini~nim

vektorom normale

r r rf f f1 2, ,

(S O f f f1 1 2′ = ; , ,

r r r

rp

(r r rn e e13 1 2 3, , )re= , u ovom

koordinatnom sistemu, je u vidu

(18) r r rp p f p f p f= ′ + ′ + ′

1 1 2 2 3 3

r

linearne kombinacije jedini~nih baznih vektora sa

skalarima . Skalari su Kartezijeve koordinate

vektora naprezanja u bazi

rf i

pi′ pi

′rp ( )3f

r21 ,, ffrr

ili

- 73 -


koordinate krajne ta~ke vektora poloàja u

odnosu na dani koordinatni sistem . Koordinatni

vektori naprezanja , u ovom koordinatnom

sistemu, imaju prikaz u vidu

rp OP=→

rp

′1Sr r rp p p1 2, ,

rp fi i

′ip

)e e2 3,r

r re e re1 2 3, ,

r re A= +1 2rAe3

Ae Aer r r1 2 3, ,

r rp Aei i=

Aer3, ,

e ee ee e

r

r

r

21 2 3

22 2 3

23 2 3

+

++

σσσ

Aσ ij

(r re e1 2 )re3, ,

r re e e1 2, ,

3

oordinata

3

(i=1,2,3). (19) rpi =

Veza izme|u koordinata vektora naprezanja i

k koordinatnih vektora naprezanja ovdje je odre|ena sa

r r rp p p1 2, ,

=ip 3 (i=1,2,3). (20)

Ista fiksna ta~ka O , kao i u prethodnom slu~aju, i

jedini~ni ortogonalni bazni vektori ( ) tvore drugi, pravougli, Kartezijev koordinatni sistem

. Prikaz vektora naprezanja

u ovom koordinatnom sistemu je u vidu

(S O e2 1′ = ; ,r r rp

( )rp A e +13

(21)

linearne kombinacije vektora sa

skalarom

Ae13

3

. Koordinatni vektori naprezanja

ovdje su predstavljeni sa r r rp p p1 2, , (i=1,2,3). (22)

Vektori u bazi imaju

jedinstven prikaz

Ae Aer r1 2

Ae eAe eAe e

r r

r r

r r

1 11 1 1

2 12 1 2

3 13 1 3

= +

= += +

σ σσ σσ σ ,

r

r

r3

3

}3

(24)

gdje su operatrom i bazom ( ) potpuno odre|eni skalari (i,j=1,2,3).

r3

8. ZAKLJUÂK Uobi~ajeno definiranje vektora naprezanje, za ravninu odre|enu jedini~nim vektorom normale, je posrestvom koordinatnih nekomplanarnih vektora naprezanja. Pri tome se moè odabrati prikaz naprezanja u pravouglom sistemu koordinata jer je to irelevantno obzirom da su dobivene jednad`be tenzorskog karaktera. Za jednostavnije geometrijsko predstavljanje vektora naprezanja, u prostorima koordinatnih naprezanja, potrebno je vektorski prostor koordinatnih naprezanja u~initi pored homogenosti i izotropnim. Tako se vektorski prostor od afinog, uvo|enjem skalarnog produkta, transformira u euklidski prostor. Postoje dva na~ina na koji se to moè uraditi. Prvi na~in sastoji se u tome da se za zadanu ravninu, u kojoj treba ra~unati vektor naprezanja, bira pravougli koordinatni sistem tako da mu koordinatne osi zaklapaju jednake uglove s normalom na ravninu. Drugi na~in, obrnut od prvog, sastoji se u tome da se za proizvoljno izabran pravougli koordinatni sistem vektor naprezanja ra~una za ravninu ~ija je normala jednako nagnuta prema osima koordinatnog sistema.

9. LITERATURA [1] Musafija B. : Primjenjena teorija plasti~nosti, I i II dio, Univerzitet u Sarajevu, 1972. [2] Mendelson A. : Plasticity, Theory and Application, The Macmillan Compani, New York 1968. [3] Jari} J. : Mehanika kontinuuma, Gra|evinska knjiga, Beograd, 1988. [4] Kurepa S. : Uvod u linearnu algebru, [kolska knjiga, Zagreb, 1978. [5] Ra{ejski B. : Analiti~ka geometrija, Gra|evinska knjiga, Beograd, 1968.

- 74 -

The contact loading is encountered very frequentlyin many cases in mechanical engineering problemswhen spherical or cylindrical bodies come into con-tact with flat, spherical or cylindrical surfaces. Insuch cases of contact loading the force acts upona rather small area of surface (theoretically in onepoint), and thereby causing very high stressesaround the contact point or area. The theoreticalsolutions in such state of stresses of elastic bodiesare mostly based on the results of Hertz's mathe-matical theory [1], whose results have been proved

Ma{instvo 2(2), 75 - 83, (1998) D.[~ap,...: THE METOD OF STRAIGHT...

- 7755 -

TTHHEE MMEETTHHOODD OOFF SSTTRRAAIIGGHHTT NNUUMMEERRIICCAALL SSOOLLUUTTIIOONN OOFF HHEERRTTZZ''SS CCOONNTTAACCTT FFOORRMMUULLAAEE

MMEETTOODD DDIIRREEKKTTNNOOGG NNUUMMEERRII^̂KKOOGG RRJJEE[[AAVVAANNJJAAHHEERRTTZZ-OOVVEE KKOONNTTAAKKTTNNEE FFOORRMMUULLEE

Prof. dr.sc. Dragutin [~ap, Prof. dr.sc. Milenko Stegi}, Prof. dr.sc. Osman Mufti},University of Zagreb, Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture,Zagreb, Ivana Lu~i}a 5, e-mmail: [email protected]

Prof. dr. Dragutin [~ap, Prof. dr. Milenko Stegi}, Prof. dr. Osman Mufti},Univerzitet u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje, Zagreb, Ivana Lu~i}a 5,e-mmail: [email protected]

SUMMARY

In this paper is shown a simple solution of practical stress and strain analysis of two contact bod-ies by means of straight numerical calculation of Hertz's contact formulae. All the necessary datawere calculated directly, so that no auxiliary tables or diagrams need to be used. The diagrams thatwe previously know from the literature can also be easily drawn in order to present graphicaly thechanges of the values and the interdepence of a single calculation variables.The method is proved to be suitable both for the practical and theoretical problem analysis what isillustrated by examples.

Key words: Contact of two bodies, Hertz's theory, technical computing.

REZIME:

U radu je prikazan jednostavan na~in nalaènja napona i deformacija izme|u dva tijela u kontaktuputem direktnog numeri~kog rje{avanja Hertz-ove kontaktne formule. Svi neophodni podaci ra~unati sudirektno tako da nema potrebe za kori{tenjem pomo}nih tabela i dijagrama. Tako|er, u cilju grafi~keprezentacije promjene vrijednosti i me|uzavisnosti pojedinih varijabli mogu se lako nacrtati dijagramikoji su ve} poznati iz literature.Ovaj metod se pokazao vrlo podesnim kako za prakti~nu tako i za teoretsku analizu problema, a {toje ilustrirano primjerima.

Klju~ne rije~i: kontakt izme|u dva tijela, Hertz-ova teorija, kompjuterski prora~un

1. INTRODUCTION1. UVOD

Kontaktno optere}enje se vrlo ~esto javlja u mnogimproblemima ma{inskog inènjerstva. Rije~ je oslu~aju kada sferna ili cilindri~na tijela dolaze u kon-takt preko ravnih, sfernih ili cilindri~nih povr{ina. Utim slu~ajevima sila kontaktnog optere}enja djelujena vrlo malu povr{inu dodira ( teoretski u jednojta~ki) i stoga se javljaju vrlo visoki naponi u okoli-ni dodirne ta~ke ili povr{ine. Teoretska rje{enjaovakvog stanja napona u elasti~nim tijelima seuglavnom baziraju na rezultatima Hertz-ovematemati~ke teorije [1] ~iji su rezultati potvr|eni

OORRIIGGIINNAALL SSCCIIEENNTTIIFFIICC PPAAPPEERR

IIZZVVOORRNNII NNAAUU^̂NNII RRAADD

by experiments. In such a problems it is assumedthat the applied load is static, then that the materi-als of the contacted bodies are homogenous andisotropic.One of the most difficulty questions of the men-tioned theory in calculation and analysis of the con-tact state has been in the calculation of contact sur-faces dimensions of bodies in contact. Partiallywhen the body curvature in the contact point aredifferent, then for each combination of the contactit is necessary to solve corresponded elliptical inte-gral solutions. The usual procedure was to use spe-cial tables and diagrams, that has been developedon the basis of elliptical integral solutions.

2. THE METHOD OF STRAIGHT NUMERICAL SOLUTION

The method is based under the known assump-tions [1,2,3] that is assumed that principal planes ofcurvature of the two bodies are concurrent which isa rule in mechanical engineering. Using the symbolsgiven in the Fig.1, the appropriate dimensions of theelliptical contact area and maximum of contact pres-sure are given by:


- 7766 -

i eksperimentalnim putem. U takvim problemimapretpostavlja se da je optere}enje koje djelujestati~ko, kao i da su materijali tijela koja su u kon-taktu homogeni i izotropni.Jedno od najteìh pitanja navedene teorije priprora~unu i analizi kontaktnog stanja jesteizra~unavanje povr{ine kontakta izme|u tijela.Ukoliko su zakrivljenosti tijela u kontaktnoj ta~kirazli~ite, tada je za svaku kombinaciju zakrivljenostitijela u kontaktu neophodno je na}i rje{enje odgo-varaju}eg elipti~kog integrala. Uobi~ajena procedu-ra bila je da se koriste specijalne tabele i dija-grami koji su dobiveni na bazi rje{enja elipti~kihintegrala.

2. METOD DIREKTNOG NUMERI^KOGRJE[AVANJA

Ovaj metod zasniva se na poznatim pretpostavkama[1,2,3] koje zahtijevaju da su glavne ravni zakriv-ljenosti oba tijela konkurentne, a {to i jeste slu~aju ma{instvu. Koriste}i simbole date na slici 1., moguse na}i odgovaraju}e dimenzije elipti~ne kontaktnepovr{ine , kao i maksimalni kontaktni pritisak putemsljede}ih izraza:

ab

F

pme

a

b

mm ab

F

EE

a

p

e

a

b

r

nn

a

2

3

; 1; ; ;

11

2

3

0

22

3

2

2

2

1

2

1

=-=====

S

ˆ

ˆ

�

˜

Á

Á

Ë

Ê-

+

-

=

1

Figure. 1. Contact of two bodies with curvedsurfaces and their principal planes of curvatureSlika 1. Kontakt dva tijela zakrivljenih povr{inai njihove glavne ravni zakrivljenosti

(1)

It is assumed that the principal planes of curvatureof the two bodies are concurrent which is a rulein mechanical engineering.Major and minor semi-axes of elliptical contact area (aand b) are defined by the coefficients cosθ , α i β.


- 7777 -

Pretpostavlja se da su glavne ravni zakrivljenostioba tijela konkurentne, a {to i jeste slu~aj uma{instvu.Velika i mala poluosa elipti~ne kontaktne povr{ine(a i b) definirane su koeficijentima cosθ , α i β.årrrrq2211c

The coefficients α i β are calculated from: Koeficijenti α i β se ra~unaju iz:

where: gdje su:

the elliptical integrals of the first i.e. second orderare defined by the module ε = 1 - m2.

For the contact of two bodies with the same mod-ulus of elasticity E=E1=E2 and the same Poisson'sratio ν =ν1 =ν2, according to (1) it follows that:

elipti~ki integrali prvog, odnosno drugog reda defi-nisani sa modulom ε = 1 - m2.Za kontakt dva tijela sa istim modulom ela-sti~nosti E=E1=E2 i istim Poisson-ovim koeficijen-tom ν =ν1 =ν2, a prema (1) slijedi da je:

with uz

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

One of the curvature radii rij can be regarded asthe referent value rw = Dw/2 and thus integrate intothe equations a non-dimensional curvature coefficientΣρ * = DwΣρ .For example, for r11= Dw/2 it follows DwΣρ = 2(1+r11/r12+r11/r21+r11/r22). The maximum compres-sion stress according to (5) is then:


- 7788 -

Jedan od polupre~nika zakrivljenosti rij se moèsmatrati referentnom vrijedno{}u rw = Dw/2 i inte-gracijom se moè dobiti bezdimenzionalni koeficijentzakrivljenosti ∑ρ* = Dw ∑ρ.Na primjer, za r11 = Dw/2 dobija se Dw∑ρ = 2(1+r11/r12+r11/r21+r11/r22). Tada je prema (5) maksi-malni pritisni napon:

3

2

w

3/2*

3/2

2

3

0

)(

1

2

3

D

FE

p

ab

r

n

p

S

ˆ

�

˜

Á

Ë

Ê

-

=

which for steel with E = 2,08∑105 MPa and ν = 0,3 gives the known formula:

{to za ~elik sa E=2,08 ◊105 MPa i ν=0,3 daje poznatu formulu:

where cp - the contact pressure constant.

Based on this formulas the algorithm for straightnumerical solutions has been developed using theprogramming language "Mathematica" [4] as folows:

gdje je cp - konstanta kontaktnog pritiska.

Na bazi ovih formula napravljen je algoritam zadirektno numeri~ko rje{avanje uz kori{tenje pro-gramskog jezika "Mathematica" [4] kako slijedi:

(7)

(8), MPa

where: "dat1" ? {r11, r12, r21, r22} - principal curvature radii(mm) at the contact point; "dat2" ? {n1, n2, E, F} - Poisson's ratio, modulus ofelasticity (MPa), compression load (N).The numerical example in the presented algorithmis the ball bearing with:r11 = 9,92 mm, r12 = 9,92 mm, r21 = -10,23 mm,r22 =48,83; F = 2500 N; material steel/steel.Output results Σρ, cosθ, α, β, γ, a - mm, b - mm,and Hertz's pressure p0, MPa are presented inTable 1.

3. CALCULATION THE STRESSES INTO THE BODY

Knowing the maximum pressure and the semi-axesa and b of the ellipse, the stresses at any pointcan be calculated. For example, the principal stress-es into the body along the z axis, fig. 1, are [5]:


- 7799 -

gdje su: "dat1" {r11, r12, r21, r22} - radijusi glavnih zakriv-ljenosti (mm) u kontaktnoj ta~ki ; "dat2" {n1, n2, E, F} - Poisson-ovi koeficijenti,modul elasti~nosti (MPa), pritisno optere}enje (N).Numeri~ki primjer za prezentirani algoritam jestekotrljajni leàj sa:r11 = 9,92 mm, r12 = 9,92 mm, r21 = -10,23 mm,r22 =48,83; F = 2500 N; materijal ~elik/~elik.Dobiveni rezultati za Σρ, cosθ, α, β, γ, a - mm, b -mm, kao i Hertz-ov pritisak p0, MPa, dati su uTabeli 1.

3. PRORAÛN NAPONA U TIJELU

Poznavaju}i maksimalni pritisak i poluose a i belipse, mogu se izra~unati naponi u svakoj ta~kitijela. Na primjer, glavni naponi u tijelu du` z-ose,slika 1, jesu [5]:

Table 1. Out[1] //TableForm = Results of the direct numerical solutionTabela 1. Rezultati direktnog numeri~kog rje{avanja

s n

n

e y e y n

e y

e y

x

a

a

a

p m

m m

m z

z

z F E

E

m

F= -

-

- - -

Ê

Ë

Á

˜

�

ˆ

+

+

- - + -

Ê

Ë

Á

˜

�

ˆ

È

Î

Í

˘

˚

˙

Ï

Ì

Ô

Ó

Ô

¸

˝

Ô

˛

Ô

0

2 2

2 2

2 2

1

1 2 1

2

1

2 ( , ) ( , )

( , )

( , )

where m = b/a, ε = 1 - m2, za = z/a, ψ = tg-1(1/ za); and the elliptical integrals are

gdje je m = b/a, ε = 1 - m2, za = z/a,ψ = tg-1(1/ za), a elipti~ki integrali su:

(9)

(10)= ;

The graphical presentation of the stresses (9) isrealised in non-dimensional form, dependent of thevariable za = z/a, as follow


- 8800 -

Grafi~ki prikaz napona (9) dat je u bezdimen-zionalnoj formi, zavisno od promjenljive za = z/a,kako slijedi

,)(,)(

00

ay

y

ax

x

zS

p

zS

p

==

s

s

For numerical example shown in section 2., thegraphical presentation of the principal stresses isachieved by means of the input command as shownin algorithm:

Za numeri~ki primjer dat u poglavlju 2., dobivenje grafi~ki prikaz glavnih napona putem inputkomande, kako je prikazano algoritmom:

Figure. 2 The distribution of the principalstresses σx, σy, σz and shearing stress τmaxalong the z - axis, b/a = 0.0951, table 1.Slika 2. Raspodjela glavnih napona σx, σy, σzi smi~u}ih napona τmax du` z - ose, b/a =0.0951, Tabela 1

(11)

z

a

The coresponding figure for any other relationshipof the semi-axes m = b/a is realised by new inputcommand. For example


- 8811 -

Odgovaraju}i prikaz za druge odnose poluosam=b/a dobija se novom input komandom. Naprimjer:

The result for m = b/a = 0.5 can be seen inFigure 3.

Rezultati za m = b/a = 0.5 mogu se vidjeti naslici 3.

Figure. 3 The distribution of the principalstresses σx, σy, σz and shearing stress τmaxalong the z-axis, b/a = 0.5Slika 3. Raspodjela glavnih napona σx, σy,σz i smi~u}ih napona τmax du` z-ose,b/a = 0.5

4. THE GRAPHICAL PRESENTATION OF THE HERTZ'S COEFFICIENTS

This section shows the results of the graphical def-inition of coefficients α, β and γ = 2K/(πα) whichhave been used until now for the practical calcula-tion.

The diagrams of the Hertz's coefficients present use-ful information about the interdependence of singlecoefficients, their size in the whole design space ofthe contact problems and their influence on the cal-culation results. The use of diagrams and tables inthe practical calculation is not necessary any morebecause the elliptical integrals are solved directly.

The coefficients 1/α, β, 1/(αβ) and γ = 2K/(πα) canbe determined depending on the semi-axis of theellipsis m = b/a = β/α or on the auxiliary coeffi-cient cosθ.

The graphical presentation of the Hertz's coefficientscan be seen in Figure 4. and 5.

4. GRAFI^KI PRIKAZ HERTZ-OOVIH KOEFICIJENATA

U ovom poglavlju su dati rezultati grafi~ki prikaziHertz-ovih koeficijenata α, β i γ = 2K/(πa), kojisu se do sada koristili pri prakti~nim izra~unava-njima.

Dijagrami Hertz-ovih koeficijenata daju korisne infor-macije o me|usobnoj zavisnosti pojedinih koeficije-nata, o njihovoj veli~ini u cijelom posmatranompodru~ju kontaktnog problema, kao i njihov uticaj narezultate prora~una. Upotreba dijagrama i tabela priprakti~nom rje{avanju problema vi{e nije neophodnazbog toga {to se elipti~ki integrali rje{avaju direktno.

Koeficijenti 1/α, β, 1/(αβ) i γ = 2K/(πα) se mogudefinisati u zavisnosti od odnosa poluosa elipsem = b/a = β/α ili od pomo}nog koeficijentacosθ.

Grafi~ki prikaz Hertz-ovih koeficijenata dat je naslikama 4 i 5.


- 8822 -

Figure. 4. The coefficients β, 1/α, 1/(αβ),cosθ and ψ as function of m = β/αSlika 4. Koeficijenti β, 1/α, 1/(αβ), cosθi ψ u funkciji od odnosa m = β/α

Figure. 5. The coefficients β, 1/α, 1/(αβ),γ and ψ as function of cosθSlika 5. Koeficijenti β, 1/α, 1/(αβ), γ i

ψ u funkciji od cosθ

5. CONCLUSION

The general case of compression of elastic bodiesin contact may be treated in many different cases.The main drawback of the design analysis of prac-tical Hertzian stress and strain calculation of twobodies in point contact was up to now the numer-ical evaluation of the results [6]. The theoretical analysis and the calculation indesign of machine products today cannot bethought without computers and corresponded soft-ware support. In our case study it was computerlanguage "Mathematica", that provides a simple andclearly laid-out method for practical calculation iengineering design. As it was shown, the analysisof stress and strain in design of machine parts withsmall contact areas can be easily performed accord-ing to the original Hertz's theory without the aid ofauxiliary table and nomograms. Developed method of straight numerical solution ofHertz's contact problem means a great mathemati-cal simplification for designers. It is also very easypossible to extend the method to the all otherrequired calculation in the practical contact prob-lems.

6. REFERENCES

[1] H. Hertz, ‹ber die Ber¸hrung fester elastischerK˜rper, Ges. Werke, Bd. I, Barth, Leipzig, 1895.

[2] J. Br‰ndlein, P. Eschmann, L. Hasbargen, K.Weigand, Die W‰lzlagerpraxis, Vereinigte FachverlageGmbH, Mainz, 1995.

[3] S. P. Timoshenko, J. N. Goodier, Theory ofElasticity, 3rd Ed., McGraw-Hill, New York, 1970.

[4] S. Wolfram, The Mathematica Book, 3rd ed.,Wolfram Media/Cambridge University Press, 1996.

[5] S. D Ponomarev., V. L. Biderman, etc. Rastchetyna protchnost v mashinostroenii, Tom II, Mashgiz,Moscau, 1958.

[6] S. Jeci}, O nekim rje{enjima dodira dvaju valja-ka, Zbornik radova Fakulteta strojarstva i brodograd-nje, Zagreb, 1969.


- 8833 -

5. ZAKLJUÂK

Op{ti slu~aj pritiska dva elasti~na tijela u kontaktumoè se javiti u mnogim prakti~nim problemima.Osnovna pote{ko}a pri izra~unavanju Hertz-ovihnapona i deformacija pri kontaktu dva tijela bilo jedobijanje numeri~kih rezultata, [6].Danas se teoretska analiza i prora~un pri konstru-isanju ma{inskih elemenata ne mogu zamisliti bezra~unara i odgovaraju}ih programskih paketa. Uovom slu~aju kori{ten je programski jezik"Mathematica" koji omogu}uje provedbu jednos-tavnog i jasnog metoda za prakti~na izra~unavanja iinènjerski dizajn. Kao {to je prikazano, analizanapona i deformacija pri dizajniranju ma{inskih ele-menata sa malom povr{inom u kontaktu moè selako izvesti na osnovu originalne Hertz-ove teorijebez kori{tenja pomo}nih tabela i nomograma. Metod direktnog numeri~kog prora~una koji je razvi-jen za rje{avanje Hertz-ovog kontaktnog problemapredstavlja za konstruktore veliku pomo} prirje{avanju matemati~kih problema. Tako|er, upotrebuove metode je mogu}e pro{iriti i na sve ostalepotrebne prora~une koji se ti~u problematike tijelau kontaktu.

6. LITERATURA

[1] H. Hertz, ‹ber die Ber¸hrung fester elastischerK˜rper, Ges. Werke, Bd. I, Barth, Leipzig, 1895.

[2] J. Br‰ndlein, P. Eschmann, L. Hasbargen, K.Weigand, Die W‰lzlagerpraxis, Vereinigte FachverlageGmbH, Mainz, 1995.

[3] S. P. Timoshenko, J. N. Goodier, Theory ofElasticity, 3rd Ed., McGraw-Hill, New York, 1970.

[4] S. Wolfram, The Mathematica Book, 3rd ed.,Wolfram Media/Cambridge University Press, 1996.

[5] S. D Ponomarev., V. L. Biderman, etc. Rastchetyna protchnost v mashinostroenii, Tom II, Mashgiz,Moscau, 1958.

[6] S. Jeci}, O nekim rje{enjima dodira dvaju valja-ka, Zbornik radova Fakulteta strojarstva i brodograd-nje, Zagreb, 1969.

Siemens GUD combned cycle power units featur-ing Model V64.3 gas turbines are being operatedsuccessfully worldwide since 1990. The referencerecord includes 28 gas turbine V64.3. which haveaccumulated more than 202.000 operating hoursand more than 8.800 starts. Individual engineshave been in operation for more than 40.000 oper-ating hours. In addition to these operating units,another 15 units are under construction or onorder.

Today, even more advanced GDU units incorporat-ing the new V64.3A gas turbine in both single and

Ma{instvo 2(2), 85 - 92, (1998) H. DROGAN: GUD 1S.64.3A ADVANCED 100 MW...

- 8855 -

GGUUDD 11SS..6644..33AA AADDVVAANNCCEEDD 110000 MMWW CCOOMMBBIINNEEDD CCYYCCLLEEPPOOWWEERR PPLLAANNTT

GGUUDD 11SS..6644..33AA - EENNEERRGGAANNAA OODD 110000 MMWW SSAA KKOOMMBBIINNIIRRAANNIIMM CCIIKKLLUUSSOOMM

Hartrnut Drogan, Siemens Power Generation

Hartrnut Drogan, Siemens Power Generation

SUMMARY

The highly efficient single-shaft GUD power plant design with the Model V64.3A gas turbine is opti-mized to reduce life cycle cost and to lower environmental emissions.It achieves an output of more 100 MW at a gross efficiency of about 54% nad serves the powergeneration as well as the cogeneration market.The flexible plant design allows for customized solutions to be designed for meeting user-specificdemands. Furthermore trought its many years of supplying turnkey power projects, Siemens is expe-rienced in providing additional services such as project development and financing as well as oper-ation and maintenance.

Key words:

1. INTRODUCTION 1. UVOD

REZIME

U cilju smanjenja tro{kova proizvodnje i zaga|enja okoline optimizirana je visokoefektivna GUD ener-gana sa jednim vratilom i sa gasnom turbinom modela V64.3A.Ova energana postiè izlaznu snagu od 100 MW uz ukupnu efikasnost od 54% i sluì za proizvod-nju energije i opskrbu drugih energetskih proizvo|a~a.Fleksibilna izvedba energane omogu}uje da se uobi~ajena rje{enja dizajniraju tako da se moè udo-voljiti specifi~nim zahtjevima korisnika. [tavi{e, godinama rade}i na projektovanju energana po prin-cipu "klju~ u ruke", Siemens je stekao iskustvo u pruànju dodatnih usluga kao {to su razvoj i finan-siranje projekta , kao i funkcioniranje i odràvanje energana.

Klju~ne rije~i:

Gasne turbine V64.3 koje rade u sklopu Siemens-ovih GUD energana sa kombiniranim ciklusomuspje{no rade {irom svijeta od 1990. godine. Premareferentnim podacima ukupno 28 gasnih turbinaV64.3 je u pogonu, pri ~emu je ostvareno vi{e od202.000 radnih sati uz vi{e od 8.800 pokretanja.Svaki agregat pojedina~no je u pogonu vi{e od40.000 radnih sati. Pored ovih koje su ve} upogonu, jo{ 15 turbina ovog tipa se konstruira ili jenaru~eno.

Trenutno su na raspolaganju jo{ kvalitetnije V64.3Agasne turbine (sa jednim ili sa vi{e vratila) koje

PPRROOFFEESSSSIIOONNAALL PPAAPPEERR

SSTTRRUU^̂NNII RRAADD

multiple shaft configurations are availabie. Fourunits have been sold and are under constructionas well, with the first units alreedy under commis-sioning.This article fosuses on the specific features of thenew V64.3A single shaft configuration GUD 1S.64.3A.

2. V64.3A GAS TURBINE DESING

The V64.3A gas turbine is derived from the V64.3gas turbine. The 5400 rpm model V64.3 wasintroduced in 1990. as the first of Siemens Vx4.3gas turbine family designed for a gas turbine inlettemperature 1120 oC (according to ISO 2314)and rated at 60 MW. Equipped with a reductiongear to be connected either toa 50 or 60 Hzgenerator it achieves a simple cycle efficiency of35,2%.In 1993. Siemens sterted the development of thenew Vx4.3A gas turbine family for 50/60 Hz sys-tems and at the beginning of 1994. for thesmailest member of the family - the V64.3A model(figure 1.) a joint development project betweenSiemens and Ansaldo was established.


- 8866 -

Figure 1. Model V64.3A advanced 70 MW gas turbineSlika 1. Model V64.3A gasne turbine od 70 MW

rade u sklopu GUD energana. êtiri turbine su ve}konstruirane i prodane, a prve od njih su ve} upogonu.U ovom ~lanku dat }e se specifi~nosti izvedbenovog modela V64.3A konfiguracije sa jednimvratilom za energanu GUD 1S.64.3A.

2. KONSTRUKCIJA GASNE TURBINEV64.3A

Model V64.3A gasne turbine je izveden iz modelaV64.3. Model V64.3 sa 5400 ob/min uveden je 1990.godine kao prvi iz Simensove familije gasnih turbinaVx4.3 koja je konstruirana za ulaznu temperaturu od1120 oC (prema ISO 2314) sa snagom od 60 MW.Opremljena sa zup~astim reduktorom preko kojeg sespaja sa generatorom od 50 ili 60 Hz, ova familija ost-varuje efikasnost po ciklusu u iznosu od 35,2 %.Godine 1993. Siemens je otpo~eo sa razvojem novefamilije gasnih turbina Vx4.3A za sustave od 50/60Hz. Po~etkom 1994. godine uspostavljen je zajed-ni~ki razvojni projekat izme|u Siemens i Ansaldokompanija za konstrukciju najmanjeg ~lana ove famil-ije, odnosno modela V64.3A (slika1).

The main targets relevant for all Vx4.3A modelswere to further increase the specific power outputand efficiency and to reduce the Nox emision.

The V64.3A model operating ot 90 Hz is a scaleddown gas turbine derived from the larger 50 Hzand 60 Hz models. It is based on the same wellproven major desing principles of the Vx4.2 andVx4.3 familiy as:

- Disk type rotor with center tie rod and Hirthserration

- Two outboard bearings; one at compressor end(air intake) and the other at turbine end (exhaustgas outlet)

- Gear box with generator driven from the cold endof the engine as well as a simple axial exhaust gas diffuser.

As many components as possible were taken fromthe existing V64.3 engine while eliminating the exter-nal cooling air and booster system. This significantdevelopment step was possible by utilisation of Pratt& Whitnwy's aero engine technology for the turbineblade cooling.

The bearing span between compressor and tur-bine bearing as the rotor remained basicallyunchanged. Thus the major difference betweenV64.3 and the V64.3A model was the introductionof an annular combustion chamber. Replacing thetwo horizontal combustion chambers by the HBR(Hybrid Burner Ring) combustor provides a morecompact desing with smaller unit width andreduced demand for cooling air.

The simple cycle gross electrical output of thenew gas turbine amounts to 70 MW, at ISO con-ditions, with a gross efficiency of 36,5% and Noxemission lower than 35 ppm.

3. MAXIMUM EFFICIENCY OF COMBINED CYCLE PLANTS

The single shaft GUD powwer plant utilizing theModel V64.3A gas turbine was developed espe-cially for customers who demand highest possibleefficiency from a reliable, medium size combinedcycle plant. The power plants are primarily deplyedfor the continuous base-load nad mid range oper-ating modes with the option of steam extractionsfor industrial processes as well as district heating.


- 8877 -

Osnovni ciljevi u vezi sa svim modelima Vx4.3A bilisu da se jo{ vi{e pove}a izlazna specifi~na snagai efikasnost, kao i da se smanji Nox emisija.

Model V64.3A koji radi na 90 Hz je izveden iz ve}ihmodela sa 50 i 60 Hz. Njegova konstrukcija se zas-niva na istim, dokazano dobrim, principima dizajni-ranja primijenjenim na familijama Vx4.2 i Vx4.3, kao{to su:

- Rotor oblika diska sa centralno postavljenimvratilom i sa Hirth ozubljenjem,- Dva vanjska leàja; jedan na kraju kompresora (naulaznom otvoru za zrak) i drugi na kraju turbine (naizlaznom otvoru za izlazne gasove),- Reduktor sa generatorom koji se pokre}e hladnimkrajem ma{ine kao i jednostavni aksijalni difuzor zaizlazne gasove.

Iz postoje}e V64.3 ma{ine uzeto je {to je mogu}evi{e komponenata uz istovremenu eliminaciju vanj-skog zraka za hla|enje i sustava za pokretanje. Ovajzna~ajan razvojni korak je bio omogu}en primjenomPratt&Whitnwy tehnologije zra~nih ma{ina za hla|enjelopatica turbina.

Razmak izme|u leàjeva kompresora i turbine kao isam rotor ostali su u osnovi nepromijenjeni. Stogaje glavna razlika izme|u V64.3 i V64.3A modela bilouvo|enje komore za sagorijevanje oblika prstena.Zamjena dvije horizontalne komore za sagorijevanjesa HBR komorom (Hybrid Burner Ring -prsten zakombinirano sagorijevanje) omogu}uje mnogo kom-paktniju izvedbu manje {irine i sa smanjenom potre-bom za zrakom za hla|enje.

Ukupna izlazna elektri~na snaga ciklusa ove novegasne turbine iznosi 70 MW pri ISO uvjetima radasa ukupnom efikasno{}u od 36,5%, uz Nox emisi-ju manju od 35 ppm (funti u minuti).

3. MAKSIMALNA EFIKASNOST ENER-GANA KOMBINIRANOG CIKLUSA

GUD energana sa jednim vratilom koja koristi modelV64.3A gasne turbine razvijena je specijalno zakupce koji zahtijevaju najve}u mogu}u efikasnostkoju mogu pruìti energane kombiniranog ciklusasrednje veli~ine. Energane su prvenstveno napra-vljene za kontinuirano optere}enje i za rad u sred-njim uvjetima sa mogu}no{}u uzimanja pare zaindustrijske procese kao i za zagrijavanje.

Combined cycle blocks equipped with theadvanced V64.3A gas turbines are capable ofachleving a gross electrical efficiency of about 54%at ISO conditions. In cogeneration applications affi-ciencies (fuel usage factors) of about 90% are pos-sible. This plant performance is the most compet-itive for a 100 MW rated combined cycle powerunit offered on the market today.

4. GENERAL BENEFITS OF SINGLE SHAFT GUD POWER PLANTS

the single shaft GUD power block concept consti-tutes the latest development in combined cyclepower plant equipment to maximize operating relia-bility.

One gas turbine together with the associatedheat-recovery steam generator, one steam turbineand one electrical generator are locked togetherto from an invariable single-train operating system.The logical consequence is to standardize theperipheral equipment so as to minimize redundantsystems without reducing plant operating avail-ability. This greatly simplifies the control logic,ensuring optimized operation during fully automat-ic start-up, loading and shut-down of the unit.

The standard GUD 1S.64.3A single-shaft combinedcycle power plant can be built in less than twoyears thereby maximizing the project returns to theplant owner.

The advantages of the single-shaft GUD 1S.64.3Aconcept can be applied for 50 Hz or 60 Hz elec-tric power generation. A transmission gearbox is uti-lized to transform the gas turbine rotor speed of 90Hz down to the required generator and grid fre-quency.

5. GUD 1S.64.3A POWER BLOCK FEATURES AND BENEFITS

Figure 2. depict a 100 MW dual-pressure nonreheart GUD 1S.64.3A unit. The steam conditions atbase-load operating conditions were carefully opti-mized to minimize the power generating costs.The air cooled generator is located between the gasturbine nad steam turbine. Each turbine has its ownaxial-thrust bearing which maintains moving bladesin optimal position relaive to the stationary bladingunder all operating conditions. In this way minimizedin both turbomachines.


- 8888 -

Blokovi kombiniranog ciklusa opremljeni sapobolj{anim V64.3A gasnim turbinama u mogu}nostisu da postignu ukupnu elektri~nu efikasnost oko 54%pri ISO uvjetima. U operacijama zajedni~kog generi-ranja energije mogu}e su efikasnosti (zavisno odkori{tenog goriva) u iznosu od oko 90 %. Performanseove energane su trenutno trì{no najkompetitivnije urangu energana kombiniranog ciklusa snage 100 MW.

4. OP]E PREDNOSTI GUD ENERGANASA JEDNIM VRATILOM

Koncept GUD energetskog bloka sa jednim vratilompredstavlja najnovije dostignu}e u razvoju energanakombiniranog ciklusa u smislu maksimiziranja radnepouzdanosti.

U izvedbi su zdruèni gasna turbina sa generatorompare, parna turbina i jedan elektri~ni generator takoda formiraju nepromjenljivi radni sustav sa zajed-ni~kim pogonom. Logi~na posljedica ovoga jestestandardizacija periferne opreme {to omogu}ava izm-jenu sustava bez smanjenja radne raspoloìvostienergane. Ovo uveliko pojednostavljuje upravljanje iomogu}ava optimizaciju tokom cijelog rada odpokretanja, optere}ivanja pa do zaustavljanja radnejedinice.

Standardna GUD 1S.64.3A energana kombiniranogciklusa sa jednim vratilom moè se izgraditi zamanje od dvije godine tako da se sredstva uloènau projekat brzo vra}aju vlasniku energane.

Koncept i prednosti GUD 1S.64.3A energane sa jed-nim vratilom mogu se koristiti za proizvodnju elek-tri~ne energije od 50 Hz i 60 Hz. Reduktor u pri-jenosu sluì za smanjenje brzine rotora gasne tur-bine sa 90 Hz na potrebnu frekvenciju generatora imreè.

5. IZVEDBE I PREDNOSTI GUD 1S.64.3A ENERGETSKOG BLOKA

Slika 2. prikazuje energanu GUD 1S.64.3A snage 100MW, pare visokog i niskog pritiska i bez ponovnogzagrijavanja. Parametri pare u uvjetima rada pri nor-malnom optere}enju pa`ljivo su optimizirani u cilju mi-nimiziranja tro{kova proizvodnje energije. Izme|u gasneturbine i parne turbine smje{ten je zrakom hla|eni ge-nerator. Svaka turbina ima svoj vlastiti aksijalni leàj kojipri svim radnim uvjetima drì pokretne lopatice u opti-malnom poloàju u odnosu na stacionarni. Na ovajna~in minimizirane su u obje turbo-ma{ine.


- 8899 -

Figure 3. Typical warm start of a 100 MW, single shaft blockSlika 3. Toplo pokretanje bloka sa jednim vratilom od 100 MW

Figure 2. GUD 1S.64.3A block schematic; dual pressure steam cycleSlika 2. [ema bloka GUD 1S.64.3A; ciklus pare dvojnog pritiska

A sybchronous between the generator and steam tur-bine the gas turbine plus generator to be started upin an optimum manner the gas turbine is initiallyoperated in the simple-cycle mode while warming theheat recovery steam generator (HRSG), pipework andsteam turbine valves before the steam turbine shaftis acoelerated. The clutch automatically engageswhen the steam turbine shaft revolves at the samespeed as the generator shaft. Then the steam turbinecan be loaded (figure 3.). Also, this arrangementtogether with the 100% steam btpass systems pro-vides for maximum operating flexibility of the plant.

The clutch also acts as a fully lubricated gear-toothcoupling to enable unrestarined axial movement ofthe HP system turbine rotor relative to the genera-tor rotor.

Successful operation experience with numerous syn-chronous clutches connected to Siemens gas tur-bines has been gained since 1971.In the cold start-up mode the steam turbine is ableto reach nearly full load within 120 minutes startingfrom the point when sufficient steam purity has beenestablished.

Full load in the warm start-up mode can be per-formed within 80 minutes. The short runup timeprovides the plant owner with great flexibility intiming plant dispatch for intermediate load andoptimizing unit down time for base load plantoperation.

The gas turbine at the one end of the single-shaft arrangement is a standard Model V63.3Adesing with an extended axial diffuser which canbe directly connected in line with any type ofHRSG.

The TLRI generator is rated 140 MVA, 10,5 kV ata coolant temperature of 40 oC. It has a horizontalsplit casing with a MICALASTIC-insulated statorwinding which ensures exceptionally high operat-ing reliability with low maintenance requirements.

The singe casing reverse flow steam turbine at theother end shaft can be supplied with variousextraction points to meet the customer's neds forany process steam and district heating demands.The desing of the frame mounted turbine allowsthe use of a simple axial diffuser which is con-nected directly to an axial-flow staem condenser.This configuration minimizes the steam turbineexhaust losses.


- 9900 -

Da bi se na optimalan na~in postigla sinhronizacijaizme|u generatora i parne turbine, kao i gasne tur-bine i generatora, gasna turbina u po~etku radi uprostom ciklusu ~ime se zagrijava generator pare(HRSG), cijevi i ventili parne turbine sve dok se neubrza vratilo parne turbine. Spojka se automatskiuklju~uje u trenutku kada se vratilo parne turbineokre}e istom brzinom kao vratilo generatora. Nakontoga se parna turbina moè opteretiti (slika 3).Tako|e, ovakva izvedba zajedno sa stopostotnim baj-pas-sustavom za paru omogu}uje maksimalnu radnufleksibilnost energane.

Spojka radi na principu potpunog podmaziva-nja ~ime se omogu}uje aksijalno pomjeranjeHP sustava rotora turbine u odnosu na rotorgeneratora.

Uspjeh u ugradnji sinhronih spojki u Siemensovegasne turbine postiè se jo{ od 1971. godine.

Pri hladnom pokretanju parna turbina je umogu}nosti da se potpuno optereti u roku od 120minuta od trenutka kada se postigne dovoljankvalitet pare.

Pri toplom pokretanju potpuno optere}enje sepostiè za 80 minuta. Kratko vrijeme pokretanjaomogu}uje vlasniku energane veliku fleksibilnost urasporedu isporuke energije za srednja optere}enja,kao i optimiziranje vremena zastoja agregata pri radupod osnovnim optere}enjem.

Standardna izvedba modela V63.3A predstavlja gasnuturbinu koja se nalazi na jednom kraju konfiguracijesa jednim vratilom i ima aksijalni difuzor koji semoè direktno povezati u liniju sa bilo kojim tipomHRSG.

Generator TLRI daje 140 MVA i 10.5 kV pri rash-ladnoj temperaturi od 40 oC. On ima horizontalnorastavljivo ku}i{te sa MICALASTIC-izoliranim statoromkoji omogu}uje izuzetno visoku operativnu pouz-danost i male zahtjeve za odràvanjem.

Parna turbina sa povratnim tokom moè se na dru-gom kraju vratila dodatno opremiti raznimizuzima~ima pare u cilju zadovoljenja potrebakupaca pare za proizvodne procese ili za zagrija-vanje. Izvedba turbine postavljene na okviruomogu}uje upotrebu jednostavnog aksijalnog difuzo-ra koji se direktno spaja sa parnim kondenzatoromaksijalnog toka. Ovakva konfiguracija minimiziragubitke parne turbine na izlazu.

6. GUD POWER PLANT LAYOUT

As per figure 4 the GUD block is accommodatedwithin its own compact structural steel building ofsimple, rectangular desing providing optimized main-tenance conditions. As an alternative, a house-pack-age desing with a weatherproof enclosure coveringgenerator and steam turbine is also available.

The 70-ton traveling crane spans the 20-m-widemain bay and runs the fuil 48 m length of thebuilding. It has the capacity to lift the complete gasturbine into the proper position and is used for allinspection on the steam turbine as well. Such ahigh-capacity crane shortens the initial erection timeand later maintenance outages to an absolute min-imum. For major inspection of the 180 ton gener-ator, it is moved sideways on sliding bars out ofthe power train until the rotor can be pulled bymeans of the travelling crane.

The air-intake filter house is located beside the tur-bine hall. At an elevation of 7 m above groundlevel reduced dust loading of the intake air isassured. This feature extends the filter life time andincreases the plant power output. The filtered air isled into the gas turbine compressor by way of asteel duct containing the silencer.

The single shaft train machinery is located at alow elevation with its axis only 2,4 m above grade.This obviates the necessity for a costly high bayfoundation. Instead, the generator rests on a wall-type foundation, whereas the gas turbine and thesteam turbine are mounted on grade level, whichreduces costs and shortens the time needed toconstruct the building and to install the equipment.Since there is no basemant, a pit is provided toaccommodate the main condensate pumps suffi-ciently below the condenser hotwell to ensure sat-isfactory condensate extraction.

The 2,4 m elevation of the single-shaft turbine-gen-erator grants ready access to all the machinery. Theterminals at the top of the generator are connectedto the main step-up transformer by phase-insulatedbusbars which run sideways throught the building atan elevation of about 6 m.

Except for the power train lube oil skid, the gas tur-bine auxiliary systems are located in pre-assembledcontainers, which rest on foundations outside theturbine hall.


- 9911 -

6. IZGLED GUD ENERGANE

Kako se vidi sa slike 4., GUD blok je smje{ten usopstvenoj hali jednostavnog pravougaonog dizajnakoji omogu}ava optimalne uslove za odràvanje. Kaoalternativa, na raspolaganju je i izvedba zatvorenogtipa sa za{titom koja pokriva generator i parnuturbinu i {titi od klimatskih dejstava.

Pokretna dizalica nosivosti 70 tona koja se kre}edu` 20 m {irine potpuno opsluùje svih 48 m duìnezgrade. On ima dovoljnu nosivost da podigne kom-pletnu gasnu turbinu na potrebnu visinu i koristi setako|e za sve preglede parne turbine. Tako velikanosivost dizalice skra}uje po~etno vrijeme podizanjai naknadne zastoje radi odràvanja na minimum. Prigeneralnom pregledu 180 tona te{kog generatora,on se pomjera izvan prenosa ustranu po kliznimpolugama , a rotor se moè izvu}i pomo}u pokretnedizalice.

Ku}i{te filtera za usisavanje zraka je smje{teno izvanhale turbine. Postavljenjem na visinu od 7m iznad nivoazemlji{ta osigurava se smanjenje sadràja pra{ine usisa-vanog zraka. Ovakva izvedba produàva vijek trajanja fil-tera i pove}ava produktivnost energane. Filtrirani zrakse uvodi u kompresor gasne turbine pomo}u ~eli~necijevi koja je opremljena zvu~nim prigu{iva~em.

Vratilo agregata je smje{teno relativno nisko tj.osa vratila je na visini od samo 2,4 m iznad pod-loge. Ovo otklanja potrebu izgradnje skupih visok-ih temelja za halu. Generator stoji na svojimtemeljima, dok su s druge strane gasna i parnaturbina postavljene na zemlji {to smanjujetro{kove i skra}uje vrijeme izgradnje hale i instali-ranja opreme. Po{to nema podzemnih prostorija,obezbije|ena je rupa u koju se smje{taju kon-denz pumpe dovoljno nisko ispod kondenzatorada bi se osigurala zadovoljavaju}a ekstrakcijakondenzata.

Postavljanje vratila sustava turbina-generator na vis-inu od 2,4 m obezbje|uje neometan pristup ~itavomagregatu. Terminali na vrhu generatora su povezanisa glavnim transformatorom putem fazno izoliranihprovodnika koji idu du` zidova hale na visini od oko6 m.

Osim opreme za podmazivanje prenosa , sva osta-la pomo}na oprema gasne turbine nalazi se umonta`nim objektima na sopstvenim temeljima izvanhale turbine.

The low and intermediate-voltage switchgear andelectronic control hardware are accommodated inseparate factory-preassembled compartments. Theyare installed on foundation outside the buildingclose to the machine house.


- 9922 -

Uklopnici za uklju~enje niske i srednje visoke voltaèkao i elektronski kontrolni sustav nalaze se umonta`nim kabinama oko glavne hale. One supostavljene na temeljima izvan hale neposredno doma{inske ku}ice.

Figure 4. GUD 1S.64.3A block arrangement; longitudinal viewSlika 4. Izgled bloka GUD 1S.64.3A; pogled uzdu` bloka

Ma{instvo 2(2), 93 – 96, (1998) M.Torlo: NOVO RJE[ENJE PLUTAJU]IH…

NOVO RJE[ENJE PLUTAJU]IH FARMI ZA UZGOJ RIBE

Miron Torlo, dipl.ing. asistent, Ma{inski fakultet u Mostaru Mar{ala Tita bb

REZIME

Novo konstrukciono rje{enje plutaju}ih farmi za uzgoj ribe na jezerimafakultetu u Mostaru, omogu}uje niè tro{kove tehnologije uzgoja konzumneekonomski atraktivnijim, kako u fazi investicije tako u fazi eksploatacijerje{enja.

Klju~ne rije~i : oprema, riba, poljoprivreda

NEW PRELIMINARY DESIGN FO

FLOATING FISH-FARMS Miron Torlo, B.Sc.,assistant, Faculty of Mechanical Engineeri SUMMARY

A new structral design for floating fish-farms for fish groving in the lakes, the Mechanical Enginering Faculti in Mostar. It provides 25% lower fishCompared to the presently used designs, the new one is defnitely morpoint of view. it is, there fore, more profitable not only in the investmexploitation one.

Key words : equpiment, fish, agriculture 1. UVOD 2.TEHNOLO[KE PO Na jezeru Salakovac prije agresije na Bosnu i Hercegovinu je postojalo ribogojili{te koje je u toku ratnih dejstava uni{teno. Projektant i proizvo|a~ kafeza za uzgoj ribe je bio "SOKO" Mostar. Karakteristi~no za ove kafeze je da su bili sidreni okomito, {to im je omogu~avalo pra~enje denivelaciju nivoa jezera. Me|utim osnovni nedostaci ovih kafeza su bili u tome {to veza sa obalom je bila indirektna, to jest putem ~amaca. Zbog toga je vrijeme za opsluìvanje bilo relativno dugo, a i kapacitet ograni~en. Pored naprijed navedenog bilo je nemogu}e izvr{iti opsluìvanje kafeza u vrijeme lo{ih vremenskih prilika. Ovi nedostatci su otklonjeni na novom projektu uz optimizaciju konstrukcije iz ~ega proizilazi i pojeftinjenje iste.

Jezero Salakovac svosaobra}ajnom infrapotro{a~kim centrimbudu}eg razvoja plutribe.Osnov za proizvopodru~ju Hercegovinvje{ta~kim jezerima, ostalim manjim ~ine hemijskim i biolo{kimprve klase. Ve} davnu podru~ju Blagajaosnovnim ciljem u uod 60% - 70% potrJugoslaviji. Ste~ena proizvodnje oplemesaradnjom sa stru~nPrirodno - matematskSarajevu, {to je doinìnjeringa u ovoj pdobivanja sorti visok

- 93 -

STRU^NI RAD

, razvijeno na Ma{inskom ribe za 25 %, {to ga ~ini u odnosu na postoje}a

R THE

ng in Mostar
PROFESSIONAL PAPER
has been accomplished by growing technology cost. e attractive from economic ent phase but also in the

DLOGE

jim poloàjem, kvalitetom vode, strukturom, bliskim velikim a je najidealnija lokacija aju}ih farmi za intezivan uzgoj dnju salomidnih sorti ribe na e u slivu rijeke Neretve sa te pritokama: Buna, Trebiàt i vodene resurse sa definisanim sastavom , na osnovu voda e 1950. godine na rijeci Buni razvilo se ribogojili{te sa zgoju mla|i, koje je pokrivalo eba svih ribogojili{ta u biv{oj iskustva u ovom sektoru

njena su vrlo bogatom jacima i nau~nim radnicima sa og i Veterinarskog fakulteta u velo do realizacije genetskog roizvodnji sa kona~nim ciljem og kvaliteta, a minimalnih


tro{kova uzgoja. Biolo{ki resursi vodenog sliva Neretve omogu}uju uzgoj do 8000 tona ribe {to predstavlja zna~ajan ekonomski faktor. Dosada{nja uzgojna politika bazirana na tipu kalifornijske pastrmke i kineskog {arana omogu}avala je proizvodnju do 2400 tona na godinu , koeficient obrta kapitala i ostvareni profit bio je na nivou najrazvijenijih sistema u Evropi (Danskoj, Norve{koj i Francuskoj). Pojedine lokacije na u{}u rijeke Dreànjke, lokacija Crnog vrela, su idealne i za uzgoj endemskih vrsta kao {to je pastrmka poto~arka, koja je veoma traèna na evropskom trì{tu. Adekvatnim tehni~kim rje{enjima djelimi~nog oboga}ivanja vode kisikom iz prirodne sredine, ista sorta se moè uzgajati u bilo kojoj ta~ci pomenutog jezera. Naime, prodajna vrijednost ove vrste ribe na evropskom trì{tu je 5 do 7 puta ve}a od vrijednosti kalifornijske pastrmke . Dosada{nja iskustva u uzgoju ove vrste ukazuju da su ukupni tro{kovi proizvodnje izme|u 1,8 i 2,1 DM/kg, a trì{ne vrijednosti se kre}u od 6 do 25 DM/kg. Da bi se zaokruìo kona~ni lanac proizvodnje, neophodno je obezbjediti na podru~ju Mostara proizvodnju riblje hrane, a za{to postoje dobri preduslovi u okviru sistema "Hepok". Kapacitetom od oko 700 tona na mjesec zadovoljili bi se svi resursi u BiH, a u proizvodni lanac bi se uklju~io niz kooperanata iz oblasti poljoprivredne proizvodnje (ra`, je~am , mekinje i oblasti mesne industrije - otpad u preradi peradi i krupne stoke ).

3. KONSTRUKTIVNO RJE[ENJE Osnovu ove konstrukcije ~ine pontonski ~lanci dimenzija 6,5 x 7 metara koji su sastavljeni od ~etri podu`na elementa koji se u vodi fiksiraju. Oni su uvezani u obliku slova "T" tako da prednji dio ujedno sluì i kao valobran. Osnovna funkcija pontona je da obezbjede ~vrstu vezu sa obalom i posluè kao osnovni nosa~ na koji se veù kafezi sa ribom. Sa postoje}a 32 ~lanka pontona mogu}e je ostvariti konstrukcioni sistem sa 200 kafeza ura|enih modularno po ~etiri kafeza (sl 2.). Sidrenje ~eonih pontona i svakog drugog sklopa uzdu`nih pontona omogu}it }e slijede}e:

∗ Stvaranje solidnog valobrana za za{titu kafeza. ∗ Osiguranje plutaju}e konstrukcije od dejstva

vjetra i pomjeranja za slu~aj vremenskih nepogoda.

∗ Blago prilago|avanje konstrukcije dejstvu vjetra i smanjenje otpora vjetra za razne uslove dejstva vjetra.

Slika 1. Op{ta dispozicija

∗ Pra}enje denivelacije nivoa jezera ne mjenjaju}i

koordinate poloàja konstrukcije pomo}nim plovnim sredstvima.

∗ Prihvatanje horizontalnih optere}enja sa kafeza

na konstrukciju pontona {to smanjuje masu i optere}enje nose}e konstrukcije.

∗ Pristup lakim vozilima direktno do 100 kafeza,

nosivosti do 4 tone i direktni ukrcaj lovine te eventualnu selekciju ribe na lokaciji utovara.

Kao {to se vidi na slici 1. sidra su udaljena od pontona, a veza ostvarena na sve strane. Veza uàdi i pontona je ostvarena preko vitla, {to omogu~aje ta~no pozicioniranje sistema na vodi i stalnu zategnutost uàdi. Najve}i dio konstrukcije kafeza ura|en je od ~elika ^.0361 u formi zatvorenih hladno oblikovanih profila � 60 x 40 x 2 mm. Osnovnu konstrukciju modula ~ine ~etri kafeza sa adekvatnim manipulativnim stazama, glavna staza ima {irinu od 1500 mm, a pomo}na 700 mm. Nosa~i staza su tri horizontalne re{etke, a pomo}u sistema obuhvatnih nosa~a

- 94 -


oslanjaju se na plovke. Kao plovak posluìla je ba~va zapremine 220 dm3, sa ispunom ekspanzionom pjenom {to omogu}uje plutanje iako do|e do probijanja iste. Na centralnom dijelu montirana je ~eli~na plo~a za oja~anje jer u toj zoni je instalisana dizalica za podizanje mreè za izlov ribe. Po obodu modula montirana je ograda kao za{tita opsluìoca (sl.2.).

Slika 2. Izgled jednog modula

Kao {to je ve} re~eno u uvodu ovaj tip konstrukcije je optimiziran u odnosu na “Soko”-lovu konstrukciju {to se ogleda u slijede}em: zbog oblika profila koji je upotrebljen u{te|eno je na teìni nose}e konstrukcije oko 30%, a samim tim

u{te|eno je i na broju plovaka, to jest ba~vi za 50%. Ta~nije re~eno novo rje{enje ima 21 plovak, a staro rje{enje 42. 4. ZAKLJUÂK Tehnolo{ka znanja iz oblasti uzgoja riblje mla|i i konzumne ribe bazirana u Ribogojili{tu Blagaj, omogu}ila su dobre tehnolo{ke podloge Institutu za ma{instvo u Mostaru da razvije konstrukciju plutaju}ih farmi.Realizirana konstrukcija je optimizirana sa stanovi{ta mase materijala. Iskustva iz eksploatacije ukazala su na niz prednosti ove konstrukcije u odnosu na postoje}a konstruktivna rje{enja i to u oblasti krutosti konstrukcije, stabilnosti na vodi u najteìm vremenskim uslovima, produktivnosti tehnolo{kog procesa i relativno niòj cijeni. Realizirana konstrukcija u narednoj fazi omogu}uje instalisanje tehnolo{ke opreme za automatsku selekciju ribe u fazi uzgoja, automatske ishrane ribe, mehanizirani izlov ribe i mehanizirane aeratore za oboga}ivanje vode kisikom na osnovi energije vjetra. Svi ugra|eni materijali su ekolo{ki pogodni i ne dovode do zaga|enja ribe i vode jezera Salakovac.

5. LITERATURA [1] Slu`beni list SFRJ 41/64 Tehni~ki propisi za projektovanje, izradu i montaù ~eni}nih

konstrukcija.

[2] Vi{e ~asopisa i prospekata iz oblasti ribarstva vezano za uzgoj i opremu.

- 95 -


Slika 3. Kafezni uzgoj ribe na jezeru Salakovac

Slika 4. Detalj modula

- 96 -

Documents

UNICAPP SISTEM - INTEGRALNO POSLOVANJE ALATIMA