Современные информационные технологии/1. Компьютерная инженерия

д.т.н., профессор Лукашенко В.М., к.т.н. Лукашенко А.Г.,
к.т.н. Уткина Т.Ю., магистрант Сташко А.В.,
магистрант Чиж Н.Н., магистрант Слись Е.А.

Черкасский государственный технологический университет, Украина

МНОГОКРЕТЕРИАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЛАЗЕРНЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ТЕОРИИ НЕПОЛНОГО ПОДОБИЯ И РАЗМЕРНОСТЕЙ

Одним из важнейших направлений в развитии промышленности является применение лазерных технологий, использующих лазерные технологические комплексы (ЛТК). Основным компонентом ЛТК являются лазерные излучатели. Исследования показывают, что повышение качественных показателей технологических процессов в значительной степени зависит от выбора лазерного излучателя при обработке материалов.

Ряд работ В.В. Долгова, С.А Жукова, Г.И. Колесникова, В.Ф. Лазукина, В.Ф. Майбороды, С.Л. Погорельского, А.Г. Шипунова, Г.П. Пихновской, М.А. Абрамова и др. посвящен вопросам лазерных излучателей и ЛТК.

Однако недостаточно систематизированы основные технические параметры современных видов излучателей для многокритериального анализа.

Целью работы является ускорение процесса многокритериального анализа современных видов лазерных излучателей.

Для выполнения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- составить перечень основных параметров современных лазерных излучателей;

- определить вид моделирования и разработать условные критерии подобия;

- построить многокритериальную знаковую модель.

Решение проблемной задачи. Для решения поставленной задачи на основе эвристического метода составлен перечень основных параметров современных лазерных излучателей: занимаемая площадь, длина волны, дальность доставки излучения и стоимости эксплуатации, которые представлены в табл. 1.

Таблица 1

Основные технико-экономические показатели современных
лазерных излучателей

Тип Параметр №	YAG-Nd лазеры с ламповой накачкой	YAG-Nd лазеры с диодной накачкой	Диодные лазеры	Дисковые лазеры	Волоконные лазеры
	1	2	3	4	5
Занимаемая площадь , м^2	11	9	4	4	0,5
Длина волны , мкм	1,064	1,03	0,8	1,018	1,07
Дальность доставки излучения , м	20…40	20…40	10…50	20…40	10…300
Стоимость эксплуатации	1	0,6	0,2	0,3	0,13

По приведенным в табл. 1 одним из основных технических параметров обобщенная математическая модель имеет вид:

(1)

где индексы  и  соответствуют диапазону выбранного параметра.

Из выражения (1) видно, что отсутствует аналитическая зависимость между приведенными параметрами лазерных излучателей.

Используя физическое моделирование [1], свойства теории неполного подобия и размерностей [2] создаются следующие условные критерии подобия:

– величина, характеризующая дальность доставки излучения;

 – величина, характеризующая потерю рабочего пространства;

– стоимость эксплуатации в относительных единицах.

Эти величины характеризуют технико-экономические показатели лазерных излучателей.

Критериальное уравнение согласно определяющим величинам имеет вид:

Результаты расчёта соответствующих условных коэффициентов подобия приведены в табл. 2.

Таблица 2

Условные критерии подобия для современных лазерных излучателей

Тип Критерий №	YAG-Nd лазеры с ламповой накачкой	YAG-Nd лазеры с диодной накачкой	Диодные лазеры	Дисковые лазеры	Волоконные лазеры
	1	2	3	4	5
	0,5	0,5	0,8	0,5	0,97
Величина, характеризующая потерю рабочего пространства	0,258∙10^6	0,218∙10^6	0,081∙10^6	0,095∙10^6	0,002∙10^6
	1	0,6	0,2	0,3	0,13

Используя данные табл. 1, 2, построена многокритериальная знаковая модель по 2-м квадрантам в безразмерных координатах, и представлена на рис. 1.

Рис. 1 Многокритериальная знаковая модель зависимости основных технических параметров в безразмерных координатах для современных лазерных излучателей

Примечание:

1 – цифры – 1, 2, 3, 4, 5 соответствуют порядковому номеру лазерных излучателей, приведенных в табл. 2;

2 – – стоимость эксплуатации в относительных единицах.

Многокритериальный анализ лазерных излучателей по занимаемой площади, длине волны, дальности доставки излучения и стоимости эксплуатации, приведённый на рис. 1, показал, что наилучшими параметрами обладает № 5 – волоконные лазеры.

Выводы:

1. Составлен перечень основных параметров современных лазерных излучателей: занимаемая площадь, длина волны, дальность доставки излучения, стоимость эксплуатации на основе эвристического метода.

2. Определено физическое моделирование и разработаны условные критерии подобия , ,  – величины которых характеризируют дальность доставки излучения, стоимость эксплуатации, потерю рабочего пространства лазерных излучателей соответственно.

3. Построена многокритериальная знаковая модель по 2-м квадрантам в безразмерных координатах, визуализация которых показала, что наилучшими излучателями являются волоконные лазеры.

Это позволяет ускорить процесс многокритериального анализа современных видов лазерных излучателей и значительно сократить время при проектировании системы ЛТК в целом.

Перспективой дальнейших исследований является исследование методов аппаратурной реализации современных видов лазерных излучателей.

Литература:

1. Лукашенко А. Г. Эффективный метод анализа сложных моделей и их компонентов для специализированного лазерного технологического комплекса / А. Г. Лукашенко, Д. А. Лукашенко, В. М. Лукашенко и др. // Вісник ЧДТУ. – 2011. – № 4. – С. 42–47.

2. Системный анализ лазерных излучателей на основе теории неполного подобия и размерностей / А. Г. Лукашенко, В. М. Лукашенко, Т. Ю. Уткина и др. // Zprávy vědecké ideje – 2012 : materiály VIII Mezinárodní vědecko-praktická konference : (27 října-05 listopadu 2012 roku, Praha). – Praha: “Education and Science”, 2012. – Т. 21. – C. 47–51.