Фундаментальные исследования и инновации в национальных исследовательских университетах: Материалы

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯИ ИННОВАЦИИ В НАЦИОНАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ УНИВЕРСИТЕТАХ

Материалы XIV Всероссийской конференции

ПЛЕНАРНЫЕ ДОКЛАДЫ

Санкт-ПетербургИздательство Политехнического университета

2010

Министерство образования и науки Российской ФедерацииРоссийская академия наук

Отделение энергетики, машиностроения, механики и процессов управления РАНСанкт-Петербургский научный Центр РАН

Комиссия по образованию Санкт-Петербургского научного Центра РАННаучный Совет по науковедению и организации научных исследований

( при Санкт Петербургском научном Центре РАН)Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Учебно-методическое объединение вузов по университетескому политехническому образованиюМинистерства образования и науки Российской Федерации

Санкт-Петербургское отделение Международной академии наук высшей школыНаучные советы по проблемам технических наук и высшего образования МАНВШ

Руководящий Совет Межвузовских комплексных работ «Инновационные технологии образования»Аналитическая ведомственная целевая программа «Развитие научного потенциала высшей школы»

Ассоциация независимой экспертизывысшей школы Санкт-Петербурга

Северо-Западное отделениеАссоциации технических университетов

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИИННОВАЦИИ В НАЦИОНАЛЬНЫХ



Пленарные доклады

Санкт-ПетербургИздательство Политехнического университета

2010

Фундаментальные исследования и инновации в национальных исследова-тельских университетах: Материалы XIV Всероссийской конференции. Санкт-Петербург. Пленарные доклады. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2010. 117 с.

Представлены результаты научных исследований, выполненных в национальныхисследовательских университетах Российской Федерации по планам работ РАН, Руко-водящего Совета Межвузовской комплексной работы "Инновационные технологии об-разования", Аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного по-тенциала высшей школы», других федеральных научно-исследовательских программ, атакже по заказам промышленности.

Для преподавателей, научных работников, аспирантов и студентов высшихучебных заведений.

Сборник издается без редакторских правок.Ответственность за содержание тезисов возлагается на авторов.

Оригинал-макет подготовлен НМЦ УМО

© Санкт-Петербургский государственныйполитехнический университет, 2010

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯИ ИННОВАЦИИ В НАЦИОНАЛЬНЫХ



ПЛЕНАРНЫЕ ДОКЛАДЫ

Ответственный за выпуск П.И. РомановЛицензия ЛР 020593 от 07.08.97

Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукцииОК 005-93, т. 2; 95 3004 – научная и производственная литература

Подписано в печать Формат 60х84/16Усл. печ. л. Уч.-изд. Л Тираж Заказ

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленногоНМЦ УМО,

в Цифровом типографском центре Издательства Политехнического университета.195251, Санкт-Петербург, Политехническая, 29.

Тел.: (812) 550-40-14.Тел./факс: (812) 297-57-76.

3

ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ КОМИТЕТМ.П. Федоров

(председатель)– ректор СПбГПУ, член-корреспондент РАН

Ю.С. Васильев(сопредседатель)

– президент СПбГПУ, академик РАН

А.И. Рудской(зам. председателя)

– проректор по научной и инновационной дея-тельности СПбГПУ, член-корреспондент РАН

В.Н. Козлов(зам. председателя)

– проректор по УМО СПбГПУ

П.И. Романов(зам. председателя)

– директор НМЦ УМО СПбГПУ

ЧЛЕНЫ ОРГАНИЗАЦИОННОГО КОМИТЕТАМ.М. Благовещенская – зам. председателя Руководящего Совета Межву-

зовских комплексных работ «Инновационныетехнологии образования», проректор по научнойработе МГУПБТ

М.Б. Гузаиров – ректор Уфимского государственного авиацион-ного технического университета

А.В. Белоцерковский – ректор Тверского государственного университетаЮ.В. Шленов – президент Российского государственного уни-

верситета инновационных технологий и пред-принимательства

С.М. Стажков – первый проректор – проректор по учебной рабо-те Балтийского государственного техническогоуниверситета «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова

В.К. Иванов – декан физико-механического факультетаСПбГПУ

М.М. Радкевич – декан механико-машиностроительного факульте-та СПбГПУ

В.И. Никифоров – ученый секретарь УМОН.Ю. Егорова – заместитель директора НМЦ УМО СПбГПУ

4

ПЛЕНАРНЫЕ ДОКЛАДЫРАЗВИТИЕ СИСТЕМЫ ПОДГОТОВКИ И ЗАКРЕПЛЕНИЯ КАДРОВ

ДЛЯ НАУКОЕМКИХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ИНАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ СФЕРЫ

Рудской А.И.Проректор по научной и инновационной деятельности,

Бабкин А.В.Директор научно-исследовательского комплекса,

Каров Д.Д.Начальник отдела научно-исследовательской работы студентов,

Рудь В.Ю.Начальник отдела по работе с молодыми учеными

Санкт-Петербургский государственныйполитехнический университет

Повышение качества подготовки специалистов для работы в сференауки и в наукоемких отраслях промышленности становится первостепен-ным в настоящее время, когда перед Россией стоит задача перехода на ин-новационный путь развития. Проблемы практического использования на-учных знаний, повышения эффективности научных исследований и разра-боток выдвигают сегодня инженерную деятельность на передний крайвсей экономики и современной культуры. Решающим конкурентным фак-тором становится исследовательско-инновационная составляющая трудаинженера. В процессе подготовки и воспитания профессионалов на пер-вый план выступают задачи формирования нового стиля инженерно-научного мышления, развития навыков творческого подхода к инженер-ным задачам. Эффективным механизмом для реализации требований,предъявляемых к современному инженеру, является переход от учебно-образовательного к научно-образовательному процессу: интеграции обра-

5

зовательной, научно-исследовательской и проектно-конструкторской дея-тельности.

Основы системы научного образования инженеров в СПбГПУ былизаложены уже при создании Императорского Петербургского Политехни-ческого института. По замыслу его основателей, высшее образование втехническом университете должно быть ориентировано на подготовкуинженеров-исследователей — разработчиков новых объектов предметнойобласти, т.е. новых технологий, — в совершенстве владеющих методаминаучного обоснования всех этапов инженерной деятельности. Воспитаниетаких инженеров в СПбПИ было реализовано на принципиально новойоснове: сочетания классического университетского и технического обра-зования. Эти базовые положения и формирование системы научно-исследовательской работы студентов как неотъемлемой составляющейучебного процесса, реальная научно-инженерная работа студентов в лабо-раториях вуза, прикладных и академических НИИ, развитие аспирантурыи докторантуры образуют то, что мы называем сегодня Политехническойсистемой подготовки кадров. Эта система доказала свою эффективность,обеспечив высокое качество специалистов-политехников — научных ра-ботников, инженеров-исследователей и конструкторов новой техники.

Предлагаемый доклад суммирует результаты работы ряда структурСПбГПУ по активизации, стимулированию и поддержке научно-инновационной деятельности студентов, аспирантов и молодых ученых врамках Политехнической системы, развитию состязательности, формиро-ванию комплекса мер по подготовке специалистов для сферы науки и нау-коемких отраслей промышленности, созданию кадрового резерва и закре-плению талантливой молодежи в университете.

В сегодняшней ситуации система и инфраструктура высшей школысчитается наиболее перспективной для построения на ее базе моста междунаукой и производством, российской инновационной сети. Именно в уни-верситетах ведущими научными школами генерируются и в ходе образо-вательного процесса передаются новые знания. Многими специалистамиотмечается, однако, что при наличии огромного отряда тех, кто генерирует

6

знания, у нас отсутствует система, которая позволяет осуществить транс-ферт этих знаний в экономику. Прикладные разработки часто не ориенти-рованы на коммерческую реализацию, а исследователи далеки от нуждрынка и не склонны мыслить как предприниматели.

При этом реальная ситуация с привлечением молодежи к инноваци-онной деятельности оставляет желать лучшего. У молодежи нет понима-ния, что представляют собой инновации, каковы выгоды от их внедрения,как связаны личный успех и инновационная активность, а также желаниявыстраивать вокруг этой деятельности свою жизненную стратегию.

Более того, специалисты указывают на снижение привлекательностикарьеры исследователя для молодых людей — выпускников вузов, причемне только по причинам материального характера, но и из-за падения пре-стижа профессии ученого и преподавателя. Уменьшается интерес к полу-чению научных знаний, творческому развитию.

Для компенсации этих негативных тенденций на государственномуровне перед системой высшего образования в качестве приоритетнойставится задача выработать способы и механизмы формирования иннова-ционного менталитета молодежи, привлечения молодежи (прежде всего,студенческой) к работе в научно-технической инновационной сфере.

Направления решения этой задачи — пропаганда привлекательностинаучной и инновационной деятельности, поддержка и популяризация ини-циатив и особенно достижений молодежи в сфере технологий и научно-промышленных разработок, помощь в планировании и развитии карьерына рынке труда.

Необходимо совершенствование системы стимулирования творче-ской активности и привлечения студентов к работе в научных, проектно-конструкторских и других творческих группах, организация масштабныхмолодежных научных мероприятий с участием представителей всех со-ставляющих инновационной системы региона.

В СПбГПУ эти направления за последние годы получили значитель-ное развитие: политехническая система подготовки кадров для высокотех-нологичных отраслей промышленности и для научно-образовательнойсферы была существенно дополнена. Инициирован ряд решений по орга-

7

низации, сопровождению и поддержке деятельности студентов, аспиран-тов, молодых ученых и специалистов. Среди комплекса мер, направлен-ных на повышение качества подготовки специалистов для наукоемких от-раслей промышленности необходимо отметить следующие.

1. Информирование научной молодежи об интеграционных процес-сах и инновационной системе региона. С этой целью введена практикаприглашения представителей науки, промышленности, власти и бизнеса кучастию в масштабных молодежных научных мероприятиях, организуе-мых СПбГПУ: в традиционной конференции «Неделя науки СПбГПУ»,Всероссийском форуме студентов, аспирантов и молодых ученых «Наукаи инновации в технических университетах». В 2009 г. XXXVIII-я между-народная научно-практическая конференция «Неделя науки СПбГПУ»прошла совместно со II-м международным политехническим форумом«Инновации: наука, образование, бизнес» где состоялся конструктивныйдиалог между представителями образования, науки и бизнеса. Можно оп-ределенно ожидать, что разъяснение сути инновационной деятельности,информирование о взаимодействии представителей всех составляющихинновационной системы Санкт-Петербурга позволит в значительной мереусилить воздействие инновационной среды региона на студентов, аспи-рантов и молодых ученых, повысить их мотивацию, поднять престиж тру-да научного работника и сотрудника наукоемкого предприятия. МасштабXXXVIII-й международной научно-практической конференции «Неделянауки СПбГПУ» характеризуют следующие данные. На 147 секционныхзаседаниях было заслушано 2011 докладов, представленных студентами,аспирантами и молодыми специалистами СПбГПУ, многих вузов Санкт-Петербурга и ряда других городов России, зарубежных вузов. Среди авто-ров докладов 1929 студентов, в том числе 80 — из других вузов и 258 ас-пирантов и соискателей. Общее число участников заседаний, включая сту-дентов, аспирантов и преподавателей, составило 5113 человек.

2. Стимулирование творческой активности и результативностистудентов, аспирантов, выявление кадрового резерва. С этой целью про-водятся ежегодные конкурсы научной молодежи СПбГПУ. В этом ряду:

8

- конкурс инновационных научно-технических работ (проектов)СПбГПУ по номинациям: «Научные результаты фундаментальных и при-кладных поисковых исследований» и «Научные результаты, обладающиеконкретными перспективами внедрения». Для участия в этом конкурсевыдвигаются авторы на основе оценки устных докладов на секционных за-седаниях и анализа текстов, содержащих изложение результатов работы.Победителей конкурса (по 10 в каждой из номинаций) определяет экс-пертная комиссия университета.

- конкурсы «Студент года по достижениям в научно-исследовательской работе», «Аспирант года» и конкурс молодых ученыхуниверситета «Молодые таланты — будущее науки политехническогоуниверситета» для следующих категорий участников: студенты; аспиран-ты; соискатели и молодые кандидаты наук в возрасте до 35 лет; молодыедоктора наук в возрасте до 40 лет. При выявлении лауреатов учитываетсяактивность соискателя в научной работе: публикации в журналах ВАК,выступления на конференциях (международных, российских, региональ-ных), выигрыш грантов, стипендий российских и международных.

3. Меры по формированию у молодежи навыков подготовки научно-технических текстов, расширению объема публикаций результатов ис-следований студентов, аспирантов и молодых ученых. В качестве приме-ра: по результатам работы XXXVIII-й международной научно-практической конференции «Неделя науки СПбГПУ» изданы: сборникиматериалов докладов по факультетам (21 том); сборник материалов фа-культетов по научным направлениям (1863 работы, в 5-и томах, 201,2 п/л);сборник материалов лучших секционных докладов (119 работ, 18 п/л). Кначалу конференции «Неделя науки СПбГПУ» выпущен специальный но-мер газеты «Политехник», посвященный итогам научно-исследовательской и инновационной деятельности студентов и аспирантовуниверситета.

Работы победителей Всероссийского конкурса на лучшую студенче-скую научную работу и инновационного конкурса СПбГПУ (п. 2) публи-куются в журнале Санкт-Петербургского государственного политехниче-ского университета "Научно-технические ведомости СПбГПУ", который

9

издается с 1995 года и с 2002 года входит в Перечень ВАК ведущих рецен-зируемых научных журналов и изданий. В настоящее время издается че-тыре серии журнала: «Наука и образование», «Физико-математическиенауки», «Информатика, Телекоммуникации. Управление», «Экономиче-ские науки», в которые принимаются статьи для опубликования основныхрезультатов диссертаций на соискание ученой степени доктора наук икандидата наук в соответствии с требованиями ВАК по семи научным на-правлениям: Энергетика; Металлургия; Машиностроение; Физика; Эконо-мика; Информатика, Вычислительная техника и Управление; Радиотехни-ка и связь, Электроника, Измерительная техника. Увеличивается числопубликаций в журнале. В 2007 году опубликовали свои статьи более1200 авторов, в 2008 — более 1500, в 2009 — более 2000 чел. Среди авто-ров ведущие ученые РФ, ближнего и дальнего зарубежья.

4. Повышение эффективности обучения аспирантов и докторан-тов, помощь диссертантам. С этой целью организована система ежегод-ных обучающих семинаров, проведения круглых столов. Аспирантам пер-вого года обучения вручается комплект материалов с необходимой ин-формацией. Разработан проект Положения об аттестации аспирантов идокторантов, которое повышает ответственность как аспиранта, так и ру-ководителя за результаты обучения. Кроме того, разработана система по-вышения мотивации обучения аспирантов и докторантов, а также их руко-водителей (в том числе материалы для участия в конкурсе «Аспирант го-да» (п. 2). В результате указанного комплекса мер эффективность защитаспирантов за последние 3 года постоянно увеличивалась и составляет 32,4 % (требование — 25 %), так же, как и для докторантов, эффективностьзащит которых достигла 58 %.

5. Поддержка и сопровождение материалов, представляемых сту-дентами, аспирантами и молодыми учеными университета на внешниеконкурсы. Отдел научно-технической информации СПбГПУ проводитбольшую работу по предоставлению адресной информации, помощи соис-кателям в подготовке и оформлении заявок. В результате увеличилось ко-личество победителей в конкурсах на соискание грантов Правительства

10

СПб, контрактов по проектам в рамках ФЦП. Объем средств, полученныхСПбГПУ, возрос за последние 3 года на 140 %, в том числе по проектам сучастием молодых ученых на 230 %.

Об эффективности мер по развитию политехнической системыподготовки кадров свидетельствуют успехи научной молодежиСПбГПУ по многим направлениям.

Ежегодные достижения политехников в конкурсах научных работ иолимпиадах Всероссийского и международного уровня, конкурсах на соис-кание грантов Правительства Санкт-Петербурга, отраслевых конкурсах.В частности, за последние годы студенты СПбГПУ добились значитель-ных успехов в наиболее престижном конкурсе на соискание медалей РАНс премиями для молодых ученых и студентов вузов России за лучшие ди-пломные и научные работы. Медалями награждены 11 студентовСПбГПУ, причём СПбГПУ — единственный вуз С.-Петербурга, студентыкоторого награждены медалями конкурса РАН в 2005–2009 гг.

По итогам конкурсов РАО «ЕЭС России» и РАН на соискание пре-мии «Новая генерация» за лучшие научные работы в области энергетики исмежных наук для молодых ученых и студентов вузов России в 2005–2008гг. награды получили 18 студентов и 8 молодых исследователей СПбГПУ.

В ежегодном Всероссийском открытом конкурсе на лучшую науч-ную работу студентов вузов по естественным, техническим и гуманитар-ным наукам за последние 5 лет студенты СПбГПУ получили 95 медалей и196 дипломов. В неофициальном зачете по итогам конкурсов (числу науч-ных разделов, где награждены работы вуза (рейтинг участия) и количествумедалей, полученных студентами) СПбГПУ (в 2009 г. в пятнадцатый раз)— абсолютный лидер среди вузов России.

По итогам нового Всероссийского конкурса научно-исследовательских работ студентов вузов в области нанотехнологий и на-номатериалов (2009 г.), который проводится в рамках ФЦП "Развитие ин-фраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008–2010 го-ды" студентам-политехникам присуждены 7 медалей и 1 диплом.

11

В конкурсах грантов Правительства Санкт-Петербурга для студен-тов, аспирантов, молодых ученых и молодых кандидатов наук за период2007–2009 гг. гранты выиграл 201 студент СПбГПУ. В этом конкурсе сту-денты и аспиранты университета второй год подряд занимают первое ме-сто среди вузов города как по количеству поданных заявок, так и по числуподдержанных научных проектов.

Участие студентов, аспирантов в работах по различным аспектаммолодежной научной деятельности, поддержанных контрактами Феде-рального агентства по образованию, Федерального агентства по науке иинновациям, Комитета по науке и высшей школе Правительства Санкт-Петербурга и других организаций по:

- научно-методическому обеспечению различных аспектов научно-исследовательской работы студентов;

- организации и проведению молодежных конгрессных мероприя-тий;

- оказанию услуг по организации и сопровождению конкурсов.Организация и проведение молодежных конгрессных мероприятий:- Политехнического симпозиума «Молодые ученые — промышлен-

ности Санкт-Петербурга»;- Всероссийских форумов студентов, аспирантов и молодых ученых

2007, 2008 гг. с ФАНИ в рамках ФЦП «Исследования и разработки поприоритетным направлениям развития научно-технологического комплек-са России на 2007–2012 годы» и конференции-выставки инновационныхразработок молодых ученых (2008 г.);

- XIV Санкт-Петербургской Ассамблеи молодых ученых и специа-листов;

- Международных молодежных экологических форумов«ЭКОБАЛТИКА».

Оказание организационных услуг:- по поддержке юридических и физических лиц, осуществляющих

научную и научно-техническую деятельность на территории Санкт-Петербурга;

12

- по сопровождению конкурсов на соискание грантов молодых науч-но-педагогических работников вузов и академических институтов, распо-ложенных на территории Санкт-Петербурга;

- по сопровождению конкурса для предоставления субсидий по под-держке: конгрессной деятельности, научных, научно-популярных, научно-образовательных периодических изданий, научных обществ.

Участие научной молодежи СПбГПУ в НИР и проектах, выполняе-мых по заказам предприятий и организаций Санкт-Петербурга, СЗФО.Политехническая система подготовки научных кадров в полной мере от-вечает интересам многих высокотехнологичных предприятий Санкт-Петербурга и Северо-Западного Федерального округа. Её эффективностьощутимо проявляется в том вкладе, который молодые специалисты — вы-пускники СПбГПУ, многие из которых работают на предприятиях и в ор-ганизациях Санкт-Петербурга, вносят в сохранение научно-техническогоуровня и повышение конкурентоспособности экономики города и СЗФО.Они традиционно демонстрируют профессионализм, высокий уровеньтеоретической научной подготовки и политехнический характер знаний,который сочетается с нацеленностью на решение практических задач биз-нес-сообщества и города в целом.

В частности, существенно увеличился вклад научной молодежиСПбГПУ в выполнение инновационных и промышленно-технологическихпрограмм и проектов выполняемых по заказам предприятий и организацийСанкт-Петербурга и СЗФО. Только за последние три года сотрудникамиуниверситета, в том числе и молодыми учеными, выполнено более1000 научно-исследовательских работ, заключено более 100 новых дого-воров на разработку наукоемкой продукции и оказание научно-технических услуг российским и зарубежным промышленным предпри-ятиям самых разнообразных отраслей.

Приоритеты, последовательность действий и высокие итоговые ре-зультаты развития политехнической системы позволяют убедиться в том,что она имеет большое практическое значение в деятельности по повыше-нию эффективности подготовки кадров для высокотехнологичных отрас-лей промышленности и научно образовательной сферы.

13

АЛЬТЕРНАТИВНАЯ ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИКА ИНАНОТЕХНОЛОГИИ

Игнатьев М.Б.Председатель Санкт-Петербургского отделения

Российского Пагуошского комитета РАН,директор Международного института

кибернетики и артоники при ГУАП,лауреат Государственной премии СССР и

премии Президента России;Яковлев Р.М.

Заведующий лабораториейФГУП «Радиевый институт им. В.Г. Хлопина»

Основой ядерной бомбы является плутоний или высоко обогащен-ный уран-235. Если технология обогащения урана-235 является сложной идорогой, то получение плутония не сопряжено с изотопным разделением иего можно извлечь из того материала, где он содержится, практически влюбой радихимической лаборатории мира. Был бы только под рукой нуж-ный материал. Современная атомная энергетика создает его в великом ко-личестве. Причем, если запасы военного плутония (это в основном плуто-ний-239) росли в год приблизительно на 1 тонну и ограничивались егопроизводством в основном в двух странах (США и СССР), то общее коли-чество производимого сейчас в энергетических реакторах плутония со-ставляет около 80 тонн в год, а извлекаемого из ОЯТ на комбинатах граж-данского плутония увеличиваются сейчас на 10 тонн в год. Этот продуктявляется безусловно менее эффективным для создания атомной бомбы, новполне для этого пригодным. Если для небольшой атомной бомбы, мощ-ностью равной той, которая была взорвана над Нагасаки достаточно 5 кгвоенного плутония, то гражданского надо будет около 7 кг. Американцыещё в 60-х годах взорвали такую бомбу из «плохого» плутония. Нескольковзрывов из такого плутония в сравнительно недавнее время было произве-дено и в других не очень развитых странах. Имея плутоний как запал

14

можно нарастить его до термоядерного устройсва с взрывными мощно-стями на порядки большими. Ещё раз отметим, что особых ухищрений дляизвлечения плутония из облученного ядерного топлива не существует.Высоких технологий по изотопному разделению не требуется. Сколькобомб при желании можно сделать из 10 тонн извлекаемого за год граждан-ского плутония нетрудно подсчитать. Часть плутония уже извлечена ихранится в странах, где есть предприятия по переработке ОЯТ. В табл. 1приводится информация, взятая с сайта1 Арджуна Махиджани, директораIEER (Institut for Energy and Environmental Reserch), США.

Таблица 1Оценки запасов выделенного гражданского плутония

в стране, где он хранится, т

Страна Выделенныйплутоний

Дата полученияданных Комментарии

Франция ~80 Конец 1999 г.Включает зарубежныйPu, который хранитсяво Франции

Великобрита-ния 78,5 31 марта 2000 г.

Россия 30 2000 г.Япония 5,3 Конец 1999 г.США 1,5 2000 г.

Другие 11 Конец 1998 г. Германия, Бельгия,Индия

Всего ~206К концу 2000 г. об-щие запасы будутпревышать 210 т

Примечание: Сюда входит плутоний в форме необлученного МОХ-топлива.

Как видно из табл., еще в 2000 г произведенного на комбинатах гра-жданского плутония накопилось 210 тонн, что уже превысило количествополученного за всю историю военногшо плутония. Общее же количествонаходящегося в ОЯТ энергетического плутония сейчас составляет около2000 тонн. В итоге, несмотря на непрерывные и настойчивые призывы со-кращения запасов военного плутония и проводимые в США и России ра-

15

боты по сокращению его запасов, наработка его в гражданских реакторахи переработка на комбинатах только возрастают. Из приведенного втабл. 1 уже извлеченного «мирного» плутония можно изготовить 30 тысячатомных бомб.

Таким образом, мы имеем непреложный факт распространения помиру основной составляющей атомного оружия, его взврывчатки – плуто-ния, хотя он именуется гражданским. В последние годы эта тревожная си-туация весьма усугубляется. Обусловлено это тем, что при быстро сокра-щающихся запасах углеводородов, атомная энергетика опять рассматрива-ется, как единственный более чистый, чем уголь, крупномасштабный ис-точник энергии. Кроме решения проблемы энергетической безопасности,весьма существенным аргументом в пользу ускоренных темпов развитияатомной энергетики является также возможность сильно сократить выбро-сы парниковых газов и других вредных отходов, которых особенно многопри добыче и сжигании угля. Изменение отношения к атомной энергетикепроисходит во многих странах, в том числе и в России. Предполагается еёвесьма интенсивное развитие со строительством нескольких тысяч гига-ватных атомных станций до конца столетия и более сотни в России.

В 2008 г работал семинар, организованный Международным научно-техническим центром, по теме: ПЕРСПЕКТИВНЫЙ ЯДЕРНЫЙТОПЛИВНЫЙ ЦИКЛ ХХI ВЕКА. Семинар происходил 24-27 сентября вНижнем Новгороде. На нём присутствовали ведущие физики атомщикиРоссии, Японии и Европейского Союза. Перспективой развития атомнойэнергетики, по мнению почти всех участников семинара, является строи-тельства до 2030 г реакторов на тепловых нейтронах типа ВВЭР, с под-ключением к ним затем быстрых реакторов, типа БН-800. На основе ана-лиза растущих потребностей человечества в энергии, особенно в разви-вающихся странах, обосновывалась необходимость перехода к атомнойэнергетике, как единственной альтернативе исчезающим запасам углево-дородов. По оценкам МАГАТЭ в течение нескольких следующих десяти-летий потребуется построить примерно 2000 АЭС (мощностьюв 1000 мегаватт каждая). Это увеличение общей мощности АЭС в пять раз.

16

По мнению докладчика к концу столетия требуется в мире АЭС общей ус-тановленной мощности не менее 3000-4000 ГВт, а для России 300 ГВт.Причем, общая доля реакторов на быстрых нейтронах должна составлять50%. Коэффициент воспроизводства для производства плутония в этих ре-акторах желательно иметь равным 1,6, что обеспечит эффективное само-развитие. Переработку облученного ядерного топлива с извлечением плу-тония и минорных актинидов следует осуществлять в установках, которыебудут размещаться при каждом быстром реакторе. Нераспространениеплутония и исключение его хищения по мнению докладчика может бытьобеспечено, как специальными соглашениями и разработанными особымитехнологиями, которые должны исключить хищение плутония. Докладчикопределил путь к энергетической безопасности, основанный на уран-плутониевом цикле и быстрых реакторах с фабриками переработки на нихмногих тонн плутония. Действительно, предлагаемый путь приводит кэнергетической безопасности. С этим мы согласны. И этот путь был бызамечателен, если бы обеспечивал другие безопасности.

Давайте расставим приоритеты. Если говорить о безопасности, точто важнее всего? С нами могут не согласиться некоторые ученые и поли-тики, но мы считаем, как и большинство людей вместе с нами, что обеспе-чение безопасности жизни, здоровья и сохранение окружающей природыявляется главным. Обеспеченность энергией на всё более высоком уровне,или как это не совсем правильно называют, энергетическая безопасность,не должна подавлять главного, т.е. не быть угрозой самой жизни.

К сожалению, сейчас очень высокая и однобокая озабоченностьэнергетической безопасностью у атомщиков отодвигает куда-то в сторонузаботу о безопасности жизни на Земле. Обусловлено это, в первую оче-редь, все более растущим и во многом избыточным уровнем потребления,насаждаемым рыночной экономикой прибыли, ибо поддержать этот рас-тущий уровень невозможно без увеличения потребления также и энергии.В связке с желанием как можно больше продать, обеспечивая рост прибы-ли, и продать сейчас и поскорее, рост энергопотребления просто необхо-дим, При этом игнорируется всё остальное: и ограниченность источниковэнергии, и их безвозвратная потеря, и опасность экологической катастро-

17

фы, и будущее потомков, оставляемых без ценных сырьевых продуктов изаваленных отходами.

Игнорируется и та чрезвычайная опасность, о которой мы говоримна этом юбилейном заседании Пагуошского комитета, опасность обуслов-ленная распространением по миру основной составляющей атомнойвзрывчатки – плутония, и эта опасность усугубляется не только увеличе-нием количества атомных станций, но и тем, что практически весь плуто-ний оказывается по предлагаемому сценарию ускоренного развития во-влеченным в непрерывную многократную переработку. От его непрерыв-ной переработки никуда не деться, ибо основу атомной энергетики с 2050года, составят быстрые реакторы, работающие на плутонии, непрерывноизвлекаемом из ОЯТ этих реакторов для обеспечения топливом самих ре-акторов и части реакторов, работающих на тепловых нейтронах. Ещё разотметим, что никакие самые строгие предписания, регламентирующие припереработке ОЯТ использовать только те специально созданные техноло-гии, которые исключают наработку отдельно плутония, не смогут воспре-пятствовать злоумышленникам извлечь нужный для бомбы плутоний постарой схеме Пурекс-процесса, привлекая нужных специалистов.

При широком распространением по миру быстрых реакторов возни-кает ещё одна серьёзная угроза. У новых их владельцев может появитьсяискушение попробовать нарушить соглашение Ельцина-Клинтона, запре-щающее создавать зону воспроизводства 239-плутония в быстром реакто-ре, используя для этого обедненный уран, опять же с привлечением спе-циалистов. Если уж размещать где-то быстрые реакторы, то только в техстранах, которые имеют уже ядерное оружие, иначе происходит распро-странение не просто гражданского плутония, а создается реальная воз-можность производить оружейный плутоний, каким-то образом обойдязапреты.

Мы говорили об этом на предыдущих Пагуошских совещаниях. Бо-лее подробно остановимся на этом ещё раз, и давайте, по-настоящему, оп-ределим всю опасность ситуации, в которой оказывается человечество и, впервую очередь его цивилизованная часть, развивая энергетику, основан-

18

ную на уран-плутониевом цикле, и мало того, помогая странам, у которыхне было атомной энергетики, её развить, нарабатывая на своих реакторахплутоний. Особая опасность нами отмечается именно для цивилизованнойчасти, ибо для Сиама и Никарагуа вероятность ядерных террактов с ис-пользованием плутония, по всей вероятности, будет значительно ниже.

Освободиться от угрозы распространения по миру основной со-ставляющей атомного оружия – плутония можно только в вариантеразвития атомной энергетики по сценарию в котором отсутствуетплутоний. Это означает переход от уран-плутониевой к торий-урановой энергетике4-6, где делящийся материал, уран нарабатывает-ся из тория по схеме: 232Th (n, )233Th 233 Pa 233 U . Наряду с синте-зом урана-233 в уран-ториевом реакторе, сразу по нескольким каналамидет синтез небольших количеств урана-232. Этот изотоп вместе со свои-ми дочерними продуктами в уран-ториевом реакторе, характеризуется ин-тенсивным жестким гамма-излучением, что полностью исключает воз-можность проводить какие либо операции с ураном-233 в легких лабора-торных боксах, подобно тому, как оперируют с ураном-235 и плутонием-239. Это гарантирует невозможность использования урана-233, нарабаты-ваемого в реакторе, для приготовления ядерных зарядов (даже при уча-стии в работах операторов-самоубийц) без предварительного отделенияизотопа урана-232, что практически невозможно осуществить. Таким об-разом, как исходный материал – торий-232, так и синтезированный мате-риал – смесь урана-233 и урана-232 не смогут стать реальными компонен-тами ядерного оружия террористов. Запасы тория в десятки раз превыша-ют запасы урана.

1. К эффективной атомной энергетике без катастроф ис сокращенным объемом ядерных отходовВсё у нас с атомной энергетикой хорошо, вот только что де-

лать, если будет угроза терроризма! У нас нет ничего в защиту от не-го.

Академик А.П. Александров

19

Помимо проблемы нераспространения ядерного оружия Пагуошскоедвижение инициирует проекты безопасности ядерной энергетики, а такжезащиты окружающей среды от загрязнения радиоактивными отходами. Крассмотрению этих вопросов мы сейчас переходим.

11 сентября 2001 года в США один из четырех захваченных терро-ристами самолетов немного не долетел до атомной станции в Пенсильва-нии. Падение тяжелого самолёта на АЭС привело бы ко второму Черно-былю с 30-км зоной непроживания. К такому же печальному итогу могутпривести другие катастрофические ситуации, причиной которой могутбыть сильные землетрясения или совершенно непредвиденные факторы сразрушением корпуса реактора и расплавом активной зоны. Это могутбыть очень грубые ошибки обслуживающего персонала, хорошо организо-ванная диверсия, или управляемый снаряд с кумулятивным зарядом. Лю-бая установка может сломаться или быть сломанной. Но ситуация, котораяможет после этого сложиться может быть различной. При разрушениикорпуса и расплаве активной зоны неминуемо произойдёт выброс огром-ного количества радиоактивных продуктов, накопленных в твердотельныхтопливных элементах (ТВЭЛах) за время работы реактора* (см. примеча-ние).

Ситуация, в которой оказалась атомная энергетика, обусловлена ис-торией её развития. Атомная энергетика возникла и развилась в считанныегоды только благодаря заделу, который существовал в России и США присоздании реакторов для атомных подводных лодок (АПЛ). Многие разра-ботки оттуда перешли в мирную энергетику атома. Использование такоготоплива, которое по энергоёмкости в миллион раз превосходит углеводо-родное, обеспечивало несомненное преимущество АПЛ перед дизельны-ми. Для атомных лодок были созданы обладающие высокой плотностьюэнергии в активной зоне реакторы, в которых тепловыделяющие элементы(ТВЭЛы) и сборки из них (ТВС) были полностью герметизированы. Новесьма высокая плотность энергии и герметизация топлива, совершеннооправданные для АПЛ, создают условия повышенной опасности для соз-данных на их основе легководных реакторов (ЛВР), составляющих основу

20

большой атомной энергетики, и в ещё большей степени для реакторов набыстрых нейтронах, поскольку энергетическая напряженость для них в ак-тивной зоне реактора значительно выше. Из-за очень высокой темпера-турной напряженности в тепловыделяющем элементе (разница температурвнутри и на охлаждаемой поверхности около 2000 градусов) десяти секундперерыва в подаче охлаждающей воды (или натрия) к топливному стерж-ню приводит к локальному перегреву и неотвратимому каскадному по-вреждению активной зоны реактора. Большую опасность вызывает необ-ходимый для компенсации выгорания топлива в ТВЭЛах избыточный за-пас реактивности, который может привести в экстремальных ситуациях кнеконтролируемой цепной ядерной реакции. Но и без образования локаль-ной критической массы крупная авария, инициированная терактом илинепредвиденным событием может привести к катастрофическому выбросунакопленных в ТВЭЛах радиоактивных продуктов при их расплаве и по-вреждении корпуса реактора.

При вскрытии активной зоны из расплавленного топлива не по-летят радиоактивные продукты, если из него уже выведены летучие игазообразные продукты в ходе эксплуатации, и это можно сделать,если перейти на уран-ториевые реакторы без твердотельных топлив-ных элементов, в которых топливо находится в виде расплава соли или ввиде суспензии.

Психологически трудно признать, что исключение герметичныхоболочек для распределенного по таблеткам ядерного топливаи и исполь-зование топлива в жидком состоянии, исключает возможность глобально-го загрязнения внешней среды, т.е. повторения Чернобыльской катастро-фы. Ведь столько времени и сил было потрачено для создания ТВЭЛов итепловыделяющих сборок из них. Мы отмечаем важную роль, которуюони сыграли при создании достаточно безопасных и имеющих возмож-ность работать несколько лет подряд без перезарядки на высокообогащен-ном уране-235 реакторов для АПЛ. Полезно отметить, что в реакторах навысокообогащенном уране-235 наработка плутония и долгоживущих ак-тинидов значительно меньше, чем в энергетических реакторах. Но топливо

21

оказывается тогда слишком дорогим и в нем всё равно копятся продуктыделения, а запас реактивности являектся высоким.

Безтвельный же реактор имеет низкий запас реактивности (обуслов-ленный эффективной наработкой урана-233 из тория даже в реакторахна тепловых нейтронах, а также очисткой топлива от части осколоч-ных элементов-поглотителей нейтронов в ходе эксплуатации) и высокийотрицательный температурный коэффициент реактивности, что обеспечи-вает ядерную безопасность6.

Так как из жидкого топлива такого реактора выводятся и аккумули-руются во время работы летучие и газообразные продукты, то в любых си-туациях (даже при попадании в него бомбы) исключен выброс за пределыреакторного пространства больших количеств радиоактивных продуктов.Это обстоятельство особенно важно в эпоху развитого терроризма.

Поскольку для жидкосолевых реакторов не происходит глобальногозагрязнения окружающей среды даже в случае таких катастрофическихситуаций, как землятресение, падение самолёта или подготовленная ди-версия, то это ставит их в особое положение и, главное, вселяет надежду ввозможность создания безопасной от катастроф атомной энергетики. Ведьименно возможность катастрофы для существующих реакторов, обуслов-ленная непредвиденными обстоятельствами, для учета которых бессмыс-ленны вероятностные оценки, сдерживает после Чернобыля и незавер-шённого полёта 11 сентября 2001 года высокие темпы развития атомнойэнергетики.

Перейдем к проблеме ядерных отходов в существующей атомнойэнергетике.

Поскольку незагрязнение земли и сокращение количества отходовявляется одной из важнейших проблем безопасного проживания на Земле,то эта проблема является наряду с нераспространением ядерного оружиятакже одной из наиболее важных в Пагуошском движении.

При работе реактора в результате деления ядер увеличивается объёмтоплива и накапливаются газообразные и летучие продукты, что приводитк разбуханию ТВЭЛов. Помимо этого оболочки ТВЭЛов подвержены кор-

22

розии и высоким радиационным нагрузкам. Всё это ограничивает времянахождения ТВЭЛов в активной зоне реактора и приводит к тому, что ихнадо довольно часто выгружать, заменяя новыми. Во время нахождения вреакторе лишь очень незначительная часть (2-3% для ЛВР и 5-9% дляБНР) ядерного топлива расходуется, но при этом объемы материалов в ко-торых это топливо находилось являются очень большими. Напомним, чтокаждый год количество ОЯТ, находящегося в ТВЭЛах для реактора элек-трической мощности 1 ГВт составляет: 25 тонн для реактора ВВЭР и47 тонн для РБМК и дополнительно вместе с ТВЭЛами выгружается внесколько раз больше высокоактивных твердых металлических отходов.За 40 лет работы радиоактивных отходов накапливается тысячи тонн.Для переработки по действующей сейчас технологии 1 тонны ОЯТ отВВЭР образуется жидких отходов: высокоактивных 4,5 м3, среднеактив-ных 150 м3 и низкоактивных более 2000 м3. Особую неприятность в реак-торах представляют, кроме плутония, другие минорные актиниды – неп-туний, америций, кюрий7.

Переход к жидкосолевому уран-ториевому реактору позволяетсократить объёмы радиоактивных отходов в тысячи раз, посколькудля их работы не требуется ежегодная выгрузка-загрузка ТВЭЛов, не тре-буется и их последующей переработки8. Вес осколочных продуктов реак-тора тепловой мощностью 300 МВт при кампании 50 лет составит при-мерно 5,5 тонн, а при средней плотности 2,7 т/куб. м они займут объемпримерно 2,0 куб. м. Кроме того в таком реакторе нарабатывается в 104 разменьше изотопов трансурановых элементов, чем в аналогичном по мощ-ности уран-плутониевом реакторе.

Следует отметить, что рабочие кампании ЖСР предполагаютсягораздо более длительными, чем кампании для реакторов на твердомтопливе (3-4 г.) Для восполнения сгорающего урана-233 в солевой рас-плав ЖСР будут периодически добавляться порции тетрафторида тория-232, который при коэффициенте воспроизводства в этих реакторах близ-ких к 1, превратившись в уран-233, сгорает, не требуя какой-либо перера-ботки ОЯТ с его извлечением из реактора. Эта особенность атомных стан-

23

ций делает их практически независимыми от процедур оперативной дос-тавки топлива. Загрузка делящимися материалами происходит только призапуске реактора, а при окончательной остановке реактора оставшийся внем уран может быть выделен из жидкосолевой композиции фторидов прифторировании с образованием летучего UF6 c использованием его в новомреакторе такого же типа.

Сможет ли ядерная энергетика в XXI веке стать полноценной заме-ной исчезающим углеводородам? Это определится в первую очередь еёгарантированной безопасностью относительно возможности крупномас-штабных аварий, а также исключением возможности распространения ос-новной составляющей ядерного оружия - плутония. Весьма важным явля-ется обеспеченность топливом на долгие годы и сокращение количестваядерных отходов, в первую очередь плутония и других минорных актини-дов (нептуния, америция, кюрия).

Из сказанного в предыдущих разделах вытекает, что по совокупно-сти ключевых параметров уран-ториевый топливный цикл в варианте без-твэльных реакторов удовлетворит потребности человечества в «чистой»энергии на современном этапе его развития (минимум на тысячу лет), по-скольку только в этом варианте для атомной энергетики представляетсявозможность:

1 - обеспечить нераспространение основной составляющей ядерногооружия - плутония;

2 - сделать её по большому счету безопасной, т.е. исключить самувозможность глобальных аварий (катастроф типа Чернобыля) с огромнымэкологическим и экономическим ущербом;

3 - весьма экономно использовать ядерное топливо: делящиеся мате-риалы нужны только при запуске реактора;

4 - уменьшить в тысячи раз объёмы ядерных отходов и количествоособо опасных кроме изотопов плутония других долгоживущих минор-актинидов (нептуния, кюрия, америция);

5 - сделать атомную энергетику экономически выгодной, в первуюочередь из-за отсутствия ежегодной загрузки-выгрузки дорогих ТВЭЛов, а

24

также затрат на хранение, переработку облученного ядерного топлива и навывод ядерных реакторов из эксплуатации.

Мы убеждены, что только вовлечение тория в ядерную энергетику вварианте без твердотопливной загрузки-выгрузки активных зон позволитобеспечить человечество на столетия экологически чистым источникомэнергии. Но чтобы это произошло не в следующем столетии необходимоуже сейчас решить вполне определенный комплекс конкретных химиче-ских, технических, конструкторских и технологических задач. По нашимоценкам для решения их требуется совсем немного времени 3-4 года искромное финансирование, около 100 млн. руб. (это ничтожно мало посравнению со средствами, потраченными на программу с реакторами набыстрых нейтронах – около 100 млрд. долл. США). Выполнить эту про-грамму за такое короткое время и на незначительные средства возможнотолько потому, что существует значительный задел. А именно, уже рас-смотрено и опубликовано несколько простых конструктивных решений,исследованы в лаборатории различные материалы и совместимость их сжидкосолевыми композициями. Нам представляется достаточно ясным,как надежно герметизировать топливо и аккумулировать продукты деле-ния. На этой конференции нами представлен доклад, в котором показано,как с помощью дистанционного контроля и средств управления обеспе-чить полную безопасность работы конкретного варианта запатентованногонами реактора с жидким топливом. В результате исследований будет под-готовлено ТЗ на изготовление демонстрационного варианта ЖСР, которыйможет быть спроектирован и построен в последующие 3-4 года. Никакихпринципиальных сложностей для создания демонстрационного жидкосо-левого реактора не существует.

Задача практического воплощения этого цикла в жизнь достойнастать научной и инженерной целью отрасли на ближайшую перспективу,при строительстве демонстрационного уран-ториевого реактора через5-7 лет, а не через 45 лет, как записано сейчас в стратегическом плане ра-бот Минатома РФ. О необходимости этого мы говорили на нескольких па-гуошских совещаниях и на конференции в ГУАП в 2005 году, а также напоследнем международном семинаре в Нижнем Новгороде.

25

Мы уверены, что страна, которая первой освоит и запустит в широ-кое производство экологически безопасные ядерные реакторные установ-ки уран-ториевого топливного цикла на базе реакторов с расплавами солейфторидов выйдет на передовые в мире рубежи высоко конкурентоспособ-ных ядерно-энергетических технологий со всеми вытекающими из этогопреимуществами.

2. Нанотехнологии в альтернативной ядерной энергетикеАльтернативная ядерная энергетика ставит задачу использования

ядерной энергетики без наработки плутония - элемента, который наиболеепрямым и технически простым способом может быть использован в ядер-ном терроризме. Этой задаче отвечает торий-урановый топливный цикл, вкотором, в отличие от уран-плутониевого цикла, в активной зоне реактора«сгорает» (делится на осколки) уран-233. Этот изотоп нарабатывается взоне воспроизводства в результате поглощения быстрых нейтронов ядра-ми тория-232 по реакции 232Th (n, ) 233Тh ( ) 233Ра ( ) 233U (в уран-

плутониевом цикле «сгорает» плутоний-239, образующийся из урана-238).Уран-233 является делящимся материалом, из которого в принципе можетбыть изготовлен ядерный заряд, но на уровне упрощенных технологийэтого сделать нельзя вследствие того, что параллельно с наработкой в ре-акторе урана-233 с неизбежностью образуются примесные количестваурана-232, формирующие мощный фон жесткого -излучения его дочер-

них продуктов радиоактивного распада.Торий-урановый цикл может быть реализован в традиционных гете-

рогенных реакторах типа ВВЭР, но наиболее экономически оправданнымив данном случае представляются гомогенные, жидкосолевые реакторы(ЖСР). Преимущество ЖСР перед гетерогенными реакторами состоит втом, что солевой расплав, содержащий воспроизводящий материал (торий)и делящийся материал (уран-233) прямо в ходе эксплуатации реактораможет полностью освобождаться от газообразных и летучих продуктов,нарабатываемых при делении ядер, что делает его значительно менееопасным в кризисных ситуациях при разрушении активной зоны.

26

В отличие от гетерогенных реакторов жидкосолевые реакторы суще-ствуют лишь в проектах, хотя в 60 годах прошлого века в Окридже былпостроен прототип ЖСР, показавший хорошие характеристики рабочихпараметров и управляемости. Невысокая радиационная и химическаястойкость используемых материалов являлась существенным недостаткомтого реактора. Предлагаемые в этой работе технические средства могутизменить ситуации и создать материалы, которые обеспечат бесперебой-ную работу подобного типа реактора. В настоящее время ЖСР относят кперспективным реакторам 4-го поколения. В России в рамках Программыразвития атомной энергетики освоение торий-уранового цикла переносятна дальнюю перспективу, на время после освоения уран-плутониевых ге-терогенных реакторов на быстрых нейтронах, причём уран-ториевые ЖСРпреднаначаются как дожигатели актинидов. В связи с истощением запасовуглеводородов можно ожидать ускорения развития атомной энергетики, и,если последняя будет базироваться на традиционном уран-плутониевомцикле, то синхронно будет нарастать опасность ядерного терроризма. Мысчитаем, что торий-урановый цикл, в котором практически не нарабатыва-ется плутоний и для которых исключается катастрофический выброс ра-диоактивных продуктов на большие расстояния, нужно начинать осваи-вать уже сейчас и именно на базе жидкосолевых реакторов.

Уже сейчас очевидно, что торий-урановый цикл в ЖСР исполненииможет нуждается в применении современных нанотехнологий по меньшеймере в трех аспектах. Первый из них относится к проблеме устойчивостиграфитовой кладки реактора, играющей роль замедлителя и отражателянейтронов. В ходе длительной непрерывной эксплуатации кладка подвер-гается механическому (расплав интенсивно перемешивается), химическо-му и радиационному воздействию со стороны расплава фторидных солейщелочных и щелочноземельных металлов с добавлением фторидов тория,урана и осколочных элементов при температурах 500-800оС. Это воздейст-вие приводит к развитию трещиноватости и распуханию графита и, в ко-нечном счете, к необходимости остановки реактора и замене кладки. Со-гласно предварительным данным процесс деградации графита резко за-медляется при введении в него малых добавок фуллеренов или нанотру-

27

бок. Причиной подобного эффекта может служить участие фуллеренов атакже нанотрубок и их фрагментов в прерывании процесса трещинообра-зования и даже в залечивании микротрещин. Для выяснения эффекта до-бавления таких наноструктур требуется постановка расчетных и экспери-ментальных материаловедческих исследований с вариацией широкогоспектра параметров (содержание и тип наноструктур в графите, время воз-действия расплава, температура и ее резкие колебания, воздействие неко-торых химически высокоактивных элементов и т.д.). Оптимизация этихпараметров позволит значительно увеличить время рабочей фазы ЖСР и,соответственно, эффективность эксплуатации реактора, а также сущест-венно сократить объем твердых радиоактивных отходов (графита).

Второй аспект - сорбционное улавливание фуллеренами основныхгазообразных и летучих продуктов деления. Основными из них являютсясильнейшие нейтронные яды - ксенон и криптон и предельно опасные дляздоровья человека йод и тритий. При работе ЖСР эти продукты выносятсяпотоком гелия, который непрерывно промывает солевой расплав, и затем,после предварительного охлаждения идет на картридж с сорбентом. В ка-честве сорбента благородных газов и трития обычно используется активи-рованный уголь. После десорбции с угля благородные газы переморажи-ваются в металлические баллоны, а тритий окисляется в воду. Данные по-следних лет показали, что фуллерены обладают уникальной сорбционнойспособностью по отношению к водороду. Это обстоятельство является ис-ключительно важным для улавливания трития, поскольку может серьезноулучшить и упростить технологию этого процесса, а также последующегохранения трития. Необходимо также изучить сорбцию благородных газови других летучих компонентов в условиях эксплуатации ЖСР и рассмот-реть обращение с полученными продуктами. Таким образом, нанотехноло-гии могут внести существенный вклад в дело реализации торий-урановоготопливного цикла в ЖСР-исполнении.

Третий аспект – упрочнение с помощью наноматериалов стенок ем-кости, для хранения солевой композиции после использования. Этот ас-

28

пект замыкает цикл и создает надежную изоляцию высокоактивной соле-вой композиции на сотни лет.

Задел и научные результатыВ течение последних лет выполнены следующие работы:

Построена уникальная установка по производству фуллерен-содержащей сажи. Установка производит объемное испарениепорошкообразного графита в низкотемпературной плазме. Взависимости от условий эксплуатации в одной и той же уста-новке можно получать фуллеренсодержащую сажу или нанот-рубки. Установка использует мощный импульсный источникпитания, позволяющий получить короткие импульсы с пере-менной скважностью с амплитудой тока более 1000 А.

Под руководством профессора д.т.н. В.П. Будтова разработанаи опробована высокоэффективная технология экстракции фул-леренов из сажи.

Проведены исследования полученных фуллеренсодержащейсажи с помощью электронного микроскопа с целью выявленияграфитовых структур являющихся устойчивыми осколкамитяжелых фуллеренов.

Выполнены работы по созданию и исследованию новых материалов,полученных с использованием фуллеренсодержащей сажи, фуллеренов инанотрубок. В результате получены следующие результаты:

В содружестве с лабораторией кафедры Военно-морской ака-демии разработан метод насыщения фуллеренами графитовыхматериалов различного назначения. В частности были изго-товлены по этой технологии и испытаны щетки для электро-двигателей. В протоколе испытаний отмечено, что щетки приработе не искрят, имеют вдвое меньшее сопротивление и в10 раз более длительный срок службы.

В содружестве с ГУАП под научным руководствомд.т.н. проф. Игнатьева М.Б. разрабатывается программная сис-тема моделирования физико-химических свойств различных

29

наноструктур и композитных материалов созданных на их ос-нове (на базе классических методов линейной комбинацииатомных орбиталей и лингво-комбинаторного моделирования),с возможностью визуализации процесса и результатов модели-рования.

Под научным руководством ведущего специалиста по теорииразрушения материалов Дж. Киялбаева создана и совершенст-вуется программная система расчета прочностных свойствконструктивных элементов, созданных из новых модифициро-ванных наноструктурами материалов в условиях их эксплуата-ции при высоких радиационных и высокотемпературных на-грузках.

Через три года будут разработаны новые материалы на основе нано-технологий, использование которых позволит:

значительно повысит радиационную, механическую, темпера-турную и химическую стойкость реакторного графита, что внесколько раз увеличит срок непрерывной работы реакторнойустановки на основе расплава фторидов;

получить при использовании наноматериалов эффективныесорбенты для поглощения газообразных и летучих продуктовделения, таких как тритий, благородные газы и т.д. и сущест-венно улучшить технологии обращения с этими веществами;

значительно улучшить прочность материалов для захоронениявысокоактивных радиоактивных отходов, что в несколько разувеличит сроки их надежного захоронения.

Технология виртуальных миров позволяет наглядно представить этипроцессы.

Литература:1. М.Б. Игнатьев «Информационные технологии в микро-, нано- и

оптоэлектронике» монография, Санкт-Петербург, 2008.

30

ИССЛЕДОВАНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЕГИБРИДНОЙ ЛАЗЕРНО-ДУГОВОЙ СВАРКИ

МЕТАЛЛОВ БОЛЬШИХ ТОЛЩИН

Туричин Г.А.Декан ФТИМ,

ДиректорИнститут лазерных и сварочных технологий,

Лопота А.В.Директор

Центр лазерных технологий,Цибульский И.А., Валдайцева Е.М.

Институт лазерных и сварочных технологийСанкт-Петербургский государственный

политехнический университет

ВведениеИдея совместно использовать лазерное излучение и электрическую

дугу для сварки и других видов обработки металлов таким образом, чтобыоба источника тепла воздействовали на изделие в пределах одной зоны на-грева, родилась в конце 1970-х годов [1 - 4]. Были предложены способысварки, резки, сверления и обработки поверхности, при которых на обра-батываемое изделие направляют лазерный луч и одновременно в зоне теп-лового воздействия лазерного излучения возбуждают дугу между электро-дом и изделием. До недавнего времени в качестве лазерного источникаприменялись мощные СО2 лазеры, генерирующие излучение с длинойволны 10,6 мкм. Взаимодействие излучения данной длины волны с метал-лами сопровождается возникновением оптического разряда в зоне взаимо-действия, что оказывает существенное влияние на параметры сфокусиро-ванного луча, долю поглощенной энергии в мишени и плазме в зоне взаи-модействия. Существенно по иному происходит взаимодействие с мише-нью лазерного излучения с длиной волны 1,06 мкм. Однако мощные ла-зерные установки с такой длиной волны отличались низким качеством из-лучения и малой надежностью. Только недавно появились технологиче-

31

ские твердотельные лазеры мощностью от 10 до 30 кВт непрерывного из-лучения, обладающие высоким качеством луча и высокой надежностью.Такими лазерами являются иттербиевые волоконные лазеры. Твердотель-ные лазеры вступают в непосредственную конкуренцию с хорошо зареко-мендовавшими себя ранее разработанными CO2 лазерами высокой мощно-сти.

В настоящее время в России стоят задачи модернизации и дальней-шего развития ключевых отраслей промышленности: авиастроения, судо-строения, трубопроводного транспорта, что требует создания оборудова-ния и технологий, обеспечивающих сварку металлов больших толщин сминимальными сварочными деформациями, высоким качеством формиро-вания сварного шва и обеспечением требуемых механических свойств со-единения.

Задача автоматизированной сварки толстостенных конструкций (до35 мм) с требуемым качеством и высокой производительностью до сихпор не является до конца решенной. Имеющиеся способы дуговой и элек-тронно-лучевой сварки имеют недостатки, из-за которых сварка труб назаводе, а тем более в полевых условиях не дает требуемых качества шва ипроизводительности. Дуговая сварка не обеспечивает требуемых механи-ческих свойств сварного соединения при сварке новых высокопрочныхсталей. В частности корневой проход при сварке высокопрочных сталейне отвечает предъявляемым требованиям по ударной вязкости.

Применение электронно-лучевой сварки сопряжено с использовани-ем вакуумных камер, что крайне затрудняет ее применение. В случае вы-вода электронного луча в атмосферу мы сталкиваемся с необходимостьюзащиты от рентгеновского излучения. Кроме того, применение электрон-ного луча требует высокого качества и точности подготовки кромок, чточасто невозможно при производстве крупногабаритных конструкций, на-пример, таких как трубы большого диаметра.

Главными недостатками лазерной сварки являются высокие требо-вания по сборке кромок под сварку и невозможность получения требуе-мых механических свойств сварного шва и зоны термического влияния.

32

Указанные недостатки устраняются с помощью совместного лазерно-дугового воздействия на металл.

Преимущества лазерно-дуговой сварки по сравнению с лазернойсваркой:

Большая толерантность по отношению к точности сборки. Возможность заполнения разделки за один проход. Более высокая производительность. Обеспечение свариваемости специальных трубных сталей за

счет дополнительного легирования с помощью электроднойпроволоки.

Анализ результатов исследований процесса лазерно-дуговой сваркидает возможность заключить, что существует ряд вопросов, решениекоторых требуется для разработки надежной технологии сварки металловбольших толщин.

Результаты работ, изложенные в данном докладе, выполнены врамках проекта осуществляемого с целью разработки опытного образцалазерно-дугового технологического комплекса и технологии сваркибольших толщин, обеспечивающей получение прочностных характеристикзоны сварного соединения на уровне основного металла.

Вопросы, связанные со свариваемостью, решение которыхнеобходимо найти в ходе выполнения данного проекта, таковы:

резкое увеличение ширины шва в верхней части его попереч-ного сечения;

неблагоприятное направление роста кристаллов; наличие закалочных структур в зоне глубокого проплавления; наличие множества газовых пор; неудовлетворительные значения ударной вязкости осевой зо-

ны, особенно при отрицательных температурах испытаний.Результаты предварительных экспериментов по лазерной и гибрид-

ной сварке показали, что без дополнительного легирования металла литойзоны шва невозможно достичь требуемых показателей по ударной вязко-сти. В ходе выполнения данного проекта легирование осуществлялось за

33

счет присадочной проволоки, в том числе порошковой, расплавляемойэлектрической дугой. Для обеспечения легирования металла узкой, кин-жальной части канала проплавления, планируется использовать возмож-ность управления гидродинамикой течения расплава в сварочной ванне засчет сканирования лазерного луча с малыми амплитудами.

В связи с этим можно сформулировать задачи, которые необходиморешить для получения качественного сварного соединения:

Исследование и математическое моделирование процесса ла-зерно-дуговой сварки.

Разработка метода высокопроизводительной автоматическойгибридной лазерно-дуговой сварки.

Разработка технологического оборудования, позволяющегореализовать процесс сварки.

Разработка технологии, обеспечивающей равнопрочностьсварного шва и основного металла.

Повышение производительности процесса за счет уменьшениячисла проходов, и автоматизации процесса.

Повышение эффективности процесса и снижение деформацийконструкции за счет повышения термического КПД сварки.

Снижение металлоемкости процесса сварки за счет уменьше-ния угла наклона кромок разделки.

Разработка систем мониторинга и систем автоматическогоуправления.

Сотрудники ГОУ СПбГПУ на протяжении более 30 лет занимаютсяизучением физики процессов взаимодействия концентрированных потоковэнергии с материалами в условиях сварки и разработкой технологическихпроцессов лазерной обработки. Одним из результатов многолетней работыявляется разработанная в ИЛиСТ ГОУ СПбГПУ компьютерная программаLaserCad для моделирования лазерной, дуговой и гибридной сварки, по-зволяющая прогнозировать форму сварного шва в зависимости от задан-ных параметров источников энергии и материала. Далее приведён пример

34

моделирования лазерной и гибридной сварки стали AISI 1330. На рис. 1представлены результаты расчета поперечного сечения зоны проплавле-ния и зоны термического влияния при лазерной и лазерно-дуговой сварке.Кроме того, представлены рассчитанные термические циклы, совмещен-ные с анизотермическими диаграммами превращения аустенита, позво-ляющие оценивать фазово-структурный состав металла после сварки.

Лазерная сварка, 10 кВт

Лазерно-дуговая сварка, 10 kВт + 4 kВт

Рис. 1. Результаты математического моделированиялазерной и гибридной сварки стали AISI 1330

Данная модель позволяет оценить требуемые параметры источниковнагрева, спрогнозировать фазово-структурный состав металла после свар-ки и тем самым снизить объем экспериментальных работ по проекту.

Процессы гибридной лазерно-дуговой сварки с глубоким проплав-лением, так же как родственные процессы лазерной сварки, часто сопро-

35

вождаются появлением пористости и формированием корневых пиков всварных швах [5]. В соответствии с современными представлениями о фи-зической природе процессов лазерной сварки, причиной этого являетсяразвитие автоколебаний парогазового канала и сварочной ванны при свар-ке с глубоким проплавлением [6], что подтверждается многочисленнымиэкспериментальными результатами [7, 8, 9].

Сравнительные исследования движения жидкого металла на поверх-ности сварочной ванны и процесса образования корневых пиков подтвер-ждают соответствие между пикообразованием и выплескиванием расплав-ленного металла из сварочной ванны. Такие же результаты были полученыпозднее при рентгеновской съемке [10]. Анализ автоколебательных про-цессов при воздействии концентрированных источников энергии на веще-ство основывается обычно на линейной теории устойчивости [11, 12] сучетом совместного развития тепловых, гидро- и газодинамических воз-мущений, релаксационных процессов и экранировки поверхности мишенипродуктами испарения. Попытки учесть реальную геометрию поверхностиканала при лазерной сварке ранее предпринимались авторами [13, 14], нонепосредственно использовать полученные результаты для случая гибрид-ной сварки не представляется возможным.

Необходимо отметить, что линейный анализ устойчивости позволяеттолько определить границы области устойчивых режимов сварки, но не-пригоден для анализа случая развитых колебаний большой амплитуды.Для этих целей более удобным является описание временной динамикирадиуса парогазового канала на основе редукции задачи к одному обыкно-венному дифференциальному уравнению, подобное приведенному в [15].Авторы этой работы рассматривают баланс давлений на поверхности ка-нала как движущую силу процесса и используют осевую симметрию мо-дельной задачи для редукции уравнений гидродинамики к одному обык-новенному дифференциальному уравнению, но данная модель предсказы-вает только затухание колебаний. Исследования природы автоколебанийпри лазерной сварке продолжаются и в последние годы [16]. Для деталь-ного понимания природы динамических процессов, протекающих в сва-

36

рочной ванне при сварке с глубоким проплавлением, необходимо иметьдинамическую модель сварочного процесса, основанную на физически-адекватной картине процесса лазерной сварки с глубоким проплавлением.Использование такой модели в системах контроля и управления требуетвозможности работы в режиме реального времени. Эти требования не по-зволяют создать динамическую модель лазерной сварки на базе прямыхрешений всех взаимосвязанных физических задач, как это было сделанодля стационарной модели [17,18,19]. Наиболее целесообразный путь раз-работки динамической модели - это использование вариационных прин-ципов и формализма механики Лагранжа, что позволяет свести модель ксистеме обыкновенных дифференциальных уравнений.

1. Экспериментальные исследования технологического процессалазерно-дуговой сварки

В экспериментах была использована гибридная лазерно-дуговая сва-рочная установка, собранная в ИЛиСТ СПбГПУ на базе исследовательско-го лазерного комплекса, приобретенного в рамках инновационной образо-вательной программы СПбГПУ.

В качестве источника лазерного излучения использовался иттербие-вый волоконный лазер ЛС-5 с максимальной выходной мощностью 5 кВт.Излучение транспортировалось по волоконному кабелю к оптической сва-рочной головке лазерно-дугового модуля. Для фокусировки излучения ис-пользовалась сварочная головка YW50 фирмы Precitec с фокусным рас-стоянием 350 мм и фокальным диаметром 0.4 мм.

Экспериментальная установка также укомплектована источникомпитания дуги ВДУ-506ДК, производства фирмы «ИТС», лицензированнымдля сварки трубопроводов. Данный источник питания обеспечивает в ре-жиме MIG-MAG (плавящийся электрод в среде инертного или активногозащитного газа) требуемые значения наклона внешней характеристики. Вдиапазоне токов сварки 300…400 А, при ПН = 100% и напряжении29…30 В может быть достигнута эффективная тепловая мощность дугово-го источника 6500…9000 Вт. Для подачи присадочного материала исполь-

37

зовался полуавтомат ПДГО – 511, входящий в комплект дугового модуля.Гибридная лазерно-дуговая сварочная установка представлена на рис. 2.

а) б)

в) г)

Рис. 2. Гибридная лазерно-дуговая сварочная установка:а - иттербиевый волоконный лазер ЛС-5; б - гибридная

сварочная головка; в - дуговой источник ВДУ-506ДК; г – двухко-ординатный манипулятор изделия и полуавтомат ПДГО-511.В ходе экспериментов проплавлялись и сваривались в стык плоские

образцы толщиной 8 мм, 10 мм и 12 мм из сталей Ст3, 25Г2С, 10Г2ФБЮ,12Х18Н9Т. Сварка осуществлялась прямолинейными стыковыми швами внижнем пространственном положении. Для защиты сварочной ванны иметалла шва использовались аргон, двуокись углерода сварочная и их сме-си. Расстояние от коаксиальной защитной форсунки газа до листа 8,0 мм.

В качестве присадочного материала в экспериментах использовалисьпорошковые проволоки с повышенным содержанием раскислителей и

38

флюсующими материалами способными создавать на поверхности сва-рочной ванны жидкие пленки, препятствующие проникновению газов (ки-слорода и азота) в расплавленный металл.

Качество всех сварных швов оценивалось визуально по их внешнемувиду и на основании металлографических исследований поперечных шли-фов. Определялись глубины проплавления и другие параметры геометриишва.

2. Результаты экспериментовПроведенные испытания экспериментального комплекса показали

его высокие технологические возможности. При совместном использова-нии лазера мощностью до 5 кВт и дугового модуля с плавящимся электро-дом получено проплавление в стыковом соединении стали толщиной неменее 8 мм и заполнение зазора 0,5 мм и более при высокой плотностишва (табл. 1).

Таблица 1Режимы сварки

Ре-жим

Мощ-ность из-лучениялазера,

Вт

Vсв,мм/с

Токдуги,

А

Напря-жение,

В

Vпп,мм/с

Пло-щадьшва(F),мм2

Глуби-на про-

пав-ления(S), мм

Зазор встыке,

мм

Кол-вона-

плавл.металла,

%3 4500 20 0 0 0 7,8 6,65 0 04 4500 14 0 0 0 11,28 7,0 0 07 4500 15 80 22 68,33 13,95 7,05 0,5 29,58 4500 8,5 80 19 68,33 23,4 8 0,75 31,1

В проведенных опытах объем наплавленного присадочного металласоставлял около 30% от общего объема металла сварочной ванны.

С помощью проведенных экспериментов было установлено влияниескорости сварки, энергии дуги и присадочного материала на сварочныйпроцесс и соответственно формирование шва в условиях лазерно-дуговогосварочного процесса. Тем не менее, для более глубокой физической ин-терпретации наблюдаемых явлений были проведены теоретические иссле-дования и расчеты.

39

3. Исследование динамического поведения сварочной ванны пригибридной сварке мощным волоконным лазером

Технологические эксперименты по сварке низкоуглеродистых и не-ржавеющих сталей, проведенные с помощью гибридного лазерно-дуговогокомплекса, описанного выше, показали, что в ряде случаев формированиесварного шва сопровождается формированием на его верхней и нижнейповерхностях развитой квазипериодической волновой неустойчивости(см. рис. 3), иначе называемой хампинг-эффектом.

Рис. 3. Квазипериодические волны закристаллизовавшегося рас-плава на нижней поверхности сварного шва. Материал – сталь

12Х18Н10Т, мощность излучения 4.5 кВт, скорость сварки 25 мм/сПри этом различные комбинации параметров режима гибридной

сварки, обеспечивающие одинаковую глубину проплавления, характери-зуются различной степенью стабильности формирования шва (см. рис. 4).

а) б)

Рис. 4. Формирование шва:а - без хампинга; б - с хампингом (справа)

40

Для анализа причин возникновения хампинг-эффекта при гибриднойсварке и выбора путей его устранения наиболее целесообразным являетсяматематическое моделирование процесса на основе физически-адекватноймодели, позволяющее проанализировать связь различных физических яв-лений, ответственных за развитие неустойчивостей сварочной ванны. Дляопределения временных характеристик динамических процессов в зонегибридного разряда над поверхностью изделия и установления их связи сдинамическими процессами в сварочной ванне были проведены экспери-менты по измерению динамического поведения яркости разрядного про-межутка. Для этих целей было использовано исследовательское лабора-торное оборудование ЦКП «Лазерные и оптические технологии»(ЦНИИ РТК, Санкт-Петербург), а именно: специально разработанная сис-тема регистрации плазменного факела (см. рис. 5), включающая в себяблок оптической регистрации с объективом, кассетой для светофильтров иCCD матрицей для регистрации сигнала и модуль цифровой обработкисигнала.

а) б)

Рис. 5. Система «Регистратор»:а - оптический блок; б - модуль цифровой обработки

Для исключения влияния разогретой поверхности образца использо-вались оптические коллиматоры, ограничивающие размер исследуемойзоны таким образом, что поверхность находилась вне поля зрения оптиче-ской системы. Для исключения влияния отраженного лазерного излученияиспользовались полосовые оптические фильтры. Эксперименты показали,что динамическое поведение яркости, пример которого показан на рис. 6,

41

характеризуется наличием низкочастотных колебаний, спектральные ха-рактеристики которых совпадают со спектром колебаний расплава в сва-рочной ванне, и пиков яркости, соответствующих свечению капель элек-тродного металла, переносимых через разрядный промежуток.

Рис. 6. Динамика яркости активной зоны4. Описание динамической моделиДля построения динамического описания активной зоны при гиб-

ридной лазерно-дуговой сварке с глубоким проплавлением на основе ме-ханики Лагранжа необходимо, в первую очередь, выбрать обобщенныекоординаты, временная динамика которых позволит с необходимой точ-ностью описать все интересные для приложений процессы, такие как вол-новое движение поверхности парогазового канала, изменение формы иразмеров сварочной ванны во времени и влияние движения канала в целомна колебания его глубины и радиуса. Также необходимо принять во вни-мание влияние вязких сил в расплаве, процессов испарения и давления от-дачи при испарении на динамику расплава. Первым этапом на этом путиявляется построение в явном виде функции Лагранжа, что требует знаниякинетической и потенциальной энергии системы. Кинетическая энергияопределяется движением расплава и требует для расчета знания поля ско-ростей течения. Сложность задачи приводит к необходимости использова-ния геометрии модели и возможных упрощений при выводе уравненийдвижения с помощью Лагранжева формализма. Положим, что глубинапроплавления H>>a, где a – радиус парогазового канала, и будем игнори-

42

ровать отклонение стенок канала и сварочной ванны от направления осилазерного луча. Схематически разбиение активной зоны на части для об-легчения вычисления кинетической энергии течения расплава и отображе-ние активной зоны с помощью конформного отображения представлено нарис. 7.

Рис. 7. Схема деления сварочной ванны и ееконформное отображение,

где Ω - область расплава, - граница области расплава, a и А –радиусыобразов парогазового канала и канала проплавления, H – глубина парога-зового канала, Hp – глубина проплавления,G и g – образы поверхностейканала проплавления и парогазового канала соответственно.

Поскольку диапазон чисел Рейнольдса для типичных режимов ла-зерной сварки лежит в пределах от 10 до 100, то с достаточной точностьютечение расплава может быть принято потенциальным с пограничнымислоями. В объеме расплава такое течение описывается потенциалом тече-ния удовлетворяющим уравнению Лапласа 0 и граничным услови-

ям:

43

),(n

;021

tfn

,

где функция «f» определяется движением канала, n – нормаль к поверхно-сти парогазового канала. Получить аналитическое решение задачи о по-тенциальном движении расплава в области, показанной на рисунке 6 слеваневозможно, но, используя конформное отображение [20], можно свестизадачу к определению поля скоростей в области, ограниченной двумя ко-аксиальными цилиндрами с радиусами A и a, и далее строить все описаниев пространстве отображения. Особенно удобно это будет сделать, если впространстве отображения представить энергию как функцию толькоплощадей сечения отображений канала проплавления S и парогазового ка-нала s. Формализм, описанный в [21], позволяет вывести уравнения дина-мической модели лазерной и гибридной лазерно-дуговой сварки в видеуравнений Лагранжа:

iiii

RQqL

qL

dt

d (1),

где qi последовательно принимает значения обобщенных координатH, s0, s1,...sn,..., L – функция Лагранжа.

5. Результаты моделирования и их обсуждениеДля определения начальных условий для моделирования динамиче-

ского поведения сварочной ванны при лазерно-дуговой сварке была ис-пользована квазистационарная модель процесса ЛДС (рис. 8).

Рис. 8. Интерфейс системы квазистационарногомоделирования процесса гибридной сварки

44

Для верификации модели при сварке волоконным лазером была про-ведена серия экспериментов по сварке низкоуглеродистой стали на раз-личных режимах сварки. Примеры результатов экспериментов приведеныниже на рис. 9. Пример сравнения результатов моделирования процессагибридной сварки с помощью волоконного лазера с экспериментальнымиданными приведен на рис. 10. Сопоставление расчетных и эксперимен-тальных результатов подтвердило применимость модели и высокую точ-ность расчетов, обеспечивающую величину относительной ошибки не бо-лее 7%.

Рис. 9. Макрошлифы образцов, сваренных при различнойскорости сварки и мощности лазерного излучения 4.5 кВт для

верификации расчетной модели

Рис. 10. Пример сравнения результатов моделирования сэкспериментальными данными

Для проведения динамических вычислений система уравнений Ла-гранжа была «обрезана» на s2 и полученная система из четырех обычных

45

дифференциальных уравнений второго порядка была решена численно ме-тодом Рунге-Кутта. Для проверки разработанной модели была проведенасерия численных экспериментов по сварке малоуглеродистой стали в диа-пазоне мощностей от 1 до 10 кВт и при скорости сварке от 0,3 до 5 см/с.На рис. 11, 12 приведены примеры вычислений при следующих парамет-рах: мощность Q = 3 kW, скорость сварки v = 1 см/с, поперечная модаTEM00 и фокальный радиус луча 0,015 см (86% от полной мощности), фо-кусное расстояние 20 см. Начальные условия взяты из результатов моде-лирования лазерной сварки по стационарной модели [22].

а) б)

0 0.02 0.040.2

0.4

0.6

0.8Hcm

,t c0 0.02 0.04

0

0.01

0.02

0.03scm2

,t c

Рис. 11. Временное поведение глубины канала (а) иплощади поперечного сечения (б)

а) б)

0 0.02 0.040.002

0

0.002

0.004s1

cm2

,t c0 0.02 0.04

0

0

0s2

cm2

,t c

Рис. 12. Временное поведение волн наповерхности канала:

а - первого (s1) иб - второго (s2) порядка

46

Когда избыточное давление паров внутри канала становится равнымкапиллярному давлению, силовая часть уравнений обращается в ноль. Этоусловие определяет точку неустойчивого равновесия. Анализ фазовыхпортретов обобщенных координат демонстрирует наличие ограниченныхобластей (аттракторов), плотно заполненных фазовыми траекториями,причем форма границ и размеры этих аттракторов определяются парамет-рами режима сварки, такими как скорость, мощность излучения, его модо-вый состав, параметры фокусировки. Результаты моделирования показы-вают, что различные обобщенные координаты имеют различные спектрыколебаний. Низкие частоты (меньше чем 500 Гц) типичны для колебанийрадиуса канала. Интенсивность высокочастотных компонентов в спектреколебаний глубины канала больше, чем тех же компонентов в спектре ко-лебаний радиуса. Волны первого (s1) и второго (s2) порядка имеют высо-кочастотный спектр (выше 10 кГц). Эти спектры также зависят от глубиныканала, причем повышение скорости сварки смещает спектры колебаний ввысокочастотную область.

Данная модель описывает нелинейные колебания канала, амплитудыкоторых не являются малыми, что позволяет более точно исследовать гид-родинамическую стабильность формы канала по сравнению с линейныманализом устойчивости [14].

Рис. 13 иллюстрирует зависимость между динамикой площади попе-речного сечения канала «s», амплитудами волн на поверхности канала «s1»и «s2» с одной стороны и эмиссионными акустическими параметрами сдругой стороны. Временная динамика акустической эмиссии наиболееблизка к динамике наиболее высокочастотной обобщенной координаты«s2», но частотный спектр лежит в диапазоне меньших частот.

Возрастание мощности и, таким образом, увеличение глубины про-плавления приводит к сдвигу спектра в направлении меньших частот, чтокоррелирует с поведением спектров всех обобщенных координат динами-ческой модели канала. Изменение скорости сварки, как показано на ри-сунке 14, приводит к таким же изменениям спектра акустической эмиссии,так что, по-видимому, определяющее значение здесь имеет глубина кана-ла.

47

а) б)

0 0.1 0.20

0.01

0.02

0.03s

cm2

,t c

0 0.1 0.20.005

0

0.005

0.01s1

,t c

в) г)

0 0.1 0.20.02

0.01

0

0.01

0.02s2

,t c

0 0.1 0.20

5 1013

1 1014,I au

,t s

Рис. 13. Временное поведение площади поперечного сеченияканала «s» (а), амплитуд волн поверхности канала «s1» (б) и

«s2» (г) и интенсивности акустической эмиссии «I» (в)

а) б) в)

0 5000 1 1040

2 1013

4 1013I( )fau

,f Hz0 5000 1 1040

1 1011

2 1011I( )fau

,f Hz0 2000 4000

0

5 1011

1 1012I( )fau

,f Hz

Рис. 14. Частотный спектр акустической эмиссии:а – скорость сварки 5 см/с (глубина проплавления 0,25 см);б – скорость сварки 3 см/с (глубина проплавления 0,42 см);в – скорость сварки 1 см/с (глубина проплавления 1,1 см)

48

Разработанный математический формализм был встроен в системуCAE LaserCAD, что позволяет использовать его для динамического анали-за появления пористости и спайкинга (см. рис. 15).

Рис. 15. Моделирование динамического поведения сварочной ванныпри гибридной лазерно-дуговой сварке, материал – Сталь 10,мощность лазерного излучения 4.5 кВт, скорость сварки 12 мм/с,фокальный радиус луча 0.2 мм, фокусное расстояние 30 см,

мощность электрической дуги 2.5 кВтТехнологические эксперименты по проплавлению образцов из не-

ржавеющей стали подтверждают предсказываемый теорией неустойчивыйхарактер формирования как верхней, так и нижней поверхностей шва(см. рис. 16), характеризующийся формированием квазипериодическихволн расплава, как на верхней, так и на нижней поверхностях.

а) б)

Рис. 16. Формирование верхней (а) инижней (б) поверхности сварного шва

1ms 2,5 ms 5 ms 7,5 ms 10 ms

49

Также представительны результаты моделирования временного по-ведения глубины проплавления и площади поперечного сечения парогазо-вого канала (см. рис. 17).

а) б) в)

Рис. 17. Результаты моделирования колебаний глубиныпроплавления (а) и площади поперечного сечения парогазовогоканала (б), в – формирование нижней поверхности сварного шва

Таким образом, можно заключить, что динамическая модель процес-са формирования шва при гибридной лазерно-дуговой сварке является эф-фективным средством анализа нестационарных процессов и может обос-нованно применяться для отбора стабильных технологических режимов.Результаты моделирования и экспериментальных исследований показы-вают, что стабильность формирования сварного шва определяется, в ос-новном, значениями фокального радиуса лазерного луча и формой распре-деления интенсивности лазерного излучения. При этом повышение скоро-сти сварки до значений, превышающих 1 м/мин. и выше ведет к повыше-нию стабильности формирования сварного шва. Также стабилизирующеевлияние оказывает повышение тока электрической дуги и, соответственно,скорости подачи электродной проволоки.

ЗаключениеЛазерно-дуговая сварка является сложным многопараметрическим

процессом, характеризующимся параметрами, присущими не только ла-зерной (длина волны, мощность и качество лазерного излучения, размерыи положение сфокусированного луча) и дуговой сварке (ток и напряжениена дуге, вылет электрода, длина дуги, скорость подачи проволоки) но испецифическими параметрами, характерными именно для их совместноговоздействия, например, положение лазерного луча относительно дугового

50

пятна на поверхности изделия. Кроме того, важным является состав газо-вой защитной атмосферы, химический состав присадочного материала,подготовка свариваемых кромок под сварку.

В ходе данной работы были проведены исследования влияния неко-торых из вышеперечисленных параметров на геометрию зоны проплавле-ния. Установлено, что в изученных диапазонах параметров возможно по-лучение зон проплавления, обеспечивающих малый удельный энерговклади достаточных для образования монолитного сварного соединения. Приэтом зона термического влияния, которая может являться источником за-рождения таких дефектов как трещины, достаточно узка и при толщинесваренных образцов 8 мм не превышает 1,0…1,5 мм.

Показана возможность формирования однопроходного сварногошва, при котором присадочный материал проникает на всю глубину про-вара.

Фактором, способствующим проникновению присадочного материа-ла в корень шва, может являться сканирование лазерного луча внутри сва-рочной ванны. С целью выявления оптимальных частот сканирования входе данной работы были изучены амплитудно-частотные характеристикиколебаний пароплазменного факела, истекающего из зоны взаимодействиялуча со свариваемым материалом. Показано наличие характерных частотколебаний в диапазоне десятков, сотен и тысяч герц, совпадающих с час-тотами перемещения жидкой фазы внутри сварочной ванны и зоны взаи-модействия лазерного луча по передней стенке парогазового канала.

Возможность формирования металла шва за счет присадочного ма-териала в сочетании с возможностью регулируемого за счет сканированияучастия в этом процессе основного металла обеспечивает получение еготребуемых механических свойств.

С целью предотвращения формирования пор и растворения газов(азот, кислород) в жидком металле, уменьшения разбрызгивания металла ив конечном счете обеспечения качества сварного соединения, процесссварки следует вести в среде защитных газов. В качестве таких газов целе-сообразно использовать аргон или смеси аргона с небольшими добавкамиуглекислого газа (5…10%).

51

Библиографический список1. Пат. 1547172 Великобритания, МКИ B23K 26/00, 9/00. Methods

and apparatus for cutting, welding, drilling and surface treating / W. M. Steen. -Опубл. 06.06.79.

2. Пат. 1600796 (доп. к пат. 1547172) Великобритания, МКИ B23K26/00, 9/00. Improvements in methods and apparatus for cutting, welding andsurface treating / W. M. Steen. - Опубл. 21.10.81.

3. Пат. 4167662 США, МКИ B23K 9/00. Methods and apparatus for cut-ting and welding / W. M. Steen. - Опубл. 11.09.79.

4. Пат. 2813642 Германия, МКИ B23K 26/00. Verfahren und vorrich-tung zur bearbeitung von werkstucken mittels eines laserstrahls / W. M. Steen. -Опубл. 04.10.79.

5. Matsunawa A., Mizutani M., Katayama S. and Seto N., Porosity forma-tion mechanism and its prevention in laser welding, Welding International 200317 (6) 431–437.

6. V. Lopota, G. Turichin, I. Tzibulsky, E. Valdaytzeva, E.W. Kreutz,W. Schulz, Theoretical description of the dynamic phenomena in laser weldingwith deep penetration, Bellingham/Wash.: SPIE, 1999 (SPIE Proceedings Series3688), pp.98-107.

7. T. Forsman, J. Powell, C. Magnusson, Process instability in laser weld-ing of aluminum alloys at the boundary of complete penetration, Journal of La-ser Applications, October 2001, V. 13, Issue 5, pp. 193-198.

8. Bashenko V.V., Mitkevich E.A., Lopota V.A., Peculiarities of heat andmass transfer in welding using high energy density power sources. 3-d Int. Coll.on EBW. - Lion. - 1983. - p. 61 - 70.

9. В.А. Лопота, В.С. Смирнов, Структура материала и его параметрыв зоне действия луча при лазерной сварке с глубоким проплавлением, Фи-ХОМ, 1989, 2, стр. 104-115.

10. Akira Matsunawa, Jong-Do Kim, Naoki Seto, Masami Mizutani, andSeiji Katayama Dynamics of keyhole and molten pool in laser welding, Journalof Laser Applications, December 1998, V. 10, Issue 6, pp. 247-254.

52

11. I.V. Zuev, S.V. Selischev, V.I. Skobelkin, Self-oscillations under ac-tion of high density energy source on materials, Physics and Chemistry of Mate-rial Treatment, 1980. N 6. p. 3 - 7.

12. А.А. Углов, С.В. Селищев, Автоколебательные процессы привоздействии концентрированных потоков энергии, Москва: Наука, 1987,152 с.

13. Ф.Х. Мирзоев, Испарительно-капиллярная неустойчивость в глу-бокой парогазовой каверне, Квантовая электроника, 1994, 21 (2), 147-150.

14. Туричин Г.А., Гидродинамические аспекты устойчивости парога-зового канала при лучевых видах сварки, ФиХОМ, 1996, 4, с. 74-81.

15. V.V. Semak, J.A. Hopkins, M.H. McCay, T.D. McCay, Melt pool dy-namics during laser welding, 1995, J. Phys. D: Appl. Phys., V. 28 p. 2443-2450.

16. Lee Jae Y.; Ko Sung H.; Farson Dave F.; Yoo Choong D., Mechanismof keyhole formation and stability in stationary laser welding, 2002 J. Phys. D:Appl. Phys. 35 1570-1576.

17. A. Kaplan. A model of deep penetration laser welding based on calcu-lation of the keyhole profile. J.Phys.D: Appl.Phys. 27 (1994), p. 1805 - 1814.

18. Beyer E., Dahmen M., Fuerst B., Kreutz E., W.,Nitchs H., Schulz W.,A Tool for Efficient Laser Processing, Proceedings of 14 Int. Congress on ap-plication of lasers - ICALEO-95, San Diego, USA. p. 1035-1039.

19. Schulz, B. Fuerst, S. Kaierly, G. Turichin, E.W. Kreutz, R. Poprawe,Powerful Features for LBW Including Theoretical Aspects, ICALEO’96, De-troit, USA, Orlando, Fla.: LIA, 1996 (LIA 81), p.1-9.

20. Г.А. Туричин. Теоретические основы и моделирование лучевойсварки металлов с глубоким проплавлением, дисс. д.т.н., СПб, 2000, 299 c.

21. Г.А. Туричин, Е.А. Валдайцева, Е.Ю. Поздеева, Е.В. Земляков,А.В. Гуменюк. Моделирование динамического поведения cварочной ван-ны при лазерной и гибридной сварке c глубоким проплавлением // Авто-матическая сварка. 2008, 7.

22. Модель лазерной сварки с глубоким проплавлением для приме-нения в технологии. Лопота В.А., Сухов Ю.Т., Туричин Г.А., Известияакадемии наук, сер. Физическая, т. 61, 8, 1997, стр. 1613-1618.

53

ХАЛЬКОГЕНИДНЫЕ СТЕКЛА:ВЧЕРА, СЕГОДНЯ, ЗАВТРА

Блинов Л.Н.Заведующий кафедрой

«Общая и неорганическая химия»Санкт-Петербургский государственный


В настоящее время стеклообразные и аморфные материалы занима-ют важную роль в научных и прикладных разработках и исследованиях.Достаточно отметить такие разделы науки и техники как микроэлектрони-ка, оптика, нанохимия и другие. Особое место среди стеклообразных ма-териалов занимают халькогенидные стекла или халькогенидные материа-лы (см. нижеприведенную схему):

СТЕКЛА

(стеклообразные материалы)

Неорганические Органонеорганические Органические

Неорганические стекла

Оксидные Халькогенидные Галидные «Металлические»

Халькогенидными стеклами называют стекла, одним из элементовкоторых является халькоген: сера (S), селен(Se) или теллур(Te). Достаточ-но часто используются и другие названия, в частности халькогенидныестеклообразные материалы (ХСМ), халькогенидные стеклообразные полу-проводники (ХСП). Халькогенидные стекла (ХС) были открыты в 1955 го-ду сотрудниками ФТИ им. А.Ф. Иоффе Б.Т. Коломийцем иН.А. Горюновой.

54

Длительное время, несмотря на большое количество центров в миреи в СССР по исследованию ХС, практического использования их в качест-ве оптических и других материалов было не так много.

Причины:- особенности состава;- характер химической связи;- недостаточное количество комплексных исследований;- отсутствие ряда данных по некоторым физико-химических харак-

теристик и температурному интервалу;- недостаток интегральных идей, подходов, критериев, фундамен-

тальных теоретических обобщений;- большинство исследований – «вширь»;- исчерпание возможностей имеющейся экспериментальной базы по

синтезу ХС;- ограничения по элементному составу;- недостаточная чистота получаемых стекол.На кафедре «Общая и неорганическая химия» СПбГПУ с 70-х годов

прошлого столетия проводилось и проводятся до настоящего времени сис-темное изучение халькогенидных стекол. За это время были поставлены ив определенной мере решены следующие вопросы:

- разработка базовых основ универсального критерия стеклообра-зующей способности веществ различного состава;

- полиморфизм и стеклообразование ХС;- моделирование и последующий синтез новых систем и составов

ХС, содержащих новые элементы или необычные количества элементов;- разработка новых и усовершенствование существующих методов

синтеза ХС;- разработка и создание установок и методик, позволяющих исследо-

вать ХС в широком температурном интервале;- развитие и обоснование применения ряда методов по комплексно-

му исследованию локальной структуры, дефектов и химической связи вХС: ЭПР-спектроскопия, масс-спектрометрия, магнетометрия, коэффици-

55

ент термического расширения, спектроскопия комбинационного рассеяниясвета и др.;

- получение ХС повышенной степени чистоты и др.Расчетные и теоретические данные по стеклообразующей способно-

сти (G) веществ различного состава приведены на рис. 1 и 2.

K nGZ

1

1TGN B

Рис. 1. Зависимость G от N для некоторых простых и двухкомпонентных стеклующихся веществ при самопроизвольном

охлаждении их расплавов. Сплошная линия соответствуеттеоретической зависимости, описываемой уравнением GT

Рис. 2. Суммарные данные по зависимости G от N:o - простые и двухкомпонентные вещества; - тройные и более

сложные халькогениды и галогенхалькогениды; - силикаты,бораты, фосфаты, фторбериллаты, фторфосфаты, фторсиликаты

и другие (всего >350)

56

В настоящее время халькогенидные стекла можно подразделить натри группы, как показано на следующей схеме:

ХАЛЬКОГЕНИДНЫЕ СТЕКЛА

Чисто халькогенидные

Галогенхалькогенидные

Фуллеренхалькогенидные

Основной элементный состав всех групп халькогенидных системпредставлен в приведенной ниже табл.

Элементы главных подгруппПериодической системы Д.И. Менделеева,

образующие халькогенидные, галогенхалькогенидные ифуллеренхалькогенидные стеклообразные материалы

На рис. 3 представлены с использованием критерия G предваритель-но рассчитанные и далее определенные области стеклообразования в рядехалькогенидных систем.

57

Рис. 3. Рассчитанные и экспериментальные областистеклообразования в халькогенидных системах Ge-S-Br, Te-I-Br,

Ga2S3-GeS2-NaF, Ga2S3-GeS2-PbF2, Ge-Se-BrВ последующих табл. приведены обобщенные нами данные по изу-

ченным и проанализированным с учетом критерия G халькогенидные сис-темы.

ТаблицаХалькогены S; Se; TeДвойные системы Tl-S; Ge-Te; As-Te; P-Se; Tl-Se; Ga-

Te; S-Se; S-Se; Ge-S; As-S; Se-Te;Si-Te; Ge-Se; As-Se; P-S; Al-Te; Te-Cl; Te-Br; Te-I; C60-Se

Тройные системы(выделены системы, предвари-тельно рассчитанные нами и за-тем синтезированные)

Cu-As-Se; Ge-As-Te; Ge-Sn-Te; Ge-Sn-Se; Cu-As-S; Si-As-Te; Sb-S-Br;Sb-S-Se; Cu-As-Te; B-As-Se; Ag-Se-As; Rb-As-Se; Ag-As-S; Ge-Sb-Se;Al-As-Te; Na-A-Se; As-Sb-Se; Ge-P-Se; Ge-S-Br; Ga-As-Te; B-Tl-Se; Ge-Bi-Se; Ge-Se-Br; In-As-Te; Au-As-Se; As-S-Se; Zn-Se-F; Ag-As-Te; As-Sb-S; Pb-As-Se; Ge-P-Te; Ge-S-Te;Ge-Sb-S; Sn-As-Se; Mn-P-Se; Sn-As-S; Ga-As-Se; K-As-Se; Si-Sb-S; Zn-

58

As-S; In-As-Se; As-Se-I; Cd-As-S;Ga-As-Se; Tl-As-Se; As-Se-Te; Zn-As-Se; Ge-S-I; Hg-Ge-Se; As-S-I;Hg-As-Se; Hg-As-Se; Hg-As-S; As-Te-I; Ag-Sb-S; Mn-Ge-Se; Ga-Ge-Te;As-S-Br; K-Sb-S; Zn-Ni-Se; As-S-Cl;As-Se-Br; Rb-Sb-S; Ge-Ni-S; B-Te-Se; Ge-Se-Te; Cs-Sb-S; Ge-Te-I; As-S-Te; P-As-Se; Rb-Sb-Se; Ge-Se-I;Si-P-Te; Si-P-Te; Cs-Sb-Se; Si-S-I;Tl-As-S; P-Se-Te; Ge-P-S; Si-Se-I;Tl-As-Te; S-Se-Te; Cd-As-Se; B-Te-S; Tl-Ge-Se; Tl-P-Se; Ge-Sb-Te; Sn-Se-F; Tl-Ge-S; As-Bi-Se; Ge-Bi-Te;Pb-Se-F; Tl-Ge-Te; Pb-Ge-S; Mg-Se-As; In-Ge-Te; Ge-As-S; Sn-Ge-S; Be-As-Se; Cu-Te-I; Ga-Te-I; C60-P-S;Ge-As-Se; Ag-Ge-S; Ge-Pb-Se; C60-As- Se

Четверные системы Tl-As-S-Se; As-Sb-S-I; Tl-As-S-Br;Tl-As-S-Te; Cu-Sb-S-I; Ag-As-S-I;Tl-As-Se-Te; Cu-As-Te-I; Ag-Sb-S-I; Ge-As-S-Se; Ag-As-Te-I; Hg-As-S-Br; Ge-Sn-Se-Te; Si-As-Te-I; Hg-As-S-I; Hg-Ge-Se-Te; Ge-As-Te-I;Hg-Sb-S-Br; Ge-As-Se-I; Cu-As-Se-I; Hg-Sb-S-I; Sb-Ge-Sn-Se; In-As-Se-I; As-S-Se-Te; Sb-Ge-As-Te; Hg-As-Se-I; As-Sb-S-Se; Ge-As-Sb-Se;Ge-Sn-As-Se; As-S-Se-I; Ge-Pb-As-Se; Ge-As-Se-Te; Sn-As-Sb-Se; Ge-As-Se-Te; Ge-As-S-Te; Ge-Sb-S-I;Sb-S-Cu-I; Sb-Se-Cu-I; Sb-S-Pb-Br;Sb-S-Pb-I;Sb-S-Tl-I; Sb-S-Ag-I;Hg-S-Pb-Br; Sb-S-Hg-I;Sb-S-Hg-Br; C60-P-As-Se; C60-Ag-As-S; C60-Cu-As-Se

Пятерные системы Ge-Sn-Pb-As-Se; Ga-Si-Ge-As-Te;Ge-Sn-As-S-Se; In-Si-Ge-As-Te; C60-Cu-Fe-As-Se

Проанализировав области стеклообразования с учетом полиморф-ных модификаций образующих их веществ мы установили четкую зави-симость между ними (рис. 4.).

59

Рис. 4. Области стеклообразования иколичество полиморфных модификаций N для

ряда бинарных (а) и тройных (б) халькогенидных системДля синтеза новых халькогенидных стекол, содержащих в том числе

активные и летучие компоненты, нами была разработана серия оригиналь-ных устройств, защищенных авторскими свидетельствами и патентами(рис. 5).

Рис. 5. Примеры схем разработанных устройств для синтеза ХС,содержащих активные и летучие компоненты

Для изучения синтезированных новых халькогенидных стекол намибыли созданы оригинальные установки, позволяющие проводить исследо-вания в широком интервале температур, вплоть до критических (рис. 6-8).

60

Рис. 6. Схема установки для определенияКОТР халькогенидных стекол (а).

Принципиальная схема, поясняющаявывод формулы определения КОТР (б)

Рис. 7. Схема устройствадля определения КОТР

расплавов свысокой вязкостью

Рис. 8. Схема установки для определения давления парахалькогенидных стекол в широком температурном интервале

Для исследования ближнего и среднего порядка и структурных пре-вращений в ХС была разработана научная база ЭПР и фото-ЭПР спектро-скопии халькогенидных стекол, изучены их магнитные, оптические, тер-мические, электрические свойства, исследованы их масс-спектры(рис. 9-17).

61

Рис. 9. Спектры ЭПР СПЦ стеколсистемы PxSe1-x (I). Температурная

зависимость интенсивности сигналав образце состава P4Se2 (II).СПЦ –

собственные парамагнитные центры

Рис. 10. Спектры фотовозбуж-дения ЭПР в: I-a-Se (парамет-

ры моделирования g1=2,00;g2=2,03; g3=2,14); II-аморфном

фосфоре, III-стекле P4Se2

Рис. 11. Спектры индуцированногоЭПР в стеклах системы Asy/2Py/2S1-y,

λвозб=0.5145 мкм

Рис. 12. Зависимость χ от со-става стекол системы

As2S3-xTex, χ – магнитная вос-приимчивость

62

Рис. 13. Концентрационная за-висимость мольной инфракрас-

ной поляризуемости стеколPxSe1-x (1) и AsxSe1-x(2).

a – область существованиячетырехкоординированного

фосфора,б – область кристаллизации

Рис. 14. Зависимость КОТР оттемпературы составов:

1 – As2S3, 2 – As2Se3, 3 – As2Te3,4 – TlAsS2, 5 – TlAsSe2, 6 – TlAsTe2

КОТР – коэффициент объемноготермического расширения

Рис. 15. Зависимость измененияобъема TlAsSe2 от температуры

при различных скоростяхнагревания образца: 1 – 1,32;

2 – 0,93; 3 – 0,81; 4 – 0,70;5 – 0,61 град/мин

Рис. 16. Зависимость электропро-водности стеклообразного селена

при 293 К от напряженностимагнитного поля Н при синтезе.

Температура синтеза К:1 -720, 2 – 970

63

Рис. 17. Масс-спектр стекла состава As2S3 и Ag3AsS3

Для получения халькогенидных стекол повышенной чистоты намибыли разработаны оригинальные методы для этих целей (один из них при-веден ниже).

Принципиальная схема устройства для глубокойочистки компонентов неупорядоченных материалов

(на примере теллура)

2 Te3Cl2 → 5Te + TeCl4

Получение ХС повышенной чистоты

Содержание, мас. %Элементдо очистки после очистки

Свинец 0,0008 <0,005Медь 0,05 0,0002Кремний 0,003 <0,001Алюминий 0,001 0,001Железо 0,002 <0,001Серебро 0,001 0,0001Магний 0,002 0,0003Никель 0,002 <0,001Олово 0,08 <0,0005Основное вещество 99,9 99,999

64

На рис. 18 приведен образец спектров пропускания с учетом допол-нительной очистки.

Рис. 18. Пропускание стекла системы Ge-S-Br в ИК-области:а) без дополнительной очистки; б) с очисткой

На основе комплекса проведенных исследований была полученаприведенная ниже интегральная база по основным характеристикам халь-когенидных (ХГС), галогенхалькогенидных (ГХГС) и фуллеренхалькоге-нидных (ФХГС) стекол.

Интегральная база данных по халькогенидным стекламРазнообразие используемых элементов, большие области стеклооб-

разования, оригинальные методы и устройства для синтеза позволяют по-лучать стеклообразные материалы с заданными свойствами и составом.Разработана программа предварительного компьютерного поиска новыхсоставов стекол с последующим их получением на практике.

Основные научно-технические характеристики ХГС, ГХГС и ФХГС:Область пропускания, мкм…………………………………….0,3-25Удельное стеклосопротивление, Ом*см:……………………102-1018

Проводимость – электронная, ионная, электронно-ионнаяИнтервал размягчения, ° С …………………………….......-40….+400Коэффициент термическогорасширения, 1/град………….10-200*10-6

Показатель преломления………………………………………1,5-3,2Радиационно стойкие, обладают фотохромным эффектом.Химическая стойкость- не растворяются в воде , спирте, соляной

плавиковой, серной кислотах, большинстве органических растворителей,некоторые составы инертны к действию азотной кислоты. Растворяются в

65

растворах щелочей с окислителями, ряде растворов оснований органиче-ского происхождения, растворах некоторых солей.

Концентрация собственных дефектов, см-3 …………………1013-1016

Магнитные свойства………………………….…………диамагнетикиСостав ХГС: S, Se, Te, As, Ge, P, Sb, Tl, Cu и др.Состав ГХГС: F, Cl, Br, J, S, Se, Te, As, Ge, Ga, Pb и др.Состав ФХГС: С60, С70, Se, S, As, P , Ag, Cu и др.Условия получения – синтез в вакуумированных кварцевых ампулах.Степень чистоты – возможность получения высокочистых стеклооб-

разных материалов и их компонентов по оригинальным методикам, защи-щенных патентами РФ.

Глубина очистки – два порядка по сравнению с исходными материа-лами.

Некоторые основные публикации по тематике доклада приведеныниже.

Более 350 публикаций в отечественных и зарубежных журналах, бо-лее 35 авторских свидетельств и патентов, в том числе:

I. Монография: Блинов Л.Н. Химия и физика халькогенидных, гало-генхалькогенидных и фуллеренхалькогенидных стеклообразных материа-лов. СПб., 2003. 210с.

Байдаков Л.Н., Блинов Л.Н. Твердое тело: аморфное состояние ве-щества. Л., 1984.

II. Некоторые обзоры последних лет:- Стеклование и полиморфизм, Физика и химия стекла, 2004, т. 30,

2;- ЭПР спектроскопия халькогенидных стекол, Физика и химия стек-

ла, 2003, т. 29, 3;- Фуллеренсодержащие халькогенидные стеклообразные материа-

лы, ЖПХ, 2003, т. 76, в. 5;- Магнитные свойства халькогенидных стекол, ЖПХ, 1999, т. 72,

в. 7;

66

- Фторохалькогенидные стекла, Физика и химия стекла, 2000, т. 26, 3;

- Самокомпенсация метастабильных центров в халькогенидных по-лупроводниковых стеклах, ФТТ, 2002, т. 44, в. 5;

- Fullere-doped chalcogenide glasses. J. Mater. Sci, Lett., 2002, v. 21;- Обзор методов синтеза галогенсодержащих стекол, Физика и хи-

мия стекла, 2004, т. 30, 4;- Диэлектрические материалы на основе халькогенидных стеклооб-

разных систем: свойства, способы получения, возможности применения,ЖПХ, 2000, т. 73, в. 9.

III. Некоторые патенты и авторские свидетельства по получению,обработке, исследованию и составам ХС

- А.с. 1513822. Устройство для получения халькогенидных стекол;- А.с. 1192425. Способ травления халькогенидов;- А.с. 987487. Устройство для определения коэффициента объемного

термического расширения;- А.с. 1354087. Устройство для определения коэффициента объемно-

го термического расширения материалов;- А.с. 1723509. Способ определения объема активного стеклообраз-

ного материала;- Патент РФ 48069. Устройство для определения плотности химиче-

ски активных жидких и высоковязких материалов;- Патент РФ 2085482. Способ получения теллура высокой чистоты;- Патент РФ 20005103. Способ получения пленок на основе ХСП;- Патент РФ 2140398. Галогенсодержащее халькогенидное стекло;- Патент РФ 2152364. Способ получения стекол;- Патент РФ 21864744. Способ получения стекол;- Патент РФ 2249567. Теллургалогенидное стекло.- Патент РФ 48069. Устройство для определения плотности химиче-

ски активных жидких и высоковязких материалов.- Патент РФ 60720. Устройство определения давления пара летучих

веществ.

67

Некоторые возможности практического использования халькоге-нидных, галогенхалькогенидных и фуллеренхалькогенидных стеклообраз-ных материалов показаны ниже:

Халькогенидные, галогенхалькогенидные и фуллеренхалькогенид-ные стекла (ХГС, ГХГС и ФХГС) предназначены для получения на их ос-нове аморфных пленок и слоев для записи, хранения и передачи оптиче-ской информации различного спектрального диапазона, в том числе длин-новолнового, стекловолокон, монолитных оптических и других деталей,оптического клея, просветляющих, герметезирующих и связующих по-крытий, оптических фильтров и затворов, ионоселективных мембран длятвердофазных датчиков, иммерсионных сред и др.

Один из примеров использования халькогенидных стекол в качествефоточувствительного слоя ленточного накопителя приведена на рис. 19.

Рис. 19. Общий вид конструкции БПТУ с электростатическимсчитыванием. 1 – ленточный накопитель, 2 – устройство перемещения

накопителя, 3 – блок электризации, 4 – блок экспонирования,5 – устройство считывания, 6 – устройство стирания,

7, 8, 9 – блоки автоматики, синхронизации, управления.БПТУ – безвакуумное передающее телевизионное устройство

68

В целом, у необычных по составу и свойствам халькогенидных сте-кол много неиспользованных или недостаточно использованных возмож-ностей в практических разработках гражданского и специального назначе-ния. Будем надеяться, что при развитии научно- технической базы Россииони найдут свое достойное применение.

РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫВ ЗАДАЧАХ СИТУАЦИОННОГО АНАЛИЗА И УПРАВЛЕНИЯ

Шкодырев В.П.Заведующий кафедрой

«Распределенные интеллектуальные системы»Санкт-Петербургский государственный


Распределенные интеллектуальные системы (РИС) представляютбольшой класс систем искусственного интеллекта, рассматриваемых какмножество отдельных подсистем, подчиненных определенным законамвнутреннего взаимодействия и развития, переводящих их на новый, болеевысокий уровень функциональных возможностей [1]. Новые принципы имодели обработки информации, предлагаемые теорией искусственногоинтеллекта и, в частности, распределенных интеллектуальных систем, впрактическом аспекте ориентированы на формирование глобальной ин-формационно-управляющей среды нового поколения в форме управляю-щих компьютерных сетей с различными архитектурами, уровнями иерар-хии и организацией. Применение подобных сетей может быть ориентиро-вано на решение широкого класса как фундаментальных научно-исследовательских, так и прикладных задач, одной из которых являютсязадачи ситуационного управления, включающая оценивание, прогнозиро-вание и управление ситуациями [2].

Задача ситуационного анализа является основной во многих систе-мах управления и безопасности. В большинстве случаев она связана с вы-явлением последовательности критических событий и принятии мер дляпредотвращения или недопущения развития нежелательных ситуаций, а

69

также устранения их последствий. Управление ситуациями тесно связано суправлением сложными или трудно формализуемыми объектами и явле-ниями, к которым относятся опасное развитие нештатных предаварийныхи предотвращение аварийных ситуаций на промышленных предприятияхи технологических комплексах, развития неисправностей в сложных тех-нических системах, управление действиями автономных мобильныхтранспортных системам или боевых роботов в непредсказуемых условияхведения боя, управления чрезвычайными ситуациями во время техноген-ных катастроф. Используемые в подобных случаях принципы управлениятребуют принятия сложных оперативных решений на основе оцениваниябольшого числа параметров в условиях недостаточной информации илиограниченных условий.

Наиболее общим подходом к представлению моделей ситуационно-го анализа и управления является язык онтологий, позволяющий подойтик формальному описанию объектов и явлений окружающего мира черезязык категорий [1-2]. Использование языка онтологий позволяет создатьонтологию ситуационного исчисления, описывающей модели ситуацион-ного управления на языке строгого логического вывода как результат по-следовательности действий в терминах результатов этих действий. Ис-пользование языка онтологий позволяет строить конструктивные алгорит-мы логических выводов, которые формализуют последовательности дей-ствий. В то же время подобный язык не позволяет эффективно формиро-вать целевые критерии качества результатов. Перспективным подходом ксовершенствованию теории является применение многообещающей кон-цепции ситуационно-целевого управления, ориентированной на болееполное описание конструктивных алгоритмов с возможностью комплекс-ных оценок их эффективности [3,5].

Сформулируем задачу ситуационно-целевого управления в распре-деленной интеллектуальной системе, представленной группой взаимодей-ствующих интеллектуальных роботов, решающих задачу групповоговзаимодействия в непредсказуемых условиях изменяющейся среды. С этойцелью зададим группу R=[R1, … , Rd], состоящую из d агентов-роботов

70

djR j ,1 , функционирующих в изменяющейся среде E, состояние ко-

торой определим вектор-функцией meeetE ,...,, 21j , описывающей

множество событий meee ,...,, 21 , возникающих как результат взаимодейст-

вия роботов со средой и которые могут оцениваться роботами. Введем по-нятие ситуации, определяемой как результат такого взаимодействия, зада-ваемого множеством состояний объекта «робот-среда» в виде вектор-функции

tm

tn ssEXXt ,...,,,..., 11 gS .

Ситуация также может быть интерпретирована как действительностьили реальный факт того, что определенная комбинация событий реальнаили нереальна для определенного момента времени и в определенных об-стоятельствах.

Целью функционирования РИС в среде является целенаправленноеизменение ситуации, т.е. преобразование текущей ситуации в нужном на-правлении. Конструктивной моделью ситуационного управления являетсяформирование каждым роботом-агентом соответствующих действий

hjj aat ,...1jA , позволяющих целенаправленно изменять текущую си-

туации в нужном направлении. Результатом групповых действий роботовявляется новая ситуация s, что можно определить как совокупность новых

событий ji ee . Мы связываем с tm

t sst ,...,1gS множество отдель-

ных событий, каждое из которых связано со своей спецификой. События

могут группироваться в классы, где kCL SSSS ,...,, 0 , образующих

множество классов ситуаций. Под классом ситуаций следует пониматьгруппирование ситуаций в семантически эквивалентные группы, описы-вающие динамику ситуационного управления. К примеру, класс ситуаций

Si может быть определен как jjii eeeS если je нерелевантно

любому действию, которое может случиться в этом классе ситуаций.Принципиальной особенностью функционально-целевого управле-

ния является использование нового принципа интеллектуального управле-ния - через целеполагание основано на построении (рекуррентной) модели

71

достижения поставленной цели посредством «процесса рекуррентной де-композиции исходной задачи на более простые подзадачи (подцели). Ис-ходным этапом построения формальных алгоритмов управления через це-леполагание является введение понятия «классов эквивалентности целей»,т.е. множества целей, эквивалентных в смысле предметной направленно-сти, а также отношения эквивалентности, которые задаются в каждомклассе и разбивающие каждый класс на подклассы. Организация процессадостижения главной – стратегической цели отождествляется с рекуррент-ным использованием отношения эквивалентности, моделирующим про-цесс декомпозиции комплексной задачи (целевой функции) на подзадачи иее последующего решения путем организации достижения совокупной це-ли из известных «атомарных» целей, достижения которых реализуется«атомарными» действиями. При этом содержательная информация пред-метной области (описание ситуаций) представляется в виде формальныхвысказываний.

Для формирования желаемого сценария изменения ситуаций ставит-ся задача планирования последовательности действий, позволяющихгруппе роботов достигнуть желаемого эффекта в изменении ситуации. Из-менение ситуации является реакцией среды на действие роботов, что в си-туационном исчислении может быть описано через логические термы, оп-ределяющие результат применения некоторого действия в некоторой си-туации. В планировании групповых действий каждый член команды дол-жен иметь адекватное множество планов , включающих определенные

планы iP для каждого возможного класса ситуаций iS . План P , ассоции-

рованный с ситуацией класса S , представляет по умолчанию ситуацию, в

которой команда не предпринимает никаких действий. К примеру S мо-

жет представлять ситуацию при которой нет никакой цели-жертвы для ро-ботов. При функционально-целевом планирование планы организуются поиерархическому принципу. На самом верхнем уровне – наиболее общаяситуация, в то время, когда на нижних уровнях – наиболее специфические.

72

Для получения количественных оценок эффективности конструк-тивных алгоритмов ситуационного управления через групповые действия

вводится функция RSU CL : , определяющая полезность (поощре-

ние или цену) исполнения плана для данного класса ситуаций. Посколькукласс ситуаций для каждого места есть уникальный и не зависит от другихмест, мы можем сконцентрироваться только на одном месте (событии).Для упрощения описания рассматриваем одну конкретную ситуацию какs . Через функцию полезности U могут устанавливаться приоритеты ко-мандного поведения, которые формализуются (задаются) через правилавыполнения следующих условий:

0,,,andand,,andand

SPUSPUSPUSSSsSsSPUSPUSSSsSs

jjjijiji

ijiijiji

В данной системе первое условие требует, чтобы более высокая цена(поощрение) устанавливается для того, чтобы более специфический планбыл исполнен в более соответствующей (подходящей) ситуации. Второеусловие задает требование, что лучше выполнять более общие планы, чемнеподходящие, но более специфические. Третье условие просто требует,что не надо давать поощрение, когда система не производит действий.

Построение формальной рекуррентной модели предметной области,используемой для достижения глобальной цели, основано на процедуререкуррентного применения отношения эквивалентности, моделирующеепроцесс декомпозиции поиска глобальной (стратегической) цели путем

разбиения k

jkZ на множество классов эквивалентности. Это позволяет

представить модель поиска алгоритма достижения цели древовидным гра-фом иерархии классов эквивалентности целей. Подобный граф описываетдерево целей, в котором вершины указывают на имена классов, а ребра со-ответствуют отношениям включения, корень – базовой цели на комплекс-ной предметной области, а листья – примитивам.

73

Определим множество формируемых подцелей через систему отно-

шений эквивалентности K

k

k

jkR

1со следующими свойствами:

,:,

,:

,:,:1

1

11

1

1

1

yxRyxRjiij

yxRyxRjj

yxRyxRyxjR

k

j

k

j

kkkk

k

j

k

j

kk

k

j

k

j

kK

k

k

j

kk

kk

kkk

где k

jkR - отношение эквивалентности, разбивающее класс k

jkZ (имя класса

на k – м уровне декомпозиции с вектор-индексомk

j ) на множество клас-

сов эквивалентности 11

k

jkZ , где k

jkZyx , .

Применение приведенных операторов позволяет строить дерево це-лей через процедуру декомпозиции, порождающую модель дерева целей ввиде древовидного графа иерархии подцелей, получаемых в результате де-

композиции базовой цели на множество классов эквивалентности K

k

k

jkZ

1).

Представленная модель показывает, что в общем случае построения алго-ритма поиска промежуточных целей можно использовать процедуру фор-

мирования классов эквивалентности K

k

k

jkZ

1, описываемых как:

,0,

1:1

1

1

jikZkZkZ

kZkZkZ

kjk

ikj

jk

kj

kj

K

k

kj

и связанных условиями непротиворечивости [6]. Это позволяет показать,что оцениваемые ситуации в большинстве случаев определяются как дей-ствительность или реальный факт того, что определенная комбинация со-бытий реальна или нереальна для определенного момента времени и в оп-ределенных обстоятельствах.

74

Формирование целевой функции ситуационного управления можетбыть решено формированием развернутого дерева иерархической системыситуаций или промежуточных целей путем развертывания стратегическойцели СУ в иерархическую систему целей. С этой целью применим к онто-логии ситуационного исчисления (строгого логического вывода) рекур-рентную модель формирования системы целей и механизмов синтезаструктур, обеспечивающих достижение этих целей, «развертывающую»стратегическую цель в иерархический граф классов эквивалентности це-лей. Рекуррентная модель «развертывания» стратегической цели в наборцелевых ситуаций осуществляется на основе поискового графа классов эк-вивалентности

ЗаключениеРассмотренная в работе концепция ситуационно-целевого планиро-

вания для построения конструктивных алгоритмов ситуационного управ-ления в распределенных интеллектуальных системах ставит целью нахож-дение эффективного алгоритма последовательности действий, позволяю-щих достигнуть желаемого эффекта в целенаправленном изменении си-туации путем поиска конечной последовательности действий, переводя-щих систему робот-среда (агенты – среда) из начального класса состоянийS0 в одно из состояний SG , которое соответствует поставленной цели.

Предлагаемый метод построения конструктивных алгоритмов си-туационного управления связан с комбинированием языка онтологий дляописания предметной области и функционально-целевого подхода дляформирования законов управления в распределенной интеллектуальнойсреде на основе декомпозиции главной – стратегической цели на подцели,логично отражающих структуру процесса решения комплексных задач.

Предлагаемая стратегия разработана на основе применения прин-ципа поиска цели через формирование дерева решений на конечном мно-жестве промежуточных целевых состояний (подцелей) и распределение ихкак отдельных подзадач между отдельными членами команды. Такая стра-тегия весьма эффективна при построении конструктивных алгоритмовгруппового ситуационного управления методом развертывания текуще-

75

го состояния, т.е. применением функции определения приемника к теку-щему состоянию для формирования конечного множества промежуточныхцелевых состояний (подцелей) и распределение их как отдельных подза-дач между отдельными членами команды. Данный подход позволяет стро-ить модели и конструктивные алгоритмы решения большого класса прак-тических задач прогнозирования и управления ситуациями с применениеминтеллектуальных управляющих компьютерных сетей с элементами ис-кусственного интеллекта.

Литература:1. С. Рассел, П. Норвиг. Искусственный интеллект: современный

подход. 2-е изд., Пер. с анг. – М. Изд. дом «Вильямс», 2006.2. Шкодырев В.П. Распределенные интеллектуальные системы: си-

нергетический подход к самоорганизации и управлению. В сб. трудов XIIIВсерос. конф. по проблемам науки и высшей школы «Фундаментальныеисследования и инновации в технических университетах», СПб, 2009.

3. Арсеньев Д.Г., Шкодырев В.П. Интеллектуальные компьютерныесети – применение в задачах децентрализованного управления распреде-ленными объектами и технологическими комплексами. В сб. трудовМежд. Научно-техн.конф. «Актуальные проблемы информационно-компьютерных технологий, мехатроники и робототехники», (ИКТМР-2009), М., 2009.

4. Арсеньев Д.Г., Станкевич В.П., Шкодырев В.П. Многоагентныйподход к построению систем адаптивного управления распределенныхмехатронных объектов. В сб. трудов НТК. «Экстремальная робототехни-ка», СПб, ЦНИИРТК, 2008.

5. В.П. Шкодырев. Информационная теория самоорганизации в ис-кусственных нейронных сетях. В сб Трудов межвуз. Конф. «Фундамен-тальные исследования в технических унив-тах». СПбГПУ, СПб, 2008.

6. V. Shkodyrev. Intelligent Control Networking - Agent-Based Ap-proach to Decentralized Control of Distributed Objects, - In Proc. Of the Dis-tributed Intelligent Systems and Technologies Workshop, SPb, 2008.

76

СОЦИАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫРОССИЙСКОЙ МОДЕРНИЗАЦИИ

Горюнов В.П.Заведующий кафедрой философии


Ощущается дефицит теоретического обоснования в выработке стра-тегии развития. Предлагается множество моделей, но они не выходят зарамки, с одной стороны, лозунговых деклараций, а с другой – управленче-ских экономических и политических технологий. Для достижения чьих-либо личных амбициозных устремлений этого достаточно, но если речьвести об общенациональных интересах, то, в первую очередь, нужна об-щая идеология, включающая в себя определение самих себя, своих целей,необходимых средств и возможностей. Здесь без теории не обойтись. Впротивном случае все сведется к банальному волюнтаризму. Разумеется,было бы неверно утверждать, что отсутствие социальной теории тормозитсоциальную практику. Реальная жизнь протекает не по теоретическим ка-нонам, подобно армейской, регулируемой параграфами воинского устава.В конкретной деятельности, столкновении интересов теория востребованаменьше всего. Тем не менее, люди, которые творят эту самую жизнь,должны владеть теорией и не действовать вопреки законам объективнойреальности, не пытаться, по аналогии с инженерной деятельностью, изо-брести вечный двигатель.

Модернизация означает не прогресс вообще, а ликвидацию отстава-ния. Прогресс вообще это инновационное развитие, т.е. постоянное обнов-ление без закрепления тиражирования продуктов и способов жизнедея-тельности. Здесь все время требуется авансирование труда, источникомдля которого и вообще для получения дополнительного ресурса являетсянеэквивалентный обмен. Вне обмена результатами деятельности иннова-ционность сама по себе теряет смысл. Иными словами, инновационноеразвитие не объяснить неким мифическим законом возвышения потребно-стей.

77

Таким образом, конкуренция, соревнование, борьба за выживаниеесть движущая сила общественного развития. Борьба за выживание можетбыть опосредованной в производстве или непосредственной в войне.

Модернизация, как ликвидация отставания, проходит в историческикороткие сроки. Это форсированное развитие, рывок, необходимо тре-бующий резкого увеличения расходования ресурсов жизни (затрат).

Поскольку модернизация относится к отстающим общностям, по-стольку она неизбежно болезненна в той мере, в какой ведет к сокраще-нию социальной базы, т.е. к сокращению массы ресурсов, расходуемыхдля поддержания жизни. Иначе говоря, модернизация ведет к социальномунапряжению и требует больших усилий для удержания устойчивости об-щества. К модернизации нельзя только призывать общество, ее надо навя-зать. Более того, модернизация предполагает коренное переустройствовсего общества, а не только его технологический способ жизни.

В Российской истории при таком понимании можно отметить тримодернизации: крещение Руси приобщило ее к цивилизации, Петровскиереформы ввели непосредственно в Европу, социалистические преобразо-вания превратили в мировую державу. Вопрос о цене и социальном харак-тере указанных модернизаций оставим в стороне. Они никогда не прово-дились при общем согласии и терпении, а осуществлялись за чей-то счет иприводили к утверждению одних людей и гибели других. Этой социально-экзистенциальной нагруженности модернизации не избежать, но без мо-дернизации не обойтись, если общность хочет занять одно из лидерскихмест в мировом социальном пространстве и вообще просто выжить.

Коммунистическая модель развития России себя исчерпала. Онаоказалась неспособной к инновационному развитию. Было множество по-пыток реформ, но в рамках коммунистической системы отношений онибыли обречены на провал. Все кончилось крушением коммунизма и разва-лом СССР. В новой России реформы имели главной задачей слом старойсистемы, но задача модернизации осталась. Россия обрела относительнуюустойчивость за счет сырьевых ресурсов, и теперь вопрос о модернизацииприобрел характер реальной практической задачи: либо Россия модерни-

78

зируется и возвращает себе статус великой державы, вне которого нетсмысла говорить о России как о России, либо она перестает существовать.Иного не дано.

Исходя из всего этого, становится понятно, почему вопрос о модер-низации был поставлен конкретно лишь в последнее время, во многом подвлиянием мирового экономического кризиса и в решающей мере передлицом реальной угрозы потери самостоятельности. Но как только вопрос омодернизации перестал быть осторожным намерением и получил очерта-ния конкретного политического курса, так сразу же в полный рост всталивопросы о цене и социальном характере модернизации. По существу в це-лом это вопрос о ее возможности в принципе при существующей системеуправления Россией.

Во-первых, о продолжительности, как в начале 90-х был аналогич-ный разговор – то ли постепенно и поэтапно их проводить, то ли разом(образы того времени: нельзя через пропасть прыгать в два прыжка, нельзякошке рубить хвост дважды).

Во-вторых, о системе общественных отношений и власти: то ли мо-дернизацию проводить сверху, административным способом, то ли в рам-ках расширяющейся демократии.

В-третьих, о допустимой социальной нагрузке.Ключевой является именно третья позицияВ результате реформ Россия не стала богаче, ее общественное дос-

тояние уменьшилось. Появление богатых людей означает лишь то, чтообеднела основная масса населения и государство. В этих условиях рож-дается вариант политики социального консерватизма, который означаетнаправленность деятельности людей на выживание (сохранение) общно-сти, точнее, на сохранение средств, способа, обеспечивающего достиже-ние главной цели – выживание.

В силу многообразия сфер жизнедеятельности и средств поддержа-ния способности общности к выживанию многообразны и проявленияконсерватизма: политический, технологический, правовой, семейный, ре-лигиозный, социальный и т.п. В принципе, возможно прописать консерва-тизм по всем этим сферам, в том числе и их взаимосвязь.

79

Лозунговое обращение к социальному консерватизму как моделисоциального развития предполагает определенность видения его содержа-ния и назначения, в противном случае он не может быть предметом при-зыва. По своему содержанию современный российский социальный кон-серватизм представляет собой идеологию сохранения определенного на-бора ценностей и норм общественной жизни России советского образца:доступное образование; доступная медицина; доступное жилье; обеспе-ченная старость; коллективизм при свободном развитии личности, т.е. приотсутствии антагонизма между личным и общественным, но при допуще-нии и готовности к жертвенности личного в пользу общественного (гума-низм и патриотизм); справедливость власти (совпадение справедливости изаконности); сочетание свободы и ответственности, порядка, дисциплины;гуманистическое наполнение культуры и др. Примечательно то, что мно-гие из этих призываемых к сохранению норм и ценностей никогда не былиреализованы на практике в полной мере, но всегда были целевыми ориен-тирами в организации российской социальной жизни.

Консерватизм не тождественен простой консервации, вызывающейзагнивание, сохраняться может только развивающаяся, а значит, реформи-руемая, модернизируемая общность. Следовательно, консерватизм не аб-солютен, а относителен, конструктивен. Отстаиваемые элементы общно-сти когда-то при своем возникновении сами были новыми. В этом смыслесоциальный консерватизм можно рассматривать как стремление к преоб-разованиям без социального риска, как защиту от социального риска, ко-торый объективно несет в себе новация, а не абсолютное отторжение но-вации. Консерватизм не перекрывает инновационный процесс, но тестиру-ет его и ищет средства защиты от отрицательных следствий.

Социальный консерватизм предполагает сохранение историческисложившихся общепринятых в данной общности представлений о пред-почтительном способе жизни. В царской России консерватизм имел в ос-новном социально-политическое содержание и ориентировал на сохране-ние сословных устоев общественной жизни, поддержание социальногоспокойствия. В послереволюционной России, Советском Союзе, был про-

80

возглашен курс на обеспечение народного благополучия как начального ипромежуточного состояния на пути к будущему коммунистическому об-ществу. Сначала он имел подчиненное значение перед лозунгами мировойреволюции и приоритетами индустриальных и аграрных преобразованийСССР, однако занял центральное место во внутренней политике после Ве-ликой Отечественной войны, вытеснив в область абстрактно-теоретических конструкций конечно-целевую модель коммунизма. В со-временной послереформенной России консерватизм характеризуется со-единением лозунгов социально-политической стабильности и жизненногоблагополучия людей. До уровня благополучия сырьевых монополистовВостока ей не дотянуть по причине недостаточной концентрации природ-ных богатств, а западные лидеры слишком далеко вырвались вперед тех-нологически.

Запад знает две модели общества – традиционное и современное.Последнее – это общество равных (людей, регионов, партий, религиозныхконфессий и т. д.). В России к современному обществу призывают либера-лы (западники). Централисты (славянофилы) в публичных речах призыва-ют к тому же, но объективно (и справедливо) направляют к сохранениютрадиционного общества. Здесь России нечего изобретать. Перед ней сто-ит задача превращения в современную великую державу, экономическинезависимую, в научно-техническом и технологическом отношении пере-довую, социально гармоничную, военно-политически влиятельную. Дляэтого необходимы: деловая и социальная активность большинства населе-ния, направленная на выполнение общественно значимых задач; целевоеединство социального действия, преобладающее над внутренней конку-ренцией и борьбой на взаимоуничтожение и обеспечивающее тем самымустойчивость существования России, ее целостность, гарантированноевыживание в окружающем мире. Так называемое социальное партнерствоозначает именно целевое единство социального действия, подобное един-ству пассажиров поезда, состоящему, независимо от класса вагона, в том,чтобы всем вовремя и благополучно доехать до места назначения, котороеу каждого пассажира свое.

81

В отличие от России, в развитых западных странах современныйконсерватизм провозглашает приоритет демократических свобод, являю-щихся в рамках внутренней жизни традицией, символизирующей устойчи-вость определенного способа жизни, а в сфере внешнеполитической –средством обеспечения собственного господствующего положения. Встранах, условно называемых развивающимися, благополучие не являетсяни предметом действующей политики, ни идеологической категорией мас-сового сознания. Применительно к этим странам вопрос о благополучиине ставится даже теоретически.

Смысл нынешней борьбы вокруг социальных реформ (социальногообеспечения) состоит в том, чтобы сбросить с государства социальнуюсферу, иначе возникает противоречие между уходом государства из эко-номики и его зависанием в социальной сфере. Последняя базируется не наблаготворительности, а на принудительности (через налоги). Там, где лю-ди могут обеспечить свою жизнь на базе собственности, не нужны ни со-циальная сфера, ни благотворительность, впрочем, там нет и противоречиямежду социальностью и либеральностью, поскольку либо достигается вы-сокая социальность через большие налоги, либо реализуется полная сво-бода выживания на базе собственности при низком налоге.

В отношении политики социального консерватизма и курса на мо-дернизацию изначально содержится противоречие, обусловленное пер-вичной затратностью того и другого при общей ограниченности имею-щихся ресурсов жизни. С точки зрения текущего момента это противоре-чие между затратами на существование (социальный консерватизм) и за-тратами на развитие (модернизация), а в рамках ценностного подхода этопротиворечие между справедливостью и эффективностью. В плане долго-срочной перспективы тут нет противоречия, поскольку в том и другомслучае речь идет о вложениях в будущее России, определяемое состояни-ем человеческого капитала.

Последнее слово в разрешении этого действительного противоречияпринадлежит государству как инициатору и главному исполнителю поли-тики социального консерватизма и модернизации, в то время как бизнес

82

пока что не обременяет себя ни социальной ответственностью, ни стрем-лением к инновационному развитию. Сумеет ли государство справиться состоль сложной задачей соединения справедливости и эффективности, по-кажет будущее, – все определяется силой политической воли. Историче-ский опыт в данной области неоднозначный, и яркий пример демонстри-рует российская приватизация, осуществленная на полностью либеральнойоснове без каких-либо разговоров о политике социального консерватизма.

Сырьевой бизнес не заинтересован в модернизации, имеющей цельюсоздание в России постиндустриального общества, потому что в этом слу-чае он утратит свое господствующее положение. При допущении возмож-ности реальной модернизации России данный вопрос выглядит следую-щим образом: либо представители сырьевого бизнеса оттесняются на вто-рой план новой генерацией, представителями информационно-технологического бизнеса, потенциально более масштабного. Нечто по-добное в России уже было, когда на смену помещичьему земельному ка-питалу пришел промышленный капитал, либо сам сырьевой бизнес возь-мет дело модернизации в свои руки и перепрофилируется. Нечто подобноебыло в Англии в виде обуржуазивания дворянства.

Для сырьевой модели развития нынешнее население России слиш-ком велико, для инновационного развития оно слишком мало.

Консерватизм и модернизация сами по себе альтернативны только вабстракции, к ним надо подходить конкретно-исторически. Есть общностьи разное видение путей ее развития:

- единые социальные цели в интересах общности, но разные средст-ва их достижения. Так может быть только в абстракции, потому что раз-ные средства так или иначе означают столкновение разных социальныхинтересов, поскольку общность всегда социально дифференцирована.

- в реальной действительности присутствует изначальное столкнове-ние интересов, борьба за средства является борьбой за интересы (напри-мер, по размерам налогов).

Консерватизм и модернизация есть выражение пути развития в зави-симости от социальной дифференциации, от напряженности в столкнове-нии интересов. Другого, сугубо непротиворечивого, бесконфликтного пу-

83

ти быть не может. А содержание и структура противоречий определяютсяместом общности в системе межобщностной социальной дифференциа-ции. Лидерство необходимо требует социального единства общности.Изоляция требует фиксированной социальной дифференциации, устойчи-вого разделения на цель и средство. Это видно на историческом примереРоссии: как только она включилась в систему межобщностных отношений,так сразу же ее внутреннее равновесие нарушилось. Именно в таком кон-тексте можно интерпретировать обе революции 1917 года – Февральскаяреволюция имела материально выраженное социальное (классовое по мар-ксистской терминологии). Октябрьский переворот такого материальногооснования не имел. Понимание пролетариата в лице рабочего класса, каксамостоятельного субъекта материальных интересов, оказалось теоретиче-ской фикцией. Потому что не может быть социальный субъект без матери-ального основания в виде собственности, как не может быть и всеобщегосубъекта собственности. Российский социализм означал государство каксобственника, когда борьба за материальное по форме была борьбой заместо в социальной системе. Но государство, как собственник, неэффек-тивно. Оно выходит на первый план в кризисные периоды, когда усилива-ется его вмешательство в экономику и вообще усиливается регулирующаяроль.

Социалистический период в России это, по сути, период непрерыв-ного кризиса, требующий сильного государства. Но, во-первых, ресурсыисчерпались, силы закономерно оказались подорванными, а во-вторых,конкретный кризис в его военно-политическом выражении, постепенносгладился. Гипертрофированная роль государства себя исчерпала.

Таким образом, социалистическая революция в России была рево-люционной сменой элиты, верхушки общества. В современной России ос-тается действующей ее специфика – преобладающая роль государства, по-стоянная тенденция к централизму.

Перспективы социал-демократизма в России определяются не воз-можностью осознания их политической элитой и широкими массами, по-скольку дело здесь заключается не в мнимой идее социальной справедли-

84

вости и ее распространенности во многих странах Европы, а возможно-стью России выйти на передовые рубежи материально-технического раз-вития и включиться в группу стран – лидеров, получающих за счет лидер-ства дополнительные ресурсы жизни в сфере обмена результатами матери-альной и духовной деятельности. Эти дополнительные ресурсы возникаютне в ходе обмена технологически равноценными продуктами между тех-нологически равными субъектами, а в результате, как уже говорилось, не-эквивалентного обмена между технологическими лидерами и аутсайдера-ми, вынужденными отдавать лидерам дополнительную массу ресурсовжизни в той или иной форме.

Социал-демократизм, не ограниченный оппозиционной идеологией,а осуществляемый в реальной политике, является привилегией лидеров,как и возможность иметь средний класс – главного носителя социал-демократизма и материальной основы социальной устойчивости. Важнопонимать, что понятие среднего класса имеет не только и не столько отно-сительное, но, прежде всего, абсолютное измерение. Иначе говоря, сущ-ность положения среднего класса не в его внешнем проявлении, т.е. не втом, что он находится между богатыми и бедными, а в том, что он спосо-бен к устойчивому существованию на основе собственного производи-тельного труда. Такое положение оказывается возможным лишь при усло-вии преобладающей массы среднего класса, как по численности, так и пообъему производимой продукции.

Если в таком контексте смоделировать социальную структуру мира вцелом, то окажется, что в бедных странах, которых большинство, большешансов быть востребованным у коммунизма, в средних технологическилидирующих странах либерализм и социал-демократизм равноценны и пе-риодически меняются местами у власти в соответствии с цикличностьюобщественного развития, а в США, как абсолютном мировом лидере, гос-подствует либерализм, периодически меняющий технологию удержаниясвоего лидерства в изменяющемся мире в форме симметричной двухпар-тийности. Глобализация пока что не внесла существенных изменений вданную схему, а включение в большую мировую игру гигантов в лице Ки-тая и Индии, а также стран Латинской Америки, при неизвестности судь-

85

бы Черной Африки еще не дают достаточного исторического материаладля достоверных оценок и прогнозов в этой области.

Определение места России по данной классификации весьма затруд-нительно. Традиционно его оценивают не в координатах “развитые – раз-вивающиеся страны” или по порядковому номеру мира принадлежности, апо геополитическому положению между Западом и Востоком. Наверное,главное не в том, что Россия расположена между Европой и Азией, или,что тоже очевидно и, может быть, более точно, – между Европой и Амери-кой, а в том, что она находится между миром энергоносителей и миромтехнологий. Потенциальное преимущество России заключается в возмож-ности занимать полноправное место в обоих мирах, и реализация этойвозможности должна стать ведущей мечтой и ориентиром в долгосрочнойперспективе планов модернизации.

Россия всегда была в относительно замкнутом существовании. И то-гда все элементы того, что сейчас относят по совокупности к консерватиз-му, было объективно необходимо. Сейчас Россия сбросила занавес и ока-залась на открытой мировой сцене. Она вступила в систему отношений наравных (в сугубо рыночные отношения) с лидирующими странами, с ко-торыми практически всегда была в конфронтации (военные союзы пере-менные). И с развивающимися странами не были отношения на равных вконтексте привлечения их на свою сторону в противостоянии с лидерами.Теперь с ними всеми надо выстраивать отношения на равных. Но Россия вэтих отношениях проигрывает.

Россия уже не просто вышла из изоляции и включилась в системусоциального межобщностного взаимодействия, она оказалась на граниполной включенности в открытый мир. А в отсталой общности внутренняяборьба за интересы предельно обостряется. Тут всегда будут модели отмонокультурного колониализма при сохранении целостности (сейчас этосырьевая экономика) до предельного расчленения на части, которые поотдельности включаются в открытый мир.

Политическая диверсификация некогда социально единого обществав виде перехода к многопартийной структуре, формально охватывающей

86

всю политическую развертку с левым и правым флангами, осуществиласьне столько по объективным основаниям социальной дифференциации об-щества, сколько по частным интересам отдельных инициативных людей,политических предпринимателей, разработавших политологический биз-нес-план и организовавших собственное дело по производству власти сприменением передовых политтехнологий. В борьбе за электорат они за-частую не могут поделить авторские права на использование идеологиче-ских понятий и лозунгов о свободе и справедливости.

Альтернатива либерализма и социального консерватизма в контекстемодернизации это оппозиция экономической эффективности и социальнойсправедливости общественного производства. В странах постиндустри-ального мира данная альтернатива сглаживается за счет информационно-технологического лидерства, позволяющего обеспечить равновесие эф-фективности и социальной справедливости за счет дополнительного ис-точника ресурсов жизни в сфере неэквивалентного обмена результатамидеятельности. В России таким источником тоже может стать неэквива-лентный обмен, но с отрицательным значением для России, т.е. обменприродных ресурсов на средства инновационного развития. При этомважно помнить, что, во-первых, этот источник сугубо временный и, во-вторых, требующий особых усилий для целевого использования.

В лидирующих общностях складывается устойчивая социальнаяструктура, не деформируемая социальной мобильностью. Социальныегруппы полномасштабно воспроизводятся по схеме семейного наследова-ния, их члены привержены одной субкультуре и ведут сходный образ жиз-ни, руководствуются однотипным набором ценностей и дорожат своимсоциальным положением. Главное в существовании членов лидирующихобщностей – их независимость друг от друга в возможности выживаниябезотносительно к принадлежности к той или иной социальной группе.Несмотря на все различия, их объективно объединяет один общий интерес– лидирующее положение их страны, которое и обеспечивает эту самуювозможность общего выживания.

Как известно, основой такой устойчивости социальной системыслужит средний класс, состоящий из людей, живущих своим трудом, про-

87

изводящих какой-либо общественно необходимый продукт. Благодарясреднему классу оказывается возможной устойчивая система власти с ееразделением на независимые друг от друга ветви.

Социальный консерватизм это политика модернизации без социаль-ных издержек. Конечно, это очень трудная задача, но иного выхода нет.Модернизация России без сопровождения политикой социального консер-ватизма невозможна по самой своей сути, потому что в итоге это будетуже не Россия. Иначе говоря, можно сбросить социальную сферу, принес-ти определенную массу людей в жертву модернизации и осуществить ее.Однако новому обществу России даже в ее нынешней конфигурации неудержать, а точнее – она будет этому обществу не нужна.

Сохранение социальной сферы это не просто гуманизм, содержаниебедных и обездоленных, начиная с пенсионеров. Это необходимость аван-сирования на создание населения, способного занимать лидирующие по-зиции в мире. Это вложение средств с отдаленной отдачей. Т.е. нужнысвободные средства на образование, здравоохранение, науку и культуру,наряду с ростом затрат на оборону. Конечно, сырьевые деньги самые лег-кодоступные, но сырьевое развитие не обеспечивает прорыва. Россия мо-жет соединить технологическую модернизацию и политику социальногоконсерватизма за счет сырьевых ресурсов. Пока что это единственныйблагоприятный шанс. Здесь последнее слово за государством. Допущениерастраты ресурсной базы было бы не меньшим преступлением против на-рода, чем прямое насильственное распоряжение жизнями людей в недав-нем прошлом.

Имеется достаточно много прогнозов развития России на 20 лет иболее. Но, ведь, страна это не саморазвивающаяся предметная система ти-па растения, живого организма, русла реки и прочих предметных систем.Россия будет такой, какой ее сделают, во-первых, те, кто определяет этовнутри, а во-вторых, те, кто определяет это извне. Но будущих результатовпреобразований никто не знает. Даже отдельный человек про собственноебудущее знает только в той мере, в какой он сам деятелен, в рамках того,что от него зависит как в созидательном плане, так и в плане противостоя-

88

ния внешним вызовам. Никто не знает, кто реально будет делать Россию, икакие у нее будут внешние вызовы. Устремленность в будущее – сущност-ная черта России. Эта устремленность, как мечта о лучшем будущем, тожеэлемент консерватизма.

Модернизация России должна иметь целевую модель, понятный об-раз создаваемого российского будущего: модель внутреннего социальногоустройства, место и роль в мировом социальном пространстве. Нельзя ог-раничиться пониманием модернизации как некоего движения к некоемуболее совершенному будущему, необходима конкретизация.

Социальный консерватизм и модернизация применительно к совре-менной России вполне совместимы и в своем отношении друг с другомпреодолевают историческую оппозицию консерватизма и либерализма вих классическом понимании. Модернизация России должна явиться до-полнительным источником ресурсов жизни. Такого в истории России ещене было. Модернизация, если она удастся, будет означать становление но-вого типа общности, новой России, но остающейся Россией. В этом соци-альный консерватизм и модернизация не альтернативны.

ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВАПРОГРАММНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Карпов Ю.Г.Санкт-Петербургский государственный


Информационные технологии проникли во все сферы жизни совре-менного общества. Интенсивно развивающееся направление ubiquitouscomputing (всепроникающие вычисления) характеризует только часть тоголавинно возрастающего числа проблем общества, в решении которых ис-пользование компьютеров становится обычным. Компьютерные програм-мы управляют нашей жизнью повсеместно, от медицинской аппаратуры досистем торможения и разгона автомобилей. От программных системуправления все в большей степени зависят жизнь и здоровье людей.

89

В то же время программирование является единственной областьюинженерной деятельности, где разработчик не отвечает за качество своейработы. Спросите любого программиста, может ли он гарантировать каче-ство своего продукта, и Вы получите в лучшем случае уклончивый ответ.И действительно, большие компьютерные программы после их разработкивсегда содержат ошибки. С этим знаком каждый, разработавший програм-му длиной хотя бы в несколько десятков строк. Последствия таких ошибокне всегда безобидны. Существует огромный печальный опыт того, к какимтяжелейшим последствиям приводят ошибки в управляющих программахдля критических применений. Эти последствия – от гибели ребенка в ав-томатизированном туалете до аварий с человеческими жертвами автомо-билей Тойота и потери этой компанией нескольких миллиардов долларовиз-за ошибок в электронной системе торможения – делают проблемуобеспечения правильности компьютерных программ важнейшей пробле-мой современной техники и технологии.

Сложность разрабатываемых программ подошла к границе их пони-мания и, следовательно, их управляемости. Число ошибок в разработан-ных и сданных заказчику программных системах постоянно растет. На-пример, в ОС Windows 95, по оценкам Microsoft, до сих пор остается не-сколько тысяч ошибок. Но эта ОС используется только в бытовых персо-нальных компьютерах, от нее не зависят жизни людей. Только сумасшед-ший поставит эту ОС в бортовую систему управления самолета или дажеавтомобиля.

Особенно подвержены ошибкам параллельные, распределенные имногопоточные программы, которые характерны для бортовых системуправления. Но именно такие программы становятся все более распро-страненными. В современном автомобиле – целая сеть связанных микро-процессоров, в новых Мерседесах их около 50. Происходящий сейчас по-ворот программирования в сторону параллелизма назван “революцией” слозунгом: “Добро пожаловать в мир параллельной обработки”.

Хорошо известно, что даже в тех случаях, когда функционированиекаждой из параллельных взаимодействующих компонент системы абсо-

90

лютно ясно, человеку трудно понять работу всей параллельной системы.Причина этого, по-видимому, в том, что человек в каждый момент можетдумать только об одной вещи, и за многообразием возможных последова-тельностей событий, которые возникают в параллельных управляющихпрограммных системах, разработчик уследить не в состоянии. Параллель-ные системы, которые работают правильно “почти всегда”, годами могутсохранять тонкие ошибки, проявляющиеся в редких, исключительных си-туациях.

В мире параллельной обработки разработчик должен контролиро-вать не последовательности возможных событий, как в последовательномпрограммировании, а возможные комбинации частично упорядоченныхсобытий, что значительно сложнее. Многочисленные примеры показыва-ют, что нетривиальные многопоточные программы непостижимы для че-ловеческого мозга. С ошибками, возможными в параллельных програм-мах, может сегодня столкнуться каждый разработчик, и это требует отвысшей школы обратить особое внимание на подготовку специалистов вобласти информационных технологий.

Будущие разработчики программных систем управления должныеще во время учебы ознакомиться с этой важнейшей проблемой, получитьзнания соответствующих теоретических разделов и получить первона-чальный практический опыт использования систем формальной верифи-кации (формального доказательства правильности) программных системуправления.

Определение. Формальная верификация программ – это приемы иметоды формального доказательства (или опровержения) того, что мо-дель программной системы удовлетворяет заданной формальной специ-фикации.

Поскольку что-то доказать формально можно только относительноформальной модели, для верификации анализируемая система (реализа-ция) должна быть представлена формальной моделью. Программы обычнопишутся на языках с формально определенным синтаксисом и кажутсяполностью формализованными. Однако с точки зрения семантики это нетак. Программная система управления обычно состоит из программных

91

модулей, написанных на языках с неформализованной семантикой. Ис-пользование указателей, обработка вещественных чисел с ограниченнойточностью, сложные структуры данных, динамическое порождение пото-ков и их взаимодействие – все это приводит к тому, что из текста про-граммы не следует непосредственно полное формальное описание ее по-ведения. В частности, не существует алгоритма, позволяющего проверитьэквивалентность двух программ на языке Паскаль или С. Формальная мо-дель системы обычно строится вручную. Такая модель обычно значитель-но проще самой проверяемой системы, это абстракция, в которой должныбыть отражены наиболее существенные характеристики системы.

Спецификация системы также должна быть представлена наборомформальных требований к ее функционированию. Но обычные специфи-кации программы не являются формальными, они чаще всего расплывча-ты, двусмысленны, неполны. Для выполнения верификации спецификацияпрограммы должна состоять из набора формальных утверждений о желае-мых свойствах поведения системы. Для формальной спецификации ис-пользуется язык логики, каждое утверждение которого может быть либоистинно, либо ложно для программной системы. Верификатор проверяетвыполнение заданных формальных утверждений на заданной формальноймодели.

В области теории, алгоритмов и методов верификации в течение не-скольких десятилетий проводились многочисленные исследования. До по-следнего времени успехи в этом направлении были весьма скромными,разработанные методы не могли быть применены даже к системам сред-ней сложности. Однако в последние годы в этой области произошли рево-люционные изменения. Был разработан метод формальной верификацииmodel checking (проверка модели), который стал основой очень эффектив-ных алгоритмов, позволяющих проверять правильность реальных, разра-батываемых промышленностью программно-аппаратных систем.

Определение. Model checking – это метод верификации, состоящийв проверке того, что на данной формальной модели системы заданная

92

формула темпоральной логики, описывающая требование к поведениюпрограммы, принимает истинное значение.

Для верификации этим методом реальная система представляетсяпростейшей моделью ее вычислений - системой переходов с конечнымчислом состояний. Требуемые свойства поведения реальной системы вы-ражаются точно и недвусмысленно формулами темпоральной логики.Проверка модели сводится к исчерпывающему анализу всего пространствасостояний модели системы, она не требует дедуктивных доказательствтеорем, связанных с логическим выводом на основе аксиом и правил вы-вода, характерных для классических подходов к верификации. Поэтомуэтот процесс может быть полностью автоматизирован.

Для выполнения верификации методом model checking нужно по-строить для программной системы адекватную модель с конечным числомсостояний, представить ее на входном языке системы верификации, а так-же выразить подлежащие проверке свойства формулами темпоральной ло-гики. Поэтому, несмотря на то, что сам процесс верификации полностьюавтоматизирован, выполнение верификации требует работы специалистадостаточно высокой квалификации.

В Санкт-Петербургском политехническом университете курс по ве-рификации программных систем управления читается в течение10 последних лет. Студенты трех факультетов: ФТК, ФМФ и ЦНИИ РТКизучают теоретические основы этой области и получают практическийопыт верификации, проверяя в рамках курсовой работы правильность не-тривиальной системы программного управления с помощью системы ве-рификации Spin. Система Spin распространяется свободно, она использо-валась при верификации многих программных систем, в том числе борто-вых систем управления космического назначения, разрабатываемыхNASA. В монографии [1] изложен теоретический материал и практическиерекомендации по применению метода model checking к верификации про-граммных управляющих систем.

Литература:1. Ю.Г. Карпов. Model checking. Верификация параллельных и рас-

пределенных программных систем // БХВ Петербург, 2010 г., 560 стр.

93

СИСТЕМНО-АНАЛИТИЧЕСКИЕПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯПРОФИЛЕЙ БАКАЛАВРИАТА

Васильев Ю.С.Президент

Козлов В.Н.Проректор по УМО

Черненькая Л.В.Директор

Корпоративный центр качестваСанкт-Петербургский государственный


Разработка перечней направлений, профилей и специальностей выс-шего профессионального образования (ВПО) может строиться на основесистемно-качественного анализа структуры подготовки для образователь-ных систем ВПО России. При разработке использован опыт моноуровне-вой академическо-отраслевой системы ВПО подготовки специалистов,существовавшей в СССР, многоуровневой образовательно-профессиональной системы подготовки бакалавров и магистров, разра-ботанной в 1991-1994 гг., а также двухуровневой «компетентностной»системы ВПО, создаваемой в рамках ГОС третьего поколения.

Двухуровневая «компетентностная» система предназначена для под-готовки бакалавров, магистров (по профилям) и специалистов по ограни-ченному списку специальностей. В настоящее время имеется ряд норма-тивных документов, отражающих совокупность направлений бакалавриа-та, магистратуры и специальностей подготовки. Перечни направлений,профилей и специальностей характеризуются базовыми категориальнымипонятиями. К ним относятся области научных знаний (математические,естественнонаучные и другие области), объекты деятельности специали-стов (технологии, изделия и др.), а также ряд других категорий.

94

1. Ориентация основных образовательных программ (ООП) уровне-вой системы образования требует профессиональной адаптации кадров свысшим профессиональным образованием (ВПО) к различным видам дея-тельности. Совокупность видов деятельности, актуальных в настоящеевремя определяется группой факторов. К основным видам можно отнестисовокупность факторов, составляющих системную модель профилирова-ния на основе функциональной ориентации.

Функциональная направленность бакалавров, магистров, спе-циалистов на рынке труда может быть определена потребностями,вытекающими из документов Президента и Правительства РФ, Ми-нистерства образования и науки и других министерств и ведомств:

1.1. Приоритетные направления развития науки и техники, ут-вержденные Президентами РФ в 2002, 2004, и 2009 годах, которые могутобразовать перечень профилей для обеспечения приоритетных направле-ний развития науки и техники или сокращенно приоритетные профили(ПП);

1.2. Фундаментальные научные и прикладные исследования, со-ставляющие основу создания необходимых объектов техники, технологии,искусства и культуры, включая образование, которые образуют переченьпрофилей фундаментальных наук или сокращенно фундаментальныепрофили (ФП);

1.3. Потребности отраслевых министерств и ведомств, оставляю-щие основу перечня отраслевых профилей или сокращено – отраслевыхпрофилей (ОП);

1.4. Задачи оборонно-промышленного комплекса (ОПК), тре-бующие формирования перечень профилей для ОПК или сокращенно –оборонно-промышленные профили (ОПП);

1.5. Международные перспективы развития образования и зарубеж-ные образовательные программы, на основе которых можно формироватьмеждународный перечень профилей или сокращенно – международныепрофили (МП);

95

1.6. Социально-экономическая стабилизация на современном этаперазвития России, которая может быть обеспечена разработкой социально-направленного перечня профилей или сокращенно – социальных профи-лей (СП);

1.7. Деятельность, предусмотренная в федеральных государственныхобразовательных стандартах (ФГОС) ВПО, которые могут быть основойдеятельностного перечня профилей или сокращенно – деятельностнымипрофилями (ДП).

При этом нужно определить необходимый уровень общей фактори-зации в рамках перечисленного списка факторов, позволяющий сделатьнеобходимое разделение по «функциональным факторам» и «категориямвидов деятельности». Решение этой задачи может быть основано на ис-пользовании выделенных «функциональных факторах», список которыхдолжен быть функционально полным, причем к этой группе можно отне-сти совокупность профилей, относящихся к 1 – 6 группам.

Профили 7 группы определяют основные «категории видов деятель-ности», в связи с чем она может содержать полный перечень видов дея-тельности, которые могут иметь расширительный вид относительно спи-ска видов деятельности, введенных в ФГОС ВПО. На основе сказанногоможно ввести разделение (факторизацию) общего списка профилей нафункциональные (группы 1 – 6) и деятельностные (расширенная группа 7).Системная характеристика профилей структурированных, по функцио-нальным характеристикам и обобщенным видам деятельности бакалавров,приведена в табл. 1. На основании данных табл.1 можно создать техноло-гию автоматической генерации необходимых профилей на основе требо-ваний:

- вида деятельности бакалавра, магистра или специалиста;- функциональной направленности с учетом классификации, приве-

денной выше.2. Системная модель разработки профилей. Данная технология

формирования профилей иллюстрируется матрицей, представленнойв табл. 1.

96

Таблица 1Системная модель генерации профилей на основе

«факторизовано-деятельностного подхода»Виды

деятельности(ВД)

Функциональ-ные

перечнипрофилей

(ФПП)

Нау

чно-

иссл

едов

ател

ьска

яде

ятел

ьнос

ть

Нау

чно-

педа

гоги

ческ

ая д

ея-

тель

ност

ь

Про

ектн

о-ко

нстр

укто

рска

я де

я-те

льно

сть

Про

изво

дств

енно

-те

хнол

огич

еска

я д

ея-

тель

ност

ь

Экс

плуа

таци

онна

яде

ятел

ьнос

ть

Рено

ваци

онна

я де

я-те

льно

сть

1 2 3 4 5 6 7Группа 1:приоритетныепрофили (ПП)Группа 2:фундаменталь-ные профили(ФП)Группа 3:отраслевыепрофили (ОП)Группа 4:ОП-профили(ОП)Группа 5:международныепрофили (МП)Группа 6:социальныепрофили (СП)

Данная технология может быть использована при разработке систем-но-генерированных перечней направлений подготовки бакалавров, магист-ров, специалистов с учетом различных критериев функциональности и ви-дов деятельности в условиях различных требований рынка труда.

2.1. Базовые виды деятельности можно определить следующимобразом:

Научно-исследовательская деятельность (НИД). Научно-педагогическая деятельность (НПД).

97

Проектно-конструкторская деятельность (ПКД). Производственно-технологическая деятельность (ПТД). Эксплуатационная деятельность (ЭД). Реновационная деятельность (РД).

2.2. Научно-исследовательская деятельность (НИД) может выпол-няться в организациях и институтах РАН по следующим научным областям:01.01 - Математические науки: Математика, Прикладная математика и ин-форматика; 01.12 - Физические науки: Общая физика и астрономия, Ядер-ная физика; 02.01, 02.03 - Химия и науки о материалах: Химия, Науки о ма-териалах; 02.04. Биологические науки: Физиология, Физико-химическаябиология, Биология, Науки о Земле; 03.00. Общественные науки:Философия, социология, психология и право, Экономика, Международныеотношения; 03.06., 03.57. Историко-филологические науки: История, Язык илитература; 14.00., 14.11., 01.08. Энергетика, машиностроение, механика ипроцессы управления: Механика, Машиностроение, Энергетика; 22.29. На-нотехнологии и информационные технологии.

2.3. Приоритетные направления развития науки, технологий итехники. Данные направления определяются серией приказов.

В соответствии Приказом 57730 от 30.03.2002 определены сле-дующие направления (ПН 1):

1. Информационно-телекоммуникационные технологии и электро-ника.

2. Космические и авиационные технологии.3. Новые материалы и химические технологии.4. Новые транспортные технологии.5. Перспективные вооружения, военная и специальная техника.6. Производственные технологии.7. Технологии живых систем.8. Экология и рациональное природопользование.9. Энергосберегающие технологии.

98

В соответствии с Приказом 843 от 21.05.2006 выделены следующиенаправления (ПН 2):

1. Безопасность и противодействие терроризму.2. Живые системы.3. Индустрия наносистем и материалов.4. Информационно-телекоммуникационные системы.5. Перспективные вооружения, военная и специальная техника.6. Рациональное природопользование.7. Транспортные, авиационные и космические системы.8. Энергетика и энергосбережение.В рамках Российского фонда фундаментальных исследований

(РФФИ-2005 г.) определены следующие направления (ПН 3):1. Информационные технологии и электроника.2. Производственные технологии.3. Новые материалы и химические продукты.4. Технологии живых систем.5. Транспорт.6. Топливо и энергетика.7. Экология и рациональное природопользование.3. Принципы профилирования и системная технология генера-

ции профилей на основе различных принципов.На основании сказанного выше можно формировать совокупность

вариантов профилей основных образовательных программ по направлени-ям бакалавриата. Эти варианты определяются различным образом:

3.1. По специальностям ОКСО.3.2. По приоритетным направлениям.3.3. По видам деятельности.3.4. По ориентации на рынок труда.3.5. По экспертным оценкам УМО.3.6. Интегрированный принцип профилирования (ИПП).3.7. Дифференцированный принцип профилирования (ДПП).3.8.Обобщенный принцип профилирования (ОПП).

99

В табл. 2 приведен фрагмент проекта принципов формирования про-филей бакалавриата (на примере укрупненной группы «Техника и техно-логии»).

Таблица 2Принципы формированияпрофилей бакалавриата

Принципы профилированияПереченьнаправленийподготовки

высшегопрофессиональ-

ногообразования

по специальностямОКСО

по при-ори-

тетнымнаправ-лениям

по ви-дам

деятель-ности

по ори-ента-

ции нарыноктруда

по экс-перт-нымоцен-кам

УМО

ИП

П

ДП

П

ОП

П

КодНаименованиянаправленийподготовкивысшего про-фессиональ-ного образо-вания, под-тверждаемогоприсвоениемлицу квали-фикации (сте-пени) «бака-лавр», в соот-ветствии с пе-речнем на-правленийподготовкивысшего про-фессиональ-ного образо-вания, под-тверждаемогоприсвоениемлицу квали-фикации (сте-пени) «бака-лавр», утвер-жденных при-казом Мини-стерства обра-зования и нау-ки РоссийскойФедерации от17 сентября 9г. 337 (за-

КодНаименова-ния направле-ний подготов-ки (специаль-ностей) выс-шего профес-сионально об-разования,подтверждае-мых присвое-нием лицамквалификации(степени) ба-калавр» иквалификации«дипломиро-ванный спе-циалист», всоответствиис Общерос-сийским клас-сификаторомспециально-стей по обра-зованиюОК 009-2003,принятом ивведенном вдействие по-становлениемГосударст-венного ко-митета Рос-сийской Фе-дерации по

Приказ57730от30 мар-та2002 г.(ПН 1)

Приказ 843от21 мая2006 г.(ПН 2)

РФФИ2005 г.(ПН 3)

Видыдеятель-ности:Научно-исследо-ватель-ская дея-тель-ность(НИД)Научно-педаго-гическаядеятель-ность(НПД)Проект-но-конст-руктор-ская дея-тель-ность(ПКД)Произво-дственно-техноло-гическаядеятель-ность(ПТД)Экс-плуата-ционная

Потребностирынкатруда

Пред-ложе-нияУМО

100





по при-ори-


по ви-дам





УМО

ИП

П

ДП

П

ОП

П

регистрированМинистерст-вом юстицииРоссийскойФедерации30 октября2009 г., реги-страционныйномер 15158)

стандартиза-ции и метро-логии от30 сентября2003 г. 276-ст, с измене-ниями, вве-денными вдействие Фе-деральнымагентством потехническомурегулирова-нию и метро-логии 1 ок-тября 2005 г. 1/2005

деятель-ность(ЭД)Ренова-ционнаядеятель-ность(РД)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11ПП-1(ПП поОКСО)

ПП-2(ПП поПН)

ПП-3ПП поВД)

ПП-4(ПП поОРТ)

ПП-5(ПП поЭОУМО)

ПП

-6

ПП

-7

ПП

-8

Техника и технологии

1400

00

ЭНЕРГЕТИКА,ЭНЕРГЕТИ-ЧЕСКОЕМАШИНО-СТРОЕНИЕ ИЭЛЕКТРО-ТЕХНИКА

140000 ЭНЕРГЕТИКА,ЭНЕРГЕТИ-ЧЕСКОЕМАШИНО-СТРОЕНИЕ ИЭЛЕКТРО-ТЕХНИКА

1401

00

Теплоэнерге-тика и тепло-техника

140100 Теплоэнерге-тика

9 (ПН 1)8 (ПН 2)6 (ПН 3)

НИД,ПКД, ЭД,РД, ПТД

81 б -Тепло-энерге-тика итепло-техника

140101 Тепловыеэлектрическиестанции

140103 Технологияводы и топли-ва на тепло-вых и атом-ных электри-ческих стан-циях

140104 Промышлен-ная тепло-

101





по при-ори-


по ви-дам





УМО

ИП

П

ДП

П

ОП

П

энергетика140105 Энергетика

теплотехно-логий

140106 Энергообес-печение пред-приятий

220301 Автоматиза-ция техноло-гических про-цессов и про-изводств (поотраслям)

1404

00

Электроэнер-гетика иэлектротех-ника

140200 Электроэнер-гетика

9 (ПН 1)8 (ПН 2)6 (ПН 3)


82 б -Электро-энерге-тика иэлектро-техника

140201 Высоковольт-ная электро-энергетика иэлектротех-ника

140202 Нетрадици-онные и во-зобновляемыеисточникиэнергии

140203 Релейная за-щита и авто-матизацияэлектроэнер-гетическихсистем

140204 Электриче-ские станции

140205 Электроэнер-гетическиесистемы исети

140209 Гидроэлек-тростанции

140211 Электроснаб-жение

102





по при-ори-


по ви-дам





УМО

ИП

П

ДП

П

ОП

П

140601 Электромеха-ника

140602 Электриче-ские и элек-тронныеаппараты

140604 Электропри-вод и автома-тика про-мышленныхустановок итехнологиче-скихкомплексов

140605 Электротех-нологическиеустановки исистемы

140606 Электриче-скийтранспорт

140607 Электрообо-рудование ав-томобилей итракторов

140608 Электрообо-рудование иавтоматикасудов

140609 Электрообо-рудование ле-тательных ап-паратов

140610 Электрообо-рудование иэлектрохозяй-ство предпри-ятий, органи-заций и учре-ждений

140611 Электроизо-ляционная,кабельная иконденсатор-ная техника

103





по при-ори-


по ви-дам





УМО

ИП

П

ДП

П

ОП

П

1407

00

Ядернаяэнергетика итеплофизика

140400 Техническаяфизика

9 (ПН 1)8 (ПН 2)6 (ПН 3)


83 б -Ядернаяэнерге-тика итеплофи-зика

140401 Техника и фи-зика низкихтемператур

140402 Теплофизика140403 Техническая

физика тер-моядерныхреакторов иплазменныхустановок

140404 Атомныеэлектрическиестанции иустановки

Таким образом, рассмотрены системно-аналитические принципыформирования профилей бакалавриата с учетом приоритетных направле-ний развития науки и техники; фундаментальных научных и прикладныхисследовании; потребностей отраслевых министерств и ведомств, задачоборонно-промышленного комплекса (ОПК); международных перспективразвития образования и зарубежных образовательных программ; социаль-но-экономической стабилизации на современном этапе развития России;деятельности, предусмотренной в федеральных государственных образо-вательных стандартах (ФГОС) ВПО.

Литература:1. Системные ресурсы качества высшего образования России и Ев-

ропы / Н.И. Булаев, В.Н. Козлов, А.А. Оводенко, А.И. Рудской. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2007. – 461 с.

2. Системно-аналитические принципы формирования профилей на-правлений бакалавриата для ФГОС ВПО / Ю.С. Васильев, В.Н. Козлов,Л.В. Черненькая. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2010. – 70 с.

104

МЕТОДЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПОТРЕБНОСТИЭКОНОМИКИ РОССИИ В КАДРАХ В

УСЛОВИЯХ ГЛОБАЛИЗАЦИИ

Козлов В.Н.Проректор по УМО,

Романов П.И.Директор

Научно-методический центр УМО вузов РоссииСанкт-Петербургский государственный

политехнический университетБыстров И.Е.

Минобрнауки РФ

В условиях экономических преобразований, происходящих в миреособое значение приобретает создание инструментария государственногорегулирования процессов подготовки специалистов востребованных спе-циальностей, обеспечивающих устойчивое социально-экономическое инаучно-техническое развитие стран. Одним из главных направлений длярешения данной проблемы является разработка системы прогнозированияпотребностей экономики России в специалистах, при разработке которой всовременных условиях необходимо учитывать следующие тенденции:

- усиление глобальной конкуренции, охватывающей не только тра-диционные рынки товаров, капиталов, технологий и рабочей силы, но исистемы национального управления, поддержки инноваций;

- ожидаемая новая волна технологических изменений, усиливающаяроль инноваций. Отставание ряда стран в развитии новых технологий мо-жет снизить конкурентоспособность экономики этих стран, а также повы-сить ее уязвимость в условиях нарастающего геополитического соперни-чества;

- возрастание роли человеческого капитала как основного фактораэкономического развития. Уровень конкурентоспособности современнойинновационной экономики в значительной степени определяется качест-вом профессиональных кадров. В этих условиях важным является преодо-

105

ление тенденций поддерживания конкурентных позиций в мировой эко-номике за счет дешевизны рабочей силы и экономии на развитии образо-вания.

- современные страны активно вовлечены в процесс международноймиграции населения. Так в Концепции долгосрочного социально-экономического развития России до 2020 года, отмечается, что необходи-мо «увеличение доли иностранных студентов, обучающихся в России, до5% общего числа студентов, создание условиях для подготовки в образо-вательных учреждения, обучающихся из государств – участников СНГ». Вданном документе отмечается, что «повышение конкурентоспособностироссийского образования станет критерием его высокого качества, а такжеобеспечит позиционирование России как одного из лидеров в области экс-порта образовательных услуг». Как показывают прогнозы, в среднесроч-ной перспективе в стране начнет сокращаться численность трудоспособ-ного населения и будут расти потребности в профессиональных кадрах.Отчасти сокращение трудовых ресурсов можно будет компенсироватьростом производительности труда и внедрением передовых технологий вэкономику. Однако даже при самых благоприятных прогнозах покрытьнарастающий дефицит трудовых ресурсов только за счет внутренних ре-зервов России не удастся. Поэтому стране придется привлекать иностран-ных работников. В этих условиях необходимо определить в каком количе-стве и качестве России нужны трудовые мигранты. С другой стороны про-гнозирование потребностей в специалистах должно проводиться с учетомоттока профессиональных кадров из России, активно возрастающим вэпоху глобализации образования [1].

В отечественной и зарубежной науке и практике накоплен опреде-ленный опыт методологического и методического обеспечения прогнози-рования спроса на специалистов. Так в США разработкой кадровых про-гнозов занимается Бюро статистики труда. Прогнозы с горизонтом 10-15лет уточняются каждые два года и являются частью среднесрочной про-граммы управления экономическим ростом и занятостью. Во Франциипрогнозирование рабочей силы осуществляется в режиме «пятилетних

106

планов». Как отмечается во многих исследованиях, для зарубежной мето-дологии характерно многообразие подходов к прогнозированию спроса нарабочую силу, однако общим для большинства из них остается дифферен-циация методологии относительно национального, регионального, ло-кального и отраслевого уровней; выделение компонентов совокупной за-нятости и учет специфики их изменений. Зарубежные исследователи ис-пользуют сочетание экспертных, статистических и математических мето-дов, с помощью которых оценивается место каждой отрасли экономики всовокупной занятости в стране. В соответствии с главными параметрамиразвития на основе динамической модели отраслевого баланса и с учетомсводного планового баланса трудовых ресурсов рассчитывается кадроваяпотребность.

В современной России потребность региональной экономики в вы-пускниках с высшим профессиональным образованием впервые быласформулирована в разрезе субъектов Федерации при заполнении формСФ-1 и СФ-2. Отсутствие единой методологии для среднесрочного про-гнозирования спроса на рынке труда привело к тому, что разные регионыиспользовали различные подходы к этому прогнозированию. Около поло-вины субъектов РФ ориентировалось на текущее состояние системы выс-шего профессионального образования, другая часть использовала опроскрупных предприятий и организаций в регионе. Тем не менее, этот опытпрогнозирования оказался исключительно полезным, он показал необхо-димость разработки научно обоснованных методик прогнозирования по-требностей рынка труда в выпускниках системы высшего профессиональ-ного образования. Очевидно, что динамичной модели социально-экономического развития России должна соответствовать адаптивная сис-тема образования, быстро реагирующая на запросы рынка труда, стимули-рующая экономический рост, воспроизводящая специалистов, способныхэффективно работать в конкурентной экономической среде. В таких усло-виях региональные системы профессионального образования призваныобеспечивать перспективные потребности экономики субъектов РФ впрофессионально-квалификационном обновлении и пополнении кадров.Прогнозирование потребностей рынка труда рассматривается как важная

107

составная часть маркетинговой информации, необходимой для разработкимероприятий по регулированию и контролю над изменениями рынка обра-зовательных услуг, по стратегическому планированию системы подготов-ки и переподготовки кадров, ориентированной на спрос. Очевидно, чтогоризонт прогнозирования кадровых потребностей социально-экономического развития регионов России должен быть не менее пяти-семи лет, поскольку формируемые на основе его результатов планы прие-ма в учреждения профессионального образования определяют структурувыпуска соответствующих специалистов через 3-4 года (бакалавры) или 5-6 лет (специалисты). С другой стороны, более длительные горизонты про-гнозирования невозможны в связи с высокой рыночной динамикой, харак-терной для современной России [2].

В рамках аналитической ведомственной целевой программы «Разви-тие научного потенциала высшей школы» авторский коллектив на протя-жении ряда лет занимается разработкой комплексных моделей прогнози-рования потребностей экономики в специалистах. Разработаны методикииспользования статистической информации о текущем состоянии эконо-мики России для целей прогнозирования потребности экономики России вбакалаврах, магистрах и специалистах. Основу этой методики составляетанализ сопоставления разделов двух классификаторов, используемых ор-ганами государственной статистики: Общероссийского классификаторавидов экономической деятельности (ОКВЭД); Общероссийского класси-фикатора специальностей по образованию (ОКСО). Разработаны адаптив-ные методы оценки потребности экономики России в бакалаврах, магист-рах и специалистах в условиях введения уровневой системы образования.

Литература:1. Системные ресурсы качества высшего образования России и Ев-

ропы / Н.И. Булаев, В.Н. Козлов, А.А. Оводенко, А.И. Рудской. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2009. 460 с.

2. Балыхин Г.А., Суровов М.В., Маркова О.П. Государственное зада-ние на подготовку специалистов как механизм реализации государствен-ной политики в области модернизации образования. // Спрос и предложе-

108

ние на рынке труда и рынке образовательных услуг в регионах России: Сб.докладов по материалам Второй Всероссийской научно-практической Ин-тернет-конференции. Т. 1. Петрозаводск, 2005.

О РАЗВИТИИ ОБРАЗОВАНИЯ ИНАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В

СОДРУЖЕСТВЕ ТРЕХ УНИВЕРСИТЕТОВ

Козлов В.Н.Проректор по УМО


Санкт-Петербургский государственный политехнический универси-тет является участником содружества трех университетов – Национально-го технического университета Украины (Киевского политехническогоуниверситета (КПИ)), созданного в 1898 г., Варшавского политехническо-го университета (1898 г.) и Санкт-Петербургского политехнического уни-верситета (1899 г.). Ниже приводятся фрагменты протокола совместногозаседания представителей трех вузов, которое состоялось в Киеве 27 апре-ля 2010 г., отражающего образование, научные исследования и взаимодей-ствие с зарубежьем.

Развитие образования в Киевском политехническом университе-те

Образование в КПИ имеет новые тенденции:1). Создана совместно с НАТО научно-образовательная сеть Украи-

ны; введена практика двойных дипломов; реализовано участие в Болон-ском процессе; организованы связи с варшавским политехническим уни-верситетом (ректор ВПИ – выпускник КПИ); создание взаимных центров –украинско-польский центр КПИ и др.

2). Введен общий университетский курс «Основы устойчивого раз-вития», читаемый всему университету в рамках магистратуры. Готовитсякнига по курсу «Основы устойчивого развития» (ОУР). Курсы устойчиво-го развития введены в программы аспирантуры – область «Администра-

109

тивный менеджмент», в специализации для кандидатов наук. Отмечаетсявыигрыш 1-2 года по подготовке кандидатов наук. Существует «платная»специальность «Устойчивое развитие», на которой обучается 20 человек.Имеются модули как курсы: «Глобализация и устойчивое развитие», ГИС,экология и др.

Содержание курсов «Устойчивое развитие» в КПИ:1) Общие вопросы УР: введение, глобализация (риски глобальные,

риски умирания человечества и др.), Основные документы по УР (конвен-ции биологические, реализация в Украине (национальные программы, со-стояние регионов), оценивание УР на основе 30 общих индикаторов и 9базовых индикаторов, введены понятия индексов, реализуется монито-ринг, выполняется анализ «разрывов» между цивилизациями.

2) Глобальные вопросы УР.3) УР экономико-технологического комплекса (все этапы разработки

технологического процесса, стандарты ISO-14000.4) Менеджмент УР: управление природными ресурсами, устойчивое

управление природой.5) Модели УР и модели системной динамики.Программы магистратуры по УР включают вопросы:Методология и сценарии устойчивого развития (тенденция преобра-

зования магистерской диссертации в кандидатскую диссертацию), кото-рые содержат разделы - сценарный анализ, методы СВОТ-анализа, мето-дологический анализ и др., включая факторы влияния элементов моделидля получения результата. Варианты сценария для Украины по устойчи-вому развитию образования для сохранения научных школ, развитие со-бытий по блокам.

Институт менеджмента КПИ реализует:1) УР локальных энергетических технологий для зданий, аккумуля-

торы энергии.2) УР ГРИД-систем, ускорение DG-RES энергетических технологий,

развитие технологий.

110

Научные исследования в КПИРеализуется защита кандидатских диссертаций по тематике:1. Системный анализ и теория оптимизации;2. Устойчивое развитие экологии и др.Аналогично развиваются научные направления по направлениям:

циклы Кондратьева, глобальные процессы при управлении обороной(Александр Згуровский); устойчивое развитие лесного хозяйства и др. Вы-вод: устойчивое развитие исследуется по различным направлениям.

Анализируются и развиваются работы США по устойчивому разви-тию, согласованные с образовательными программами:

Бакалавриат по УР в части бизнеса и др. Магистратура введение вэнергетические технологии и др. Используется опыт университета штатаДжорджия и разработаны модули по УР для включения в различные обра-зовательные программы. Реализуются докторские степени по устойчивомуразвитию на основе опыта Рочестер-института по УР по программам в 99кредитов для получения Phd. Используется опыт США при реализации ба-калавриата и магистерской подготовки на основе исследований по устой-чивому развитию. В КПИ идет создание совместных образовательныхпрограмм магистратуры по устойчивому развитию. В средней школе СШАтакже разработан стандарт устойчивого развития.

Проект УР осуществляет международный Комитет по науке воФранции – ICSU, который координирует мировые центры данных в раз-личных государствах: в Украине, России и др. Этот центр создан по линииРАН, а затем по линии НАН. Центры – специализированы, в частности, поУкраине – специализация «ГИС и устойчивое развитие»: все данные подисциплинам направляются в Институт прикладного системного анализа(ИПСА КПИ). Данные включают: первичные данные по температуре зем-ли, динамике Земли и др. Имеется суперкомпьютер, который связан с ми-ровыми организациями данных. Многие исследователи сводят устойчивоеразвитие с экологией. В ООН определение устойчивого развития связано сустойчивой координацией развития от одного поколения к другому так,чтобы условия жизни не ухудшались, а качество развития улучшалось (оп-ределение ЮНЕСКО).

111

УР – это безопасность и качество жизни, определяемое экономикой,социологией и экологией и др. Разработана метрика для этого процессакак норма вектора в системе трех координат с параметрами. Угол откло-нения от каждой оси говорит о состоянии развития. Второй параметр –степень гармонизации. Разработана матрица данных, содержащая инфор-мацию по развитию экономики по 22 индикаторам, социальные измеренияи качество с соответствующими индикаторами.

Всего имеется 65 индикаторов, которые определены на основе миро-вых данных, а также – 9 политик. Агрегирование идет путем свертки дан-ных с помощью супервычислителей. По данным получены сведения поШвейцарии, Швеция и др., где идет гармонизация экономики, социолиза-ции общества и анализ экологии.

В модели BRIK – страны идут по списку: Россия, Бразилия, Китай,Индия и др. Кроме индикаторов и критериев используются экзотические«данные о ночных огнях», когда с помощью спутников фиксируется ин-тенсивность огней в ночное время суток, и по этому индикатору оценива-ется уровень и устойчивость развития. Обработка данных позволяет уста-новить различные корреляции. Эти данные необходимы для людей, при-нимающих решение. Большое число индикаторов необходимо «свернуть»с помощью процедур анализа. Спуск по наихудшим индикаторам выпол-няется по региональному принципу, по принадлежности к группам боль-шой восьмерки и по другим критериям. Данные для Украины – различны,а выделяя наихудшие идикаторы можно получить информацию для лиц,принимающих решение, с целью влияния на развитие.

Вторая составляющая индикаторов – «качество жизни людей». Из-меряя статистики жизней, унесенных конфликтами, установлена перио-дичность, причем с годами возрастает частота ухудшения жизни с разви-тием техники, способствующих конфликтам. Возникает вопрос: до какойстепени объективны статистики «волн», ответ, на который, можно сделатьс помощью преобразования Фурье и других методов. Можно составитьпрогноз о будущем конфликтов как гипотез, причем лучше дать эту ин-формацию для широкой общественности или сделать прогноз по угрозам,

112

включая мнения различных государств. Например, сокращение энергоре-сурсов, нарастающее социальное неравенство и др. В начале 21 века про-изойдет пересечение «кривой производства» энергии из углеводородоре-сурсов с «аналогичной кривой» для урана, поэтому стремление к контро-лю за остатками топлива может быть причиной конфликта. Анализ отно-шения «биомассы Земли» к ресурсам создает будущее для конфликтов вборьбе за качество жизни, включая стремление одной страны жить за счетдругих стран. Аналогичное возможно в части структуры населения. Соот-ношения между ними может приводить к конфликтам.

Сформулированы типы угроз для возникновения конфликтов. По уг-розам есть доступные данные. Введена норма Минковского агрегирован-ного вектора угроз размера 10, что дает характеристику угроз для группгосударств: большая восьмерка, БРИК-страны, страны постсоветскогопространства и др. Далее можно оценить значение кватерниона степениопасности угроз.

Ответ на многие вопросы дал академик В.И. Вернадский: «интеллектне должен уничтожать себя» и академик РАН Н.Н. Моисеев, который соз-дал программу «Ядерная зима», иллюстрирующую тот факт, что «если че-ловек не изменит радикально свои устремления, то уже к середине 21 векаоно перестанет существовать». Все дополнительные данные на сайте ми-рового центра данных: http//:icsu-wds/org, где можно получить все данныена русском языке по всем странам.

В презентации Варшавского Политехнического университета отра-жены: образование по трехуровневой системе, система качества ESTS.Обучение на английском языке ведется на 8 факультетах. Проект образо-вания базируется на Европейской операционной программе.

В заключение было сформулировано предложение КПИ о способст-вовании развитию системы устойчивого развития на основе бакалаврскихпрограмм, координация действий и требований с учетом университетскихнаучных школ с целью выработки «Стандарта Европы».

113

СИСТЕМА ПЛАНИРОВАНИЯ И СОПРОВОЖДЕНИЯКАРЬЕРЫ БУДУЩИХ СПЕЦИАЛИСТОВ В ВУЗЕ

Малыгин Л.Л.Директор,

Стрижов А.Н.Заместитель директора по УВР,

Залюбовская Е.Г.Руководитель

Центра развития карьеры «Перспектива»Институт менеджмента и информационных

технологий (филиал) Санкт-Петербургскогогосударственного политехнического

университета, г. Череповец

В условиях модернизации высшего образования основополагающейцелью подготовки будущего специалиста является формирование профес-сиональной компетентности, которая проявляется, в том числе, в грамот-ном планировании и построении своей карьеры.

С целью формирования системы управления карьерой будущих вы-пускников в ИМИТ СПбГПУ создан Центр развития карьеры «Перспекти-ва».

Практико-ориентированную систему планирования и сопровожде-ния карьеры будущего специалиста можно представить в виде следующихосновных этапов.

Первый этап (довузовская подготовка). Цель – мотивация будущихабитуриентов на самопознание, осознанное профессиональное самоопре-деление. Основными средствами достижения цели является деятельност-ное погружение старшеклассников, как в моделируемую профессиональ-ную среду, так и в социально-образовательную среду вуза.

Второй этап (1 – 2 курс) связан с адаптацией студентов младшихкурсов к условиям обучения в вузе, формированием корпоративной среды,

114

саморазвитием и самореализацией, развитием навыков эффективноговзаимодействия.

Студент, как субъект, мотивированный на самоизменение, способенсамостоятельно планировать, строить, оценивать и развивать свою карье-ру.

Цели реализуются через включение студентов в Программу лично-стного и профессионального развития, проектную деятельность, формиро-вание и заполнение электронной формы портфолио.

Третий этап (3 – 4 курс) направлен на формирование индивидуаль-ного стиля, приобретение навыков профессиональной деятельности,обобщение индивидуального опыта. Преобладающим видом деятельностиявляется реализация реальных бизнес-проектов.

Дальнейший практический опыт построения карьеры студенты по-лучают в «Школе развития карьеры» при ИМИТ СПбГПУ.

Соискатели оцениваются на основании представленного портфолио,являющегося эффективным средством самопрезентации студента и выпу-скника. Портфолио позволяет работодателю увидеть весь спектр профес-сиональных умений и способностей кандидата и помогает принять опти-мальное кадровое решение.

Логическим следствием и дополнительным инструментом в содейст-вии трудоустройству и развитию карьеры студентов и выпускников ИМИТСПбГПУ является «Электронная студенческая биржа труда «Перспекти-ва». Она представляет собой информационно-аналитическую виртуальнуюплощадку, размещенную на сайте ИМИТ СПбГПУ, объединяющую инте-ресы студентов, выпускников и потенциальных работодателей.

Таким образом, в ИМИТ СПбГПУ разработана, внедрена и успешнофункционирует система построения карьеры студентов, которая ориенти-рована на все формы обучения и обеспечивает в условиях экономическогокризиса трудоустройство по специальности более 80% выпускников вуза.

Литература:1. В.И. Байденко. Выявление состава компетенций выпускников ву-

зов как необходимый этап проектирования ГОС ВПО нового поколения:

115

Методическое пособие. – М.: Исследовательский центр проблем качестваподготовки специалистов, 2006. – 72 с.

2. Козлов В.Н. Структурный анализ квалификационных характери-стик ГОС ВПО и вклада социальных дисциплин в формирование базовыхи профессиональных компетенций при подготовке специалистов в областитехники и технологии / Отчет по НИР. СПб.: изд. СПбГПУ – 2003. – 98стр.

3. Концепция модернизации российского образования на период до2010 года (одобрена распоряжением Правительства от 29.10.2001 1756-р). – www.ed.gov.ru/min/pravo/276,print (15 февраля 2005г.).

www.ed.gov.ru/min/pravo/276

116

УКАЗАТЕЛЬУЧАСТНИКОВ КОНФЕРЕНЦИИ

ПЛЕНАРНЫЕ ДОКЛАДЫ…………………………………………………………………………..4

РАЗВИТИЕ СИСТЕМЫ ПОДГОТОВКИ И ЗАКРЕПЛЕНИЯ КАДРОВ ДЛЯНАУКОЕМКИХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ И НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙСФЕРЫ

РУДСКОЙ А.И., БАБКИН А.В., КАРОВ Д.Д., РУДЬ В.Ю. ....................................................................4

АЛЬТЕРНАТИВНАЯ ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИКА И НАНОТЕХНОЛОГИИ

ИГНАТЬЕВ М.Б., ЯКОВЛЕВ Р.М. ........................................................................................................13

ИССЛЕДОВАНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИБРИДНОЙ ЛАЗЕРНО-ДУГОВОЙ СВАРКИ

МЕТАЛЛОВ БОЛЬШИХ ТОЛЩИН

ТУРИЧИН Г.А., ЛОПОТА А.В., ЦИБУЛЬСКИЙ И.А., ВАЛДАЙЦЕВА Е.М. ..........................................30

ХАЛЬКОГЕНИДНЫЕ СТЕКЛА: ВЧЕРА, СЕГОДНЯ, ЗАВТРА

БЛИНОВ Л.Н........................................................................................................................................53

РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ В ЗАДАЧАХСИТУАЦИОННОГО АНАЛИЗА И УПРАВЛЕНИЯ

ШКОДЫРЕВ В.П..................................................................................................................................68

СОЦИАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ РОССИЙСКОЙ МОДЕРНИЗАЦИИ

ГОРЮНОВ В.П.....................................................................................................................................76

ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПРОГРАММНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

КАРПОВ Ю.Г.......................................................................................................................................88

СИСТЕМНО-АНАЛИТИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПРОФИЛЕЙБАКАЛАВРИАТА

ВАСИЛЬЕВ Ю.С., КОЗЛОВ В.Н., ЧЕРНЕНЬКАЯ Л.В...........................................................................93

МЕТОДЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПОТРЕБНОСТИ ЭКОНОМИКИ РОССИИ В КАДРАХВ УСЛОВИЯХ ГЛОБАЛИЗАЦИИ

КОЗЛОВ В.Н., РОМАНОВ П.И., БЫСТРОВ И.Е. ................................................................................104

О РАЗВИТИИ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В СОДРУЖЕСТВЕТРЕХ УНИВЕРСИТЕТОВ

КОЗЛОВ В.Н......................................................................................................................................108

СИСТЕМА ПЛАНИРОВАНИЯ И СОПРОВОЖДЕНИЯ КАРЬЕРЫ БУДУЩИХСПЕЦИАЛИСТОВ В ВУЗЕ

МАЛЫГИН Л.Л., СТРИЖОВ А.Н., ЗАЛЮБОВСКАЯ Е.Г. ...................................................................113

Documents

Фундаментальные исследования и инновации в национальных исследовательских университетах: Материалы