Практикум по технологическому моделированию

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования 
«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

А.Д. Жуков, Т.В. Смирнова, 
П.К. Гудков

ПРАКТИКУМ 
ПО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМУ 
МОДЕЛИРОВАНИЮ

Москва  2017

2-å èçäàíèå (ýëåêòðîííîå)

УДК 517.28+536.491+699.86 
ББК 22.161+22.317+38.637
         Ж86

Рецензенты:
доктор технических наук, профессор В. Ф. Коровяков, заместитель директора
по научно-организационной работе ГУП «НИИМосстрой»;
кандидат технических наук М. М. Косухин, профессор кафедры городского 
строительства и хозяйства Белгородского государственного технологического 
университета им. В. Г. Шухова;
кандидат экономических наук Е. Ю. Боброва, заместитель заведующего кафедрой 
методологии саморегулирования и аттестации Высшей школы экономики

Жуков, А.Д.

Ж86       Практикум по технологическому моделированию [Электронный 
ресурс]: учебное пособие / А. Д. Жуков, Т. В. Смирнова, П. К. Гудков ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Моск. гос. строит. 
ун-т. — 2-е изд. (эл.). — Электрон. текстовые дан. (1 файл pdf : 170 с.). 
— М. : Издательство МИСИ—МГСУ, 2017. — Систем. требования: 
Adobe Reader XI либо Adobe Digital Editions 4.5 ; экран 10".

ISBN 978-5-7264-1625-0

Изложены основы теории технологического моделирования, рассмотрены различные аспекты решения общих и частных задач, а также методики планирования эксперимента и обработки его результатов. Приведены 
рекомендации по выполнению лабораторных и расчетно-графических работ 
по курсам «Технологическое моделирование» и «Решение технологических 
задач с применением ЭВМ». 

Для бакалавров и магистров, обучающихся по направлению подготовки 
08.03.01, 08.04.01 «Строительство», специалистов в области технологий строительных материалов и инженеров-технологов.

УДК 517.28+536.491+699.86 
ББК 22.161+22.317+38.637

ISBN 978-5-7264-1625-0 
© ФГБО У ВПО «МГСУ», 2014

Деривативное электронное издание на основе печатного издания: Практикум по 
технологическому моделированию : учебное пособие / А. Д. Жуков, Т. В. Смирнова, П.К. Гудков ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Моск. гос. 
строит. ун-т. — М. : Издательство МИСИ—МГСУ, 2014. — 168 с. — ISBN 978-5- 
7264-0903-0.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных 
техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от 
нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации.

ВВЕДЕНИЕ

Практикум по технологическому моделированию включает разделы, ориентирующие студентов на непосредственное решение 
практических задач, в частности: системное исследование технологий и процессов, их составляющих; планирование и обработка 
результатов эксперимента; решение оптимизационных и интерполяционных задач; инженерная интерпретация результатов эксперимента.
Практикум, как и ранее изданное учебное пособие по технологическому моделированию*, является мостиком от теорий формирования свойств материалов и их изготовления к практическим 
решениям, направленным на реализацию того или иного способа 
изготовления материала, постановку его в производстве, оптимизацию применения.1

Корректный выбор модели или системы моделирования является во многих случаях основой для принятия правильных решений 
по реализации эксперимента как в плане достижения его результатов, так и в плане экономии затрат на его проведение. В связи с 
этим в практикуме большое внимание уделено как построению 
моделей, так и реализации эксперимента (на основе этих моделей), 
направленного на решение практических задач [15].
Ниже излагается методика выбора параметра оптимизации, который должен быть: эффективным с точки зрения достижения цели, 
универсальным, количественным и выражаться одним числом, 
статистически эффективным, простым и легко вычисляемым и 
иметь физический смысл. Рассмотрены различные способы организации и планирования многофакторного эксперимента: при построении неполных квадратичных и полных квадратичных математических моделей, с использованием полных и дробных факторных планов, соответствующих условиям оптимальности.

* См.: Жуков, А.Д. Технологическое моделирование : учебное пособие.
Москва : МГСУ, 2013.

Моделирование структуры материала, его технологии в целом 
или отдельных процессов (в частности адекватных технологическим 
переделам) направлено на решение практических задач: оптимизационных, интерпретационных и пр. В практикуме рассмотрены 
способы оптимизации эксперимента в рамках метода Бокса — Уилсона на факторном пространстве различной сложности. Метод аналитической оптимизации рассмотрен как для систем неполных 
квадратичных, так и полных квадратичных математических моделей.
Системный подход является одной из основ технологического 
моделирования. Если технология рассматривается как единая кибернетическая система, то для ее изучения применимы как канонический анализ, так и комплексный метод МГСУ. Технология 
может рассматриваться как совокупность отдельных, но взаимосвязанных кибернетических систем: совокупность отдельных блоков, адекватных технологическим переделам. В этом случае осуществляют изучение каждого блока в отдельности, устанавливают 
взаимосвязи между отдельными блоками и формируют общую схему процесса. Основой для изучения является моделирование, которое может осуществляться как статистическими методами, так и 
с помощью детерминированных и концептуальных моделей.

1. СИСТЕМНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ

1.1. Технология и технологический процесс

Технология (от греч. τέχνη — искусство, мастерство, умение и 
λόγος — изучение) — комплекс организационных мер, операций и 
приемов, направленных на изготовление, обслуживание, ремонт и 
(или) эксплуатацию изделия с номинальным качеством и оптимальными затратами. При этом:
• под термином изделие следует понимать любой материальный, интеллектуальный, моральный, политический и т.п. предмет 
труда (конечный продукт);
• под термином номинальное качество следует понимать заранее заданное качество (например, оговоренное техническим заданием и согласованное в техническом предложении);
• под термином оптимальные затраты следует понимать минимально возможные затраты, не влекущие за собой ухудшение условий труда, санитарных и экологических норм, норм технической 
и пожарной безопасности, сверхнормативный износ орудий труда, 
а также финансовых, экономических, политических и прочих рисков.
В промышленности и сельском хозяйстве подробное описание 
технологии выполняется в документах, именуемых картой технологического процесса (при подробном описании) или маршрутной 
картой (при кратком описании). В сценическом искусстве технология исполнения спектаклей, пьес, съемки кинофильмов описывается сценарием. Применительно к политэкономии и экономике 
при изменении общественного мнения (в чью-либо пользу) применяется термин пиар (от англ. PR — Public Relations — связь с 
широкой общественностью), зачастую неправильно воспринимаемый общественностью как рекламная акция. Применительно к 
политике с 70-х гг. прошлого столетия установился термин дорожная карта (дословный перевод англоязычного термина Road map). 
Технологиями морального плана называются законы предков (чего 
делать нельзя или если делать, то что и как), правила поведения 
человека в обществе, кодекс чести, конституция (в цивилизованном 
обществе), понятия (в уголовном мире) и т.п. В разговорной речи 
термин технология часто заменяют словосочетанием ноу-хау (от 
англ. Know How — знаю как).

Если обратиться к самому определению термина технология, к 
его изначальному значению (мастерство, искусство и наука), то 
очевиден вывод, что цель технологии заключается в том, чтобы 
разложить на составляющие элементы процесс достижения какоголибо результата. Технология применима повсюду, где имеется достижение, стремление к результату, но осознанное использование 
технологического подхода было подлинной революцией.
До появления технологии господствовало искусство — человек 
делал что-то, но это что-то получалось только у него, это как дар — 
дано или не дано. С помощью же технологии все то, что доступно 
только избранным, одаренным (искусство), становится доступно 
всем. Например, изготовление каменного топора можно представить как акт искусства, а можно — как технологию. В первом случае имеется (возможно) бесподобный топор, но со смертью носителя искусства делания топоров больше не будет. Во втором случае 
мастерство сохранится навсегда, но качество продукта (возможно) 
будет не таким высоким. Момент перехода от искусства к технологии фактически создал современную человеческую цивилизацию, 
сделал возможным ее дальнейшее развитие и совершенствование.
В конце XVIII в. в общем массиве знаний о технике стали различать традиционный описательный раздел и новый, нарождающийся, который получил название технология. И. Бекман (1739—
1811) ввел в научное употребление термин технология, которым он 
назвал научную дисциплину, читавшуюся им в германском университете в Геттингене с 1772 г. В 1777 г. И. Бекман опубликовал работу «Введение в технологию», где писал: «Обзор изобретений, их 
развития и успехов в искусствах и ремеслах может называться историей технических искусств; технология, которая объясняет в целом, 
методически и определенно все виды труда с их последствиями и 
причинами, являет собой гораздо большее». Позже в пятитомном 
труде «Очерки по истории изобретений» (1780—1805 гг.) он развил 
это понятие.
Технология — в широком смысле — объем знаний, которые можно использовать для производства товаров и услуг из экономических 
ресурсов. Технология — в узком смысле — способ преобразования 
вещества, энергии, информации в процессе изготовления продукции, обработки и переработки материалов, сборки готовых изделий, 
контроля качества, управления. Технология включает в себе методы, приемы, режим работы, последовательность операций и про

цедур, она тесно связана с применяемыми средствами, оборудованием, инструментами, используемыми материалами.
Современные технологии основаны на достижениях научнотехнического прогресса и ориентированы на производство продукта: материальная технология создает материальный продукт, 
информационная технология (ИТ) — информационный продукт.
Технология это также научная дисциплина, разрабатывающая 
и совершенствующая способы и инструменты производства. В быту 
технологией принято называть описание производственных процессов, инструкции по их выполнению, технологические требования и пр. Технологией или технологическим процессом часто называют также сами операции добычи, транспортировки и переработки, которые являются основой производственного процесса. 
Технический контроль на производстве тоже является частью технологии. Разработкой технологий занимаются технологи, инженеры, конструкторы, программисты и другие специалисты в соответствующих областях.
Технология по методологии ООН — это либо технология в чистом виде, охватывающая методы и технику производства товаров 
и услуг (dissembled technology), либо воплощенная технология, охватывающая машины, оборудование, сооружения, целые производственные системы и продукцию с высокими технико-экономическими параметрами (embodied technology).
Промышленность строительных материалов охватывает различные по своему характеру производства. Некоторые из них по указанным признакам имеют между собой мало общего. Однако все 
эти производства объединяет назначение выпускаемой продукции — применение ее в строительстве. Технология строительных 
материалов как прикладная наука базируется на научных данных 
физики, химии, механики и других естественных наук.

1.2. Технологические процессы

Любой технологический процесс представляет собой совокупность взаимосвязанных основных, вспомогательных и обслуживающих процессов. Основным технологическим процессом является 
такой, в результате которого предметы труда превращаются в готовую продукцию, характерную для данного предприятия. Процесс 
производства какого-либо строительного материала состоит из от

дельных стадий или переделов, которые, в свою очередь, подразделяются на ряд технологических операций, выполняемых для данного производства в строго определенной последовательности.
Технологический процесс (ТП) — последовательность технологических операций, необходимых для выполнения определенного 
вида работ. Технологический процесс состоит из технологических 
(рабочих) операций, которые, в свою очередь, складываются из 
рабочих движений (приемов). В зависимости от применения в производственном процессе для решения одной и той же задачи различных приемов и оборудования различают типы технологических 
процессов. Технологический процесс согласно ГОСТ 3.1109—82 
это часть производственного процесса, содержащая целенаправленные действия по изменению и (или) определению состояния 
предмета труда.
Технологическая операция — это часть технологического процесса, выполняемая непрерывно на одном рабочем месте, под одним 
или несколькими одновременно обрабатываемыми или собираемыми изделиями, одним или несколькими рабочими. Условие непрерывности операции означает выполнение предусмотренной ею 
работы без перехода к обработке другого изделия.
Технологическая операция состоит из отдельных элементов, 
представляющих собой законченное трудовое действие, и характеризуется неизменностью объекта обработки, рабочего места и 
исполнителей. В зависимости от степени технологического оснащения процесса операции могут быть ручные, машинные, автоматические и аппаратурные. Ручные операции выполняются с использованием простого и механизированного инструмента. Машинные операции осуществляются с помощью машин при 
постоянном участии рабочих. Автоматические операции протекают без участия рабочего или только под его наблюдением. Аппаратурные операции (машинные и автоматические) характеризуются 
выполнением технологического процесса в специальных агрегатах. 
Участие рабочего в этом случае сводится к проверке соблюдения 
технологических режимов, а также к выполнению загрузочных и 
разгрузочных работ.
Технологическая операция является основной единицей производственного планирования и учета. На основе операций определяется трудоемкость изготовления изделий и устанавливаются нормы времени и расценки, выясняется требуемое количество рабочих, 
оборудования, приспособлений и инструментов, рассчитывается 

себестоимость обработки, производится календарное планирование 
производства и осуществляется контроль качества и сроков исполнения работ.
В условиях автоматизированного производства под операцией 
понимается законченная часть технологического процесса, выполняемая непрерывно на автоматической линии, которая состоит из 
нескольких станков, связанных автоматически действующими 
транспортно-загрузочными устройствами. В этих условиях непрерывность производства выполнения операций может нарушаться 
направлением обрабатываемых заготовок на промежуточный склад 
в периоды между отдельными позициями, выполняемыми на различных технологических модулях.
Кроме технологических операций в состав технологического 
процесса входят вспомогательные операции. К вспомогательным 
операциям относятся транспортные, контрольно-измерительные 
и т.д., т.е. операции не изменяющие размеров, формы, внешнего 
вида или свойств изделия, но необходимые для осуществления технологического процесса.
Установ — часть технологической операции, выполняемая при 
неизменном закреплении обрабатываемых заготовок или собираемой конструкции.
Технологический переход — законченная часть технологической 
операции, выполняемая над одной или несколькими поверхностями заготовки, одним или несколькими одновременно работающими инструментами без изменения или при автоматическом изменении режимов работы станка.
Элементарный переход — часть технологического перехода, выполняемая одним инструментом над одним участком поверхности 
обрабатываемой заготовки за один рабочий ход без изменения режима работы станка.
Вспомогательный переход — законченная часть технологической 
операции, состоящая из действий человека и оборудования, которые не сопровождаются изменением формы, размеров и шероховатости поверхностей предметов труда, но необходимы для выполнения технологического перехода (установки заготовки, смены 
инструмента и т.д.).
Рабочий ход — законченная часть технологического перехода, 
состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, сопровождаемого изменением формы, размеров, качества поверхности и свойств заготовки.

Вспомогательный ход — законченная часть технологического 
перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента 
относительно заготовки, не сопровождающаяся изменением формы, качества поверхности или свойств заготовки, но необходимая 
для подготовки рабочего хода.
Вспомогательные процессы характеризуются получением продукции, не являющейся основной для данного предприятия (ремонт 
оборудования и оснастки, производство электроэнергии, пара 
и т.д.).
Обслуживающие процессы создают условия для осуществления 
основных и вспомогательных процессов (внутризаводское транспортирование, система технического контроля и т.п.).
Несмотря на все многообразие выпускаемых промышленностью 
отдельных видов строительных материалов, в их технологии можно выделить ряд основных общих технологических переделов, характерных для производства большинства изделий. Но некоторые 
переделы могут и отсутствовать, даже при производстве одного и 
того же материала, если применена разная технология. Однако общая последовательность отдельных стадий технологического процесса для подавляющего большинства строительных материалов 
сохраняется без существенных изменений.
Классификация основных процессов в технологии строительных 
материалов может быть проведена на основе различных признаков.
Механические процессы, основой которых является механическое 
воздействие на исходные материалы, описываются законами механики твердых тел. К механическим процессам относят измельчение, классификацию (сортировку), смешение и транспортировку твердых компонентов. Эти процессы применяются в основном 
для подготовки сырья и в некоторых случаях при конечной обработке готового продукта.
Гидромеханические процессы, протекание которых определяется 
законами гидродинамики — науки о движении жидкостей и газов. 
К гидромеханическим процессам относятся перемещение и перемешивание жидкостей и газов, разделение жидких неоднородных 
систем под действием сил тяжести и центробежных сил (седиментация и центрифугирование), а также движение твердых тел в жидкости или газе.
Тепловые и массообменные процессы определяются законами 
 тепломассопереноса, законами распространения теплоты и законами молекулярной (молярной) диффузии. В технологии строи