Материалы студенческой научно-исследовательской конференции «Актуальные проблемы развития И истории технических, естественных и гуманитарных наук в системе высшего образования» (стр. 13 )

Изобретатель парового молота Нэсмит писал, что отдельные конструкторы «... стали применять высокое давление, которое заставило бы инженеров старой школы упасть в обморок со страха. Но так как экономический результат этого повышенного давления пара очень быстро обнаружился в совершенно недвусмысленной форме фунтов, шиллингов и пенсов, паровые котлы высокого давления при конденсационных машинах получили почти всеобщее распространение». Упомянутое Нэсмитом «высокое» давление составляло не более одной избыточной атмосферы над давлением воздуха, но переход к этому давлению в 1 атм от давлений 0,1—0,25 атм уже приносил значительный экономический эффект. Поэтому с 1830 по 1870 г. давление в паросиловых установках возросло не менее чем в три раза, от 1 до 3 атм.

С развитием паросиловых установок начала отчетливо проявляться их специализация. В середине XIX в. можно было различить несколько групп специальных паросиловых установок.

Водоподъемные установки, положившие начало паровым двигателям, получили значительное развитие. Лучшие из установок данного назначения имели к. п.д. до 6,5%. Отдельные установки такого типа имели к. п.д. до 8%.

Шахтные подъемные паросиловые установки получили реверсивное устройство и устраивались чаще всего одноцилиндровыми с балансирным приводом к барабану, на который наматывался канат шахтного или рудничного подъемника.

Воздуходувные паросиловые установки сначала строились балансирными по типу, разработанному еще Ползуновым. Затем с заменой клинчатых воздуходувных мехов цилиндрическими от балансиров отказались и соединяли поршень парового двигателя непосредственно с поршнем воздуходувного цилиндра одним общим штоком.

Локомобили — передвижные паросиловые установки, заключавшие в себе весь необходимый комплекс устройств: котел, машину, насосы, конденсатор, начали распространяться с середины XIX в. сначала в Англии, а потом и на европейском континенте. Локомобили строились небольшой мощности порядка 4—8 л. с. с давлением пара в 3—4 атм и скоростью вращения вала 125—150 об/мин.

Развитие паровой машины создало предпосылки к возникновению второго вида теплового двигателя — двигателя внутреннего сгорания.

Почва для многочисленных изобретений была уже подготовлена. Исходя из успехов парового универсального двигателя, многочисленные изобретатели не отказывались от  конструктивных форм этого двигателя, а, наоборот, целиком заимствовали их. Задача состояла в том, чтобы отказаться от котла, от котельного помещения, от высоких фабричных труб. И решение этой задачи мыслилось в сжигании горючего непосредственно в самом двигателе, откуда он получил свое название: двигатель внутреннего сгорания.

К 70-м годам XIX в., когда новая энергетика, основанная на преобразовании теплоты в механическую работу, развилась и укрепилась, полезно подвести некоторые итоги возрастания взаимосвязей между этой новой областью техники и наукой.

Все острее начала ощущаться потребность в знаниях свойств рабочего тела — водяного пара.

Исследования водяного пара, выполнявшиеся вне связи с потребностями практики (Д. Папен, определивший еще в 1691 г. зависимость температуры парообразования от давления; Циглер, в 1759 г. уточнивший данные Палена), перестали быть единичными, когда возник практический интерес к свойствам водяного пара. Этот интерес побудил У а т т а совместно с Б л э к о м провести работу, в результате которой было найдено отношение объема насыщенного пара к объему воды при давлении 1 атм и построены достаточно точные кривые зависимости между давлением и температурой водяного пара от 0° С и 1 ата до 100° С в соответствии с потребностями технической практики того времени.

Пар как рабочее тело двигателей начал все сильнее привлекать к себе внимание ученых. Бетанкур (1792), Прони (1796), Робисон (1822), Тредгольд (1838) и другие ученые исследуют и уточняют свойства водяного пара с определенной целью — лучше понять процессы, протекающие в паросиловых установках.

В 40-х годах XIX в. паровые машины начали играть столь существенную роль в производстве и экономике, что французское правительство решило провести опыты по определению величин, используемых при тепловых расчетах, поручив это физику А. В. Р е н ь о.

Исследования Реньо были дополнены опытами Г. А. Г и р н а, исследовавшего ряд свойств насыщенного водяного пара. Гнрн впервые ввел понятие о паросодержании, или степени сухости пара. Теплота парообразования рассматривалась им состоящей из двух частей: внутренней, связанной с работой разъединения молекул в процессе образования пара, и внешней, идущей на совершение работы расширения в процессе парообразования. Исходя из такого рассмотрения полного процесса парообразования, Р. Клаузиус вывел уравнение, связывающее изменение удельного объема при парообразовании с величиной скрытой теплоты. Это уравнение, над которым работал и Б. Клапейрон, получило название уравнения Клапейрона — Клаузиуса.

В рассматриваемый период (1830—1870) значительное развитие получили гидравлические двигатели. В конце XVIII в. паровой универсальный двигатель вытеснил водяное колесо с позиций монопольного энергетического агрегата и дал возможность многократно увеличить потребление мощности на технологические процессы и транспорт. Однако эта победа парового двигателя не исключала целесообразности использования водяного. двигателя там, где для этого представлялись удобные природные условии тем более, что водяной двигатель не вызывает расхода на топливо. Но в своей старой форме водяного колеса гидравлический двигатель постепенно отставал от запросов потребителей механической энергии — разнообразных технологических машин, которые, следуя объективной исторической тенденции к интенсификации техники и технологических процессов, все время наращивали число оборотов. Водяное же колесо по своей природе — двигатель тихоходный, вращающийся со скоростью 2—4 об/мин.

В процессе развития производительных сил общества характер взаимосвязей между научной теорией и производственной практикой такжеизменяется, он зависит прежде всего от глубины познания явлений и процессов природы. С более глубоким проникновением в более сложные явления природы усложняется и техника использования этих трубу явлений для производства. Вспомним слова Ползунова о том, как «просто и очевидно» действуют водяные колеса и как сложно Действие «огненных машин», которые "тонким невидимо изнутри возбуждаются духом". В связи с этим человек начал на основе практического опыта применять водяные колеса за тысячелетия до того, как Бернулли проник в энергетическую сущность «простого и очевидного» действия  водяных колес. Отсюда может сложиться представление о неправильности утверждения о том, что техника создается человеком на основе познания законов природы. Вопрос заключается в глубине познания. Строители первых водяных колес знали из опыта, что движущаяся вода несет в себе «силу» Это познание было грубым, приближенным, но верным, что и оправдывалось основным критерием правильности познания — опытом практической работы водяных колес.

Для построения первых тепловых двигателей, использующих незримое глазу молекулярное движение, понадобились научные открытия в области атмосферного давления, упругости пара и его конденсации, упругости газов, меняющейся с их температурой. Сведения эти были неточны, но достаточны для построения грубых и неэкономичных машин. Затем экономика производства поставила задачи, направившие ученых на уточнение и углубление сведений о теплоте и рабочем теле, приведших в конечном счете к становлению термодинамики и теории тепла. Еще сложнее, еще недоступнее непосредственному восприятию явления электрические. И в этой области, естественно, практическому применению электричества предшествовал более длительный и долгий путь научных исследований, начиная с Гильберта, издавшего в 1600 г. книгу «О магнитах, магнитных явлениях и о большом магните Земле», до открытия в 1822 г. Ампером электродинамики ив 1831 г. Фарадеем законов электромагнитной индукции. Потребовалось более двухсот лет исследований (см. стр. 271), прежде чем техническая практика получила из рук физиков данные, достаточные для их использования в практических целях.

Для рассматриваемого периода характерно начало проникновения в производство методов научного эксперимента. Объектом экспериментального исследования становится машина, сооружение, любой технический объект. Необходимость такого исследования была понята уже Д. Уаттом, соорудившим первый индикатор для регистрации процесса расширения пара в полости цилиндра паровой машины. Паровая машина была одним из первых технических объектов, вызвавших к жизни новый вид взаимосвязи между наукой и техникой.

ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ИГР ДЛЯ ПРИНЯТИЯ УПРАВЛЕНЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ

и ,

Теория игр принадлежит к наиболее молодым математиче­ским дисциплинам. Ее возникновение относится к 1944 г., когда вы­шла в свет монография Неймана и Моргенштерна «Теория игр и эко­номического поведения». В дальнейшем теория игр превратилась в са­мостоятельное математическое направление, имеющее широкое применение.

Теория игр позволяет находить оптимальные стратегии в ситуациях, связанных с выбором наивыгоднейших производственных решений в условиях научных и хо­зяйственных экспериментов, с организацией статистического контроля и хозяйственных взаимоотношений между предприятиями промышлен­ности как одной, так и разных отраслей. Столкновение противоположных интересов приводит к возникновению так называемых  конфликтных ситуаций, необходимость разрешения которых и привела к возникновению теории игр.

Формализуя конфликтные ситуации математически, их можно представить как игру двух, трех и более игроков, каждый из которых преследует цель максимизации своей выгоды, своего выигрыша за счет других. Решение подобных задач требует определенности в формулиро­вании их условий: установления количества игроков и правил игры, вы­явления возможных стратегий игроков, возможных выигрышей.

Для решения игровых задач применяются алгебраические методы, основан­ные на использовании систем линейных уравнений и неравенств, итера­ционные методы, а также методы сведения задач к некоторой системе дифференциальных уравнений.