Пример контрольной работы по физике: Определить радиус 4-го темного кольца Ньютона, если между линзой радиуса 5 м и плоской поверхностью, к которой она прижата, находится вода (λ= 600 нм)

Выдержка из текста работы

Трение играет центральную роль в разнообразных системах и явлениях которые на первый взгляд могут показаться не связанными друг с другом, но у которых при более внимательном осмотре обнаруживаются общее особенности, которые свойственны всем трибологическим процессам в областях технологии, геологии и биологии. Разработка износостойких поверхностей с низким трением и тонких смазочных пленок стала важным фактором в миниатюризации подвижных частей во многих технических приборах. Последние включают микроэлектромеханические системы (МЭМС), компьютерные запоминающие системы, миниатюрные двигатели и др. Старые, простые эмпирические законы трения не всегда работают в таких системах. Это происходит потому, что они характеризуются высоким отношением поверхности к объему, и для них более важна химия поверхностей, адгезия и структура (или шероховатость) последних. Обычные трибологические методы, что используются для макроскопических объектов, могут оказаться не эффективными на нанометровом масштабе, что требует новых подходов для контролирования изучения подобных систем. Особенно быстро развевается область трибологии, что изучает биосистемы, и также смазочные механизмы в суставах.

Оказывается, что в природе обычно встречаются смазочные системы, которые основаны на воде. По смазочным свойствам они оставляют далеко позади смазки, что базируются на маслах, и которые используются в большинстве приборов, изготовленных человеком. Создание смазок, подобных природным , на сегодня является важной не решенной задачей.

Первым шагом к решению данной задачи есть изучение трибологических свойств пленок воды. Так как реальные контакты макроскопических тел происходят на большом количестве микро- и нанонеровностях и шероховатостей поверхностей, для пояснения макроскопического трения необходимо понять поведение одного наноконтакта. Экспериментально это стало возможным в 80-х годах ХХ столетия одновременно с изобретением сканирующей зондовой микроскопии и аппарата поверхностных сил (АСП). Исследования ультратонких (толщиной 1-6 молекулярных диаметров) пленок разнообразных жидкостей с использованием АПС определили в них ряд необычных свойств, обусловленными главным образом малыми размерами систем. Кроме того, было установлено, что пленка толщиной один молекулярный диаметр, сжатая между гидрофильными поверхностями слюды, имеет очень хорошие смазочные свойства.

С целью поиска теоретической модели, которая смогла бы дать возможность объяснить трибологические свойства тонкой пленки воды, в работе проведены компьютерные эксперименты с использованием метода молекулярной динамики. Исследовалось поведение молекул воды, сжатых между атомарно-гладкими абсолютно твердыми алмазными поверхностями. Пленка состоит с одного или двух слоев молекул, для которых использована модель TIP4P. В зависимости от приложенной к поверхностям нагрузке, силы сдвига и количества шаров жидкости исследовано равновесные и динамические свойства пленки. Полученные результаты указывают на способность модели отобразить общие свойства, принадлежащие ультратонким пленкам жидкости с простыми молекулами, сжатыми между атомарно-гладкими твердыми поверхностями.

В данной работе представлены результаты компьютерных экспериментов, в которых исследовалось влияние периодического рельефа атомарного масштаба алмазных поверхностей на поведение сжатых между ними молекул воды и аргона. Целью работы есть исследование поведения ультратонких пленок аргона, сжатых между алмазными поверхностями с периодическим атомарным рельефом, и сравнить с поведением ультратонких пленок воды и аргона, заключенных между гладкими и шероховатыми пластинами.

1. СВОЙСТВА ТОНКИХ ПЛЕНОК ЖИДКОСТЕЙ, СЖАТЫХ МЕЖДУ ТВЕРДЫМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ

1.1 История исследований и экспериментальные инструменты

Трение является одной из самых старых проблем в физике с огромной практической значимостью. Оно издавна признавалось ограничивающим фактором для многочисленных практических применений и для многих технологических областей. Поэтому всегда существовал значительный интерес в понимании и контролировании этого процесса. Например, древние египтяне изобрели новые технологии передвижения камней, использовавшихся для построения пирамид; французский ученый Кулон изучал трение из-за необходимости в легком перемещении кораблей с суши на воду; исследования Джонсона автомобильных стеклоочистителей улучшили понимание контактной механики и поверхностных энергий. На сегодняшний день интерес и развитие трибологии — науки о трении — сфокусированы на микро- и наномасштабные машины с подвижными частями, что продолжает требовать понимания принципов, лежащих в основе трения. Это мотивировало исследователей изучать данное явление на очень малых масштабах, определять его фундаментальные причины, и обусловило появление нового направления трибологии, названного нанотрибологией. Исследования трения на атомарном уровне также проложили путь для некоторых инноваций, например, самосмазывающихся поверхностей и стойких к износу материалов. Известно, что механизмы трения на наноуровне иногда полностью отличаются от механизмов, доминирующих на макромасштабах. Это имеет непосредственное значение для устройств с нанометровыми режимами работы, например, магнитных запоминающих дисков, размеры которых постепенно уменьшились на протяжении нескольких последних лет, и микроэлектромеханических систем, где трение на атомарном уровне, адгезия и износ являются доминирующими процессам.

Научные исследования трения на атомарном масштабе стали проводиться с конца 1980-х годов. Это произошло благодаря одновременному развитию новых экспериментальных инструментов для измерения трения на нанометровых расстояниях при небольших нагрузках, быстрому росту вычислительных мощностей компьютеров, а также дозреванию теоретических методов, необходимых для изучения процессов в материалах реалистическими способами. Например, аппарат поверхностных сил (АПС) и зондовая сканирующая микроскопия обеспечили исследователей новой информацией о трении и смазывании многих жидких и твердых систем с необыкновенно высокой разрешающей способностью. С помощью современной экспериментальной аппаратуры можно исследовать поверхности трения на атомарном уровне и, в конце концов, связать наблюдаемое поведение с явлениями, имеющими место на макроскопическом уровне [5].

Экспериментальное исследование граничных смазок проводится с помощью АПС, модифицированного для экспериментов по трению.

Схематически он представлен на рисунке 1.1. Основная часть АПС состоит из двух молекулярно-плоских поверхностей слюды каждая толщиной около 2 мкм, покрытых полупрозрачным 50 — 60 нм слоем серебра и приклеенных к цилиндрическим кремниевым дискам радиуса 10 мм. Оси цилиндров взаимно перпендикулярны, используется схема перекрещивающихся цилиндров. Поверхности слюды находятся в герметичной камере, заполненной исследуемой жидкостью или газом. Расстояние между поверхностями контролируется с точностью до 0.1 нм (для измерений используется оптическая интерференция полос равного хроматического порядка), силы — с точностью до 10 нН.

Подвижный блок перемещается с помощью пьезоэлектрической трубки, в результате пружины деформируются, и, исходя из деформаций, определяется сдвиговая (латеральная) сила. АПС также позволяет контролировать нагрузку (нормальную силу) и скорость сдвига и одновременно измерять расстояние между поверхностями, форму поверхностей, истинную (молекулярную) площадь контакта между атомарно-гладкими поверхностями, и изменение силы трения со временем.

Рисунок 1.1 — Верхняя часть: схематическое изображение АПС. Нижняя часть (слева направо): схема перекрещивающихся цилиндров, а также схематическое изображение оптических полос равного хроматического порядка для случаев, когда поверхности находятся на расстоянии друг от друга и сплюснуты с монослоем молекул между ними

Как правило, материалом пластин в экспериментах является слюда, поскольку она позволяет относительно легко получить атомарно-плоские поверхности. Однако в принципе с помощью АПС можно исследовать пластины из любого прозрачного материала, в частности, проводились эксперименты для сапфира и кремния [11].

Описав экспериментальную установку для изучения граничных смазок, перейдем к рассмотрению основных трибологических понятий и законов.

1.2 Основные трибологические понятия и законы

Прежде всего, необходимо отличать два разных явления: статическое трение и кинетическое трение [1]. Статическая сила трения определяется как минимальная сила, необходимая для начала скольжения. Ее значение зависит от атомной структуры границы раздела поверхностей и адгезионных взаимодействий. Чтобы начать скольжение, необходимо или разорвать межатомные связи, или инициировать пластическое течение на границе жидкость — поверхность. Очевидно, что этот процесс будет происходить сначала в некоторых «слабых» местах.

Кинетическая сила трения — это сила, необходимая для поддержания скольжения двух поверхностей. Фактически кинетическое трение следует рассматривать как механизм перевода энергии поступательного движения в тепло. Поэтому значение величины определяется скоростью возбуждения различных степеней свободы системы благодаря скольжению. Энергия этих возбуждений со временем превращается в тепло.

Как статическое, так и кинетическое трение являются очень важными для практических применений, и в различных ситуациях требуется как высокое, так и низкое их значение. Без статического трения мы не могли бы ходить, а автомобили передвигаться. Высокое статическое трение необходимо для стабильного удержания механических конструкций, соединенных гайками и болтами. Низкое статическое трение требуется в подвижных частях машин, например, автомобильных двигателях, и наилучшим решением было бы нулевое значение с жидкими смазками.

Хотя кинетическое трение нельзя устранить, в большинстве машин мы предпочитаем иметь как можно меньшее его значение. Однако в некоторых случаях необходимо высокое кинетическое трение, например, между дорогой и шинами автомобиля при торможении.

Выделяют два различных режима — гидродинамическое (жидкостное) трение и граничное смазывание (или граничное трение). В первом случае поверхности разделены толстой (приблизительно более 0.01 мм) жидкой пленкой смазки. Физическая задача в этом случае сводится к решению гидродинамического уравнения Навье — Стокса с соответствующими граничными условиями и геометрией контакта, а кинетическое трение определяется главным образом вязкостью жидкой смазки. Во втором случае поверхности разделены тонкой пленкой смазки (толщиной несколько атомарных диаметров). Случай «сухого трения» также относится к этому классу. Граничное трение, очевидно, является наиболее важным в микромашинах. Однако, даже в макромашинах, где, как правило, действует гидродинамическое трение, граничное смазывание также является важным в моменты остановки/запуска, когда смазка выдавливается из зоны контакта, и поверхности переходят в непосредственное соприкосновение.

Опишем трибологические законы и свойства граничной смазки, хорошо установленные экспериментально. Прежде всего, два основных закона Амонтонса, датированные 1699 годом, утверждают:

— сила трения прямо пропорциональна нагрузке. Этот закон также известен как закон трения Кулона;

— трибологический коэффициент трения не зависит от площади контакта и нагрузки и имеет значение порядка единицы.

Необходимо подчеркнуть, что оба закона работают и для статического, и для кинетического трения, хотя коэффициент статического трения и кинетический коэффициент определяются различными механизмами.

Для граничного трения, когда поверхности разделены тонкой пленкой смазки толщиной несколько нанометров, экспериментально измеряемое трение намного превышает, например в 10², или даже в 10⁵ — 10⁷ раз гидродинамическое трение. Оно зависит в большей мере не от вязкости смазки, а от ее химического состава. Как правило, хороший смазочный материал — это вещество, которое адсорбируется на твердых поверхностях, поскольку это препятствует выдавливанию смазки из зоны контакта [1].

При температурах и скоростях сдвига, меньших некоторых критических значений, для некоторых веществ может иметь место эффект прилипания — скольжения, для которого наблюдаются периодические остановки и резкие проскальзывания двигающихся пластин [1 — 4]. В этом случае временные зависимости силы трения приобретают пилообразную форму с регулярными пиками, показанными на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 — Экспериментально полученные временные зависимости силы трения в режиме прилипания — скольжения для поверхностей слюды, разделенных слева — молекулами поверхностно-активных веществ (для различных скоростей скольжения), рисунок справа — простыми сферическими молекулами (для различного числа слоев молекул)

Режим прилипания — скольжения является признаком наличия твердоподобного состояния смазки и считается одной из основных причин износа трущихся поверхностей [4]. Рассмотрев общие трибологические понятия и законы, перейдем к более детальному описанию свойств ультратонких пленок жидкостей.

1.3 Свойства тонких пленок жидкостей, сжатых между твердыми поверхностями

Поведение жидкостей, ограниченных в очень малых объемах, например, узких порах или тонких пленках, в общем случае полностью отличается от их объемного поведения. Как теоретически, так и экспериментально выяснено, что в пленках, толщина которых меньше десяти молекулярных диаметров, молекулы становятся более упорядоченными, и их подвижность резко уменьшается [1 — 4].

Плотность жидкости в молекулярно-тонкой пленке не является однородной, а имеет осциллирующий профиль. Период осцилляций близок к диаметру молекул жидкости и отражает вынужденное упорядочение молекул в квазидискретные слои между двумя поверхностями. Чем ближе две пластины приближаются друг к другу, тем более выраженными становятся эти колебания плотности.

Что касается динамических характеристик, то установлено, что когда расстояние между поверхностями превышает приблизительно десять молекулярных диаметров, простая жидкость в промежутке между ними сохраняет свое ньютоновское поведение (т. е. наблюдается гидродинамическое трение). Однако «эффективная» вязкость более тонких пленок значительно возрастает. В экспериментах с простыми жидкостями, например, циклогексаном, найдено, что когда две молекулярно-гладкие поверхности слюды, между которыми находится только один или два слоя молекул жидкости, скользят друг по другу (течение Куэтта), «эффективная» вязкость превышает объемное значение на 5 — 7 порядков. Более того, выяснено, что вообще вся концепция ньютоновской вязкости перестает быть справедливой для таких тонких пленок: например, у них появляются пределы текучести, и сдвиговые напряжения больше не зависят от скорости сдвига.

Также во время скольжения, когда расстояние между пластинами приблизительно совпадает с минимумами энергии осциллирующих силовых кривых, поверхности разделены целым числом слоев молекул жидкости, и сдвиговые напряжения и другие трибологические свойства являются «квантованными» по числу слоев. Свойства «жидких» пленок толщиной только один — два молекулярных диаметра оказываются больше твердоподобными, чем жидкоподобными.

Таким образом, свойства молекулярно-тонких пленок могут быть очень сложными. Они зависят от структуры жидкости, структуры и соизмеримости поверхностей, потенциала взаимодействия поверхность — жидкость, давления между поверхностями, направления сдвига, скорости сдвига, и — особенно для больших несимметричных молекул — их предыстории. Поведение пленок в твердоподобном состоянии более напоминает двумерные нематики или ковкие твердые тела, испытывающие пластическую деформацию. Также в отличие от макроскопического состояния вещества в таких пленках позиционное и ориентационное упорядочение молекул обусловлено не только взаимодействием молекул жидкости друг с другом, но и сильной близостью двух поверхностей.

Для объяснения описанных свойств ультратонких пленок смазки широко применяется компьютерное моделирование. Рассмотрим некоторые результаты, полученные с его помощью.

1.4 Результаты компьютерных экспериментов

Моделирования методами Монте Карло и МД, примененные для исследования сдвига в молекулярно-тонких пленках жидкостей, также указывают на их твердоподобные свойства [1, 4, 9, 18 — 21]. Результаты моделирования двух пластин, разделенных леннард — джонсовскими (ЛД) жидкостями, показывают, что для пленок, толщина которых менее 6 — 10 молекулярных диаметров, молекулы между стенками упорядочиваются в квазидискретные слои, при этом коэффициент диффузии уменьшается, а вязкость возрастает. Для атомарно-структурированных (т. е. шероховатых) поверхностей предсказано существование резкого фазового перехода жидкость — твердое тело в пленках толщиной менее 6 молекулярных диаметров. При этом молекулы становятся упорядоченными как перпендикулярно, так и параллельно пластинам. Однако горизонтальное упорядочение исчезает для неструктурированных, т. е. математически гладких стенок. Как и в экспериментах, были выявлены сильно выраженные квантованные пределы текучести для шероховатых поверхностей. Они также исчезали для неструктурированных пластин. Моделирования ясно указывают на большую важность атомарной структуры или «гранулярности» реальных поверхностей при изучении пленок, которые сами имеют такие же атомарные размеры.

В работе [18] проведено исследование методом МД ультратонкой пленки ЛД жидкости между твердыми гладкими поверхностями. Наблюдался режим прилипания — скольжения, причину которого авторы усматривают в переходах пленки между твердоподобным и жидкоподобным состояниями. МД моделирование, проведенное Перссоном с сотрудниками, показывает механизм, по которому этот переход происходит [22]. А именно, в случае скольжения диэлектрических кристаллических поверхностей твердоподобная смазка может находиться в «суперсмазочном» состоянии, в котором трение становится пренебрежимо малым. Однако из результатов моделирования ясно, что даже малая концентрация поверхностных дефектов будет переводить смазку из твердоподобного в жидкоподобное состояние. Когда скольжение происходит на металлических поверхностях при температурах, превышающих криогенную, имеется ненулевой электронный вклад в трение, и суперсмазочное состояние оказывается невозможным.

Если молекулы жидкости не являются сферическими, то им сложнее упорядочиваться и затвердевать. МД моделирования показывают, что сферические молекулы имеют большие критические скорости, чем разветвленные молекулы. Например, МД моделирования, проведенные Томпсоном и Роббинсом [18, 19] показывают, что когда молекулы разветвленные, не сила трения изменяется со скоростью скольжения, а изменяется количество времени, на протяжении которого различные части системы находятся в режиме прилипания или скольжения.

Таким образом, и реальные, и компьютерные эксперименты указывают на необычные свойства граничных смазок, которые кратко можно сформулировать следующим образом:

— молекулы жидкостей, сжатых между двумя атомарно-плоскими твердыми поверхностями, становятся более упорядоченными и стремятся образовать слоистые структуры. Плотность жидкости в ультратонкой пленке неоднородна и имеет осциллирующий профиль. Период осцилляций близок к величине диаметра молекул и отражает вынужденное упорядочение молекул в квазидискретные слои;

— подвижность молекул в ультратонких пленках значительно снижается по сравнению с объемными жидкостями. Это проявляется в уменьшении коэффициента диффузии и в увеличении сдвиговой вязкости и молекулярных времен релаксации;

— граничная смазка может иметь два вида реакций на сдвиг: жидкоподобную, при которой жидкость течет при приложении сдвиговых напряжений, и твердоподобную, характеризующуюся наличием пределов текучести. В твердоподобной пленке молекулы могут упорядочиваться как перпендикулярно, так и параллельно пластинам. Поведение пленок в твердоподобном состоянии более напоминает двумерные нематики или ковкие твердые тела, испытывающие пластическую деформацию. Также в отличие от макроскопического состояния вещества в таких пленках позиционное и ориентационное упорядочение молекул обусловлено не только взаимодействием молекул жидкости друг с другом, но и сильной близостью двух поверхностей;

— для скоростей и температур, меньших некоторого критического значения, может наблюдаться эффект прилипания — скольжения, при котором движение сдвигаемой поверхности происходит как серия чередующихся остановок и проскальзываний. Режим прилипания — скольжения является признаком наличия твердоподобного состояния смазки.

Описав общие свойства ультратонких пленок жидкостей, рассмотрим необычные свойства воды.

1.5 Уникальные свойства воды

Вода — необычное вещество. Ее свойства занимают особое место среди явлений, связанных с межмолекулярными силами. Два типа «специальных взаимодействий» — водородная связь и гидрофобный эффект — присущи именно молекулам воды [10].

Для жидкости с низкой молекулярной массы вода имеет неожиданно высокие температуры плавления и кипения и удельную теплоту испарения. Конечно, существует много других веществ с низкой молекулярной массой и высокими соответствующими температурами, но все они без исключения ионные кристаллы или металлы, атомы которых взаимодействуют друг с другом сильными кулоновскими или металлическими связями. Максимум плотности при 4 ^оС и необычное явление, что твердая вода (лед) легче жидкой, указывают на то, что молекулы льда предпочитают находиться на большем расстоянии друг от друга, чем в жидкости. Можно сделать вывод, что в жидком состоянии сохраняются сильные межмолекулярные связи, образующиеся у льда. Они должны сильно зависеть от взаимной ориентации молекул, поскольку вода выбирает тетраэдрическую координацию (четыре ближайших соседа на молекулу) вместо плотно упакованной (12 ближайших соседа на молекулу). Вода имеет и другие особенности, например, очень низкую сжимаемость и исключительные свойства растворимости как относительно растворимого, так и растворителя.

Перечисленные необычные свойства воды указывают на то, что некоторые очень сильные и зависимые от ориентации связи включены во взаимодействие между ее молекулами. Эти связи называются водородными. Они играют особенно важную роль в воде, поскольку каждый атом кислорода с двумя атомами водорода данной молекулы воды могут участвовать в четырех таких соединениях с другими молекулами — два включают ее собственные атомы водорода, и два — неспаренные электроны с атомами водорода других молекул. Необходимо отметить, что тетраэдрическая координация молекул воды является сердцем ее необычного поведения, более чем сами по себе водородные связи.

Вода также имеет необычные смазочные свойства и, как правило, дает очень низкое трение без изнашивания и режима прилипания — скольжения [4, 11]. Это проиллюстрировано на рисунке 1.3 для двух необработанных поверхностей, скользящих с мономолекулярным (толщиной 0.25 нм) слоем воды между ними.

Рисунок 1.3 — Зависимости силы трения от нагрузки для двух поверхностей слюды, скользящих друг по другу и одновременно погруженных в 1% водный раствор соли КCl (неадгезионные условия)

Пленка воды является атомарно-тонкой с толщиной от 0.25 до 0.5 нм, межповерхностная сила очень мала, и коэффициент трения (до разрушения поверхности). После того как поверхности начинают разрушаться, коэффициент трения приобретает значение около 0.3

Эффективность пленки воды толщиной 0.25 нм для снижения силы трения была ассоциирована с «гидрофильностью» поверхностей слюды (которые «смачиваются» водой) и с существованием в водных растворах между такими поверхностями сильно отталкивающих короткодействующих сил гидратации, которые эффективно устраняют вклад в силу трения, контролируемый адгезией. Также интересным является то, что наличие пленки воды толщиной 0.25 нм между двумя поверхностями слюды достаточно для того, чтобы коэффициент трения упал до 0.01 — 0.02 — значения, отвечающего необычно низкому трению льда. Очевидно, один слой молекул воды может быть очень хорошей смазкой — намного лучшей, чем большинство других мономолекулярных жидких пленок.

Таким образом, из приведенных в данном разделе сведений следует необходимость объяснения поведения граничной пленки воды. В следующем разделе описываются условия компьютерных экспериментов, предпринятых с этой целью.

2. ИССЛЕДУЕМАЯ СИСТЕМА

2.1 Основные принципы МД

2.1.1 Общие понятия

Теоретические модели и моделирование, еще называемое компьютерным экспериментом, помогают в интерпретации экспериментальных данных и обеспечивают предсказание явлений, которые со временем могут быть подтверждены или опровергнуты экспериментами. Среди этих методов можно выделить аналитические модели и крупномасштабные моделирования методом молекулярной динамики (МД).

Моделирование методом МД является компромиссом между аналитическими моделями и экспериментальными условиями. Так, МД моделирования основываются на приблизительных межатомных силах и классической динамике, что близко приближениям аналитических моделей. Также компьютерные эксперименты могут открывать неожидаемые явления, требующие дальнейшего объяснения. Это напоминает ситуацию, случающуюся в реальных экспериментах. Более того, неудачный выбор условий моделирования может привести к бессмысленному результату, что также имеет место в экспериментальных исследованиях.

Проведение атомистического компьютерного моделирования кажется на первый взгляд довольно простым: имея набор начальных условий и способ описания межатомных сил, необходимо просто проинтегрировать ньютоновские классические уравнения движения одним из нескольких стандартных методов. Моделирования дают новые относительные атомные расположения, скорости и силы, и за поведением атомов можно следить в режиме реального времени с помощью изображений-анимаций, как показано на рисунке 2.1.

Однако эффективное использование МД моделирования для изучения трения на атомарном масштабе требует понимания многих деталей, не являющихся очевидными в этом простом анализе. Рассмотрим некоторые из них.

2.1.2 Межатомные потенциалы взаимодействия

Как отмечалось, МД моделирования — это компьютерные программы, в которых ньютоновские уравнения движения интегрируются для отслеживания движения атомов во времени в ответ на приложенные силы:

, (2.1а)

(2.1б)

где — сила, действующая на каждый атом, — масса атома, — ускорение атома, — потенциальная энергия атома, — атомное расположение и — время. В начале моделирования вычисляются силы, действующие на каждый атом. Затем атомы двигаются малый промежуток времени (называемый временным шагом) в ответ на действие приложенных сил. Это сопровождается изменением атомных координат, скоростей и ускорений. Затем процесс повторяется для определенного числа временных шагов, выбранного пользователем.

Преимущество этого метода в том, что он дает возможность следить за индивидуальным движением всех атомов в данной системе в режиме реального времени. Недостатком является то, что временные масштабы очень ограничены (от пико- до наносекунд). К тому же размеры системы, которые можно рассматривать на данный момент, ограничены 10⁶ — 10⁸ атомов, которое хотя и впечатляет, однако все еще далеко отстоит от реальных систем, содержащих 10²³ атомов и более. Следовательно, хотя МД моделирования используются для изучения трения на атомарном масштабе и сделали хорошую работу для обеспечения понимания этого процесса, однако они все еще ограничены пространственными и временными масштабами, которые значительно меньше экспериментальных значений.

Для атомистического моделирования материала необходимы математические выражения его потенциальной энергии ( в (2.1б)). На сегодня существуют два подхода касательно выбора вида потенциала. В первом предполагается, что потенциальная энергия атомов может быть представлена как функция только их относительных атомных положений. Эти функции, называемые эмпирическими потенциалами, обычно основываются на упрощенных трактовках общих принципов квантовой механики и, как правило, содержат некоторое число свободных параметров. Последние выбираются таким образом, чтобы как можно лучше воспроизводился набор физических свойств интересуемой системы. Однако существует много трудностей, связанных с поиском пригодных функций потенциальной энергии. Например, параметры, используемые для подгонки потенциальной энергии, определяются из ограниченного набора известных свойств системы. Для металлов свойства, под которые подгоняется функция потенциальной энергии, могут включать постоянную решетки, когезионную энергию, постоянные упругости и энергию образования вакансий. Следствием этого является то, что другие свойства, включая и те, которые могут быть решающими для определения результата данного моделирования, определяются единственно предполагаемой функциональной формой. Предсказанные свойства для металла могут включать реконструкции поверхности, энергетику дефектов и реакции (эластическую и пластическую) на приложенную нагрузку. Форма потенциала, таким образом, является ключевой, если от моделирования требуется способность адекватно отражать физику системы.

Второй подход, ставший более общим с доступностью мощных компьютеров, — это вычисление межатомных сил непосредственно из первых принципов или полуэмрирических расчетов, которые неявно включают электроны [24, 25]. Преимущество этого подхода в том, что в общем случае число неизвестных параметров меньше, чем у эмпирических потенциалов.

Поскольку вычисленные силы основываются на квантовых принципах, вид межатомных взаимодействий может быть вполне переносимым между различными атомными средами. Однако это не обязательно гарантирует, что силы из вычислений полуэмрирической электронной структуры являются точными. Неудачно выбранные параметры и функциональные формы могут также давать неверные результаты. Недостатком этого подхода является то, что используемые потенциалы требуют значительно больших вычислительных затрат, чем используемые в эмпирических потенциальных функциях. Большие времена моделирования обуславливают меньшие доступные размеры и временные масштабы исследуемых систем, чем при использовании эмпирических потенциалов. Например, самые большие системы, которые на данный момент могут быть исследованы с помощью первых принципов и полуэмпирических МД моделирований состоят из нескольких сотен и нескольких тысяч атомов соответственно. Таким образом, данные методы еще не получили распространения в крупномасштабных МД моделированиях.

Наиболее простым подходом для построения непрерывной функции потенциальной энергии является предположение, что энергия связи может быть записана как сумма по всем парам атомов,

(2.2)

где индексы и являются метками атомов, — скалярное расстояние между ними, — предполагаемая функциональная форма для энергии. Некоторые традиционные формы для потенциала даются выражением

(2.3)

где параметр определяет минимум энергии для пар атомов. Две общие формы этого выражения представлены потенциалами Морсе () и Леннард-Джонса (ЛД) «12 — 6» . Здесь и — произвольные параметры, используемые для подгонки потенциала под наблюдаемые свойства. Короткодействующая экспоненциальная форма функции Морсе обеспечивает разумное описание отталкивающих сил между атомными ядрами, в то время как член в ЛД потенциале описывает основной член дальнодействующих дисперсионных сил.

2.1.3 Термостаты

Обычная МД отличается от большинства экспериментальных исследований тем, что в моделированиях фиксированными являются энергия и объем , а не температура и давление . В терминах статистической механики обычная МД дает средние по микроканоническому ансамблю ( — количество молекул), в то время как эксперименты с постоянной температурой соответствуют каноническому ансамблю .

Для проведения моделирований, близких к экспериментам, необходимо использовать канонический ансамбль, и, следовательно, поддерживать постоянную температуру. Поскольку внешними силами над системой выполняется работа, то поддержание постоянной температуры означает выбор способа отвода излишка тепла или соединение системы с термостатом. В реальных телах отток тепла происходит за счет многих механизмов, например, возбуждения фононов или генерации пар электрон-дырка, энергия которых превращается в тепло [1]. В моделировании можно как явно вводить способы отвода тепла, так этого и не делать. Например, для исследуемой в данной работе системы электронную теплопроводность можно не брать в расчет вследствие превосходных диэлектрических свойств алмаза, а для металлов вкладом электронной теплопроводности пренебрегать нельзя.

Постоянная температура поддерживается в каноническом ансамбле путем использования одного из большого числа термостатов, некоторые из которых описаны ниже. Как правило, в моделировании индентирования и трения термостат прикладывается к области ячейки моделирования, которая довольно удалена от границы, где происходят трение и индентирование. В этом случае хотя и имеет место локальный разогрев поверхностей вследствие выполнения работы над системой, однако излишек тепла эффективно диссипируется для системы в целом. Можно считать, что такие моделирования проводятся в смешанных условиях, которые хотя, строго говоря, и не соответствуют какому-либо настоящему термодинамическому ансамблю, но оказываются полезными для отражения природы и широко используются.

Наиболее простой подход для контролирования температуры системы это просто периодически перемасштабировать атомные скорости для достижения требуемой температуры [26]. Этот метод широко использовался в ранних МД моделированиях, и часто оказывается эффективным для поддержания данной температуры на протяжении моделирования. Однако он имеет несколько недостатков, побудивших развитие более утонченных методов. Например, существует немного теоретических обоснований для перемасштабирования скоростей. Для типичных размеров системы в МД моделированиях средние величины, такие как давление, не соответствуют величинам, полученным из какого-либо термодинамического ансамбля. К тому же, получаемая динамика необратима во времени, что противоречит классической механике. Наконец, скорость и режим диссипации энергии не определяются свойствами системы, но скорее зависят от того, как часто скорости атомов перемасштабируются. Это может оказывать влияние на динамику системы.

Более утонченной техникой для поддержания температуры системы является динамика Ланжевена [27]. Этот метод изначально использовался для описания броуновского движения и получил широкое распространение в МД моделированиях. В этой технике дополнительные члены, соответствующие слагаемому, отвечающему трению, и случайной силе, добавляются в уравнения движения. Уравнение движения для атомов, подчиненных термостату Ланжевена, имеет вид:

(2.4)

где — силы, действующие благодаря межатомному потенциалу, и — соответственно масса и скорость частицы, — коэффициент трения, и представляет случайную силу, действующую как белый шум.

Важно помнить, что, как и в случае любого термостата, атомные скорости изменяются в процессе контролирования температуры с помощью термостата Ланжевена. Это может иметь эффект возмущения на любое динамическое свойство изучаемой системы. Одним из подходов, являющимся эффективным для минимизации этой проблемы, — это добавить силы Ланжевена только к атомам, находящимся на некотором расстоянии от области, в которой происходят интересующие процессы. Тогда без чрезмерного влияния на динамику, производимую межатомными силами, для коэффициента трения могут быть использованы упрощенные аппроксимации.

Случайная сила в (2.4) обычно дается гауссовским распределением, в котором выбор ширины учитывает удовлетворение флуктуационно-диссипационной теоремы. Она определяется уравнением:

(2.5)

где функция — это случайная сила в (2.4), — масса частицы, — требуемая температура, — постоянная Больцмана, — время, и — коэффициент трения. Отметим, что случайные силы не зависят от сил на предыдущих шагах (что отмечено дельта-функцией), и ширина гауссовского распределения, из которого получается случайная сила, изменяется с температурой.

Ланжевеновский подход, представленный выше, не требует никакой обратной связи от текущей температуры системы. Случайные силы определяются единственно из выражения (2.5).

2.2 Общая схема компьютерного эксперимента

2.2.1 Моделирование воды

С целью поиска модели трибологической системы, которая объясняла бы свойства ультратонкой пленки воды, были проведены компьютерные эксперименты, описываемые в данном разделе. Рассмотрим их общую схему.

Моделирования проводились для плоской геометрии Куэтта, напоминающей экспериментальные системы, исследуемые с помощью АПС. Рассматривалась ультратонкая пленка воды, ограниченная двумя твердыми стенками с периодическими граничными условиями в плоскости пластин, примененными как к жидкости, так и к поверхностям. Изучались атомарно-плоские и атомарно-шероховатые пластины. В первом случае каждая стенка состоит из 1152 атомов углерода, составляющих две (001) кристаллические поверхности с алмазной решеткой. Во втором шероховатость (периодический рельеф) обеспечивалась удалением 144 атомов, находящихся непосредственно на поверхности пластин. Все значения параметров моделирования поверхностей с различным рельефом одинаковы, за исключением того, что в случае шероховатых поверхностей введено слабое взаимодействие поверхностей друг с другом. Хотя изучение трения алмазных поверхностей, разделенных ультратонкой пленкой воды, еще не проводилось экспериментально, однако алмаз прозрачен для света и может быть использован в исследованиях с АПС. Для упрощения задачи пластины считаются абсолютно жесткими, и модель не включает упругости поверхностей. Но, учитывая то, что алмаз является одним из самых твердых материалов, в данной работе решено проверить это приближение. Исследовались пленки воды толщиной в один и два молекулярных диаметра. Один слой молекул в начале моделирований содержит молекул. Максимальное количество молекул, использовавшееся в моделированиях, составляло .

Рабочая программа содержит код, выполняющий вычисления, и интерфейс, позволяющий непосредственно наблюдать анимацию трехмерного изображения системы в режиме реального времени, и написана в среде Microsoft Visual Studio 2005 с использованием компилятора Microsoft Visual C++ 8.0.

На рисунке 2.2 представлены начальные конфигурации системы для пленок толщиной в один и два молекулярных слоя между гладкими поверхностями. На рисунке 2.3 -вид «сверху» (в отрицательном направлении оси z) начальной конфигурации молекул воды и кристаллической поверхности.

Рисунок 2.2 — Конфигурации исследуемой системы для пленки воды из одного и двух слоев в начале моделирования, сжатой между атомарно плоскими поверхностями

Атомы углерода, кислорода и водорода изображены соответственно синими, красными и зелеными шариками

Рисунок 2.3 — Расположение молекул воды (слева) и вид алмазной поверхности (справа) в плоскости ху в начале моделирований

Для визуализации атомов использовались эмпирические значения их ковалентных радиусов, которые для углерода, кислорода и водорода соответственно составляют 77, 73 і 37 пм (1 пм = 10^-12 м), постоянная решетки алмаза равна 356.68 пм [30]. Молекулы воды в начале моделирования размещались в вершинах кубической решетки с постоянной решетки, отвечающей значению 1048 кг/м³ плотности воды, являющимся близким к объемному (при нормальных условиях) значению 1000 кг/м³. При этом молекулярная ориентация принимает случайные значения, угловая и линейная скорости каждой молекулы имеют фиксированные величины, зависимые от температуры, и случайно выбранное направление. Пластины и пленка воды несоизмеримы, поскольку постоянная решетки алмаза не равна расстоянию между молекулами воды. Начальное расстояние (щель) между поверхностями для одного слоя составляет 0.3104 нм, для двух слоев — 0.6207 нм. Горизонтальные размеры ячейки моделирования вдоль осей х и у одинаковы и составляют 42.806 .

Для имитации экспериментов моделирования проводились при постоянных значениях температуры и нагрузки, приложенной к стенкам.

Температура составляла 25^оС, а нагрузка моделировалась приложением постоянной силы к каждому атому плоскостей вдоль оси z в направлении молекул воды. Сдвиг также имитировался приложением постоянной горизонтальной силы к каждому атому верхней поверхности вдоль оси х, соответствующей направлению [010], и в данной работе использовался алгоритм постоянной сдвигающей силы [21].

2.2.2 Моделирование аргона

Моделирования аргона проводились только для атомарно-гладких поверхностей. Параметры алмазных пластин для аргона полностью аналогичны параметрам при моделировании воды. Также исследовались пленки в начальный момент содержащие два и один молекулярных слоя, в каждом из слоев по 196 молекул. Начальные конфигурации системы представлены на рисунке 2.4.

Для визуализации молекулы аргона использовалось расчетное значение ее радиуса, равное 71 пм [30]. Так же, как и для воды молекулы аргона в начале моделирования размещались в вершинах кубической решетки с постоянной решетки, отвечающей значению 942 кг/м³ плотности жидкого аргона [31]. При этом скорость каждой молекулы имеет фиксированные величины, зависимые от температуры, и случайно выбранное направление. Температура составляет 120 К. Внешняя нагрузка и сдвиг имитировались абсолютно так же, как и при моделировании воды.

Рисунок 2.4 — Конфигурации исследуемой системы для пленки аргона из одного и двух слоев молекул в начале моделирования, сжатой между атомарно-плоскими поверхностями. Атомы углерода и аргона изображены соответственно синими и фиолетовыми шариками

Рассмотрев общую схему компьютерных экспериментов, опишем подробнее ключевые для моделирования моменты.

2.3 Модели молекул исследуемых жидкостей

2.3.1 Молекула воды

Для объяснения свойств воды необходима картина распределения заряда в ее молекуле. Были предложены разнообразные модели, например, ST2, TIP3P и др., но до сих пор еще не существует единой модели, которая была бы способной удовлетворительно учесть свойства воды во всех трех фазах (лед, жидкость и пар) [10]. Основным требованием к любой модели воды является то, что она должна воспроизводить тетраэдрическую структуру, обусловленную водородными связями.

В данной работе используется модель, удовлетворяющая указанному условию, и в которой молекула считается жесткой, — TIP4P модель [32]. Взаимодействие между жесткими молекулами наиболее легко вводится путем определения на молекуле участков (сайтов), на которые действуют силы. Результирующая сила для двух молекул будет просто равна сумме сил, действующих между всеми парами сайтов. Чтобы рассчитать взаимодействие между парами сайтов достаточно знать расстояние между центрами масс двух молекул и их ориентацию в пространстве.

Модель молекулы представлена на рисунке 2.6. Она основана на четырех сайтах, расположенных в одной плоскости. Два из них — обозначенные как М и О — связаны с ядром кислорода, другие два — Н — с ядрами водорода. Сайт М лежит на оси симметрии молекулы между сайтом О и линией, соединяющей Н сайты.

Рисунок 2.6 — Схематическое изображение TIP4P молекулы воды (слева), вид молекулы при визуализации в программе (справа)

Расстояния и угол, необходимые для полного определения координат сайтов, имеют значения: , , . Энергия взаимодействия между двумя молекулами и состоит из двойной суммы по всем сайтам обеих молекул. Члены с индексами и учитывают кулоновское взаимодействие между электрическими зарядами, связанными с сайтами, а также вклады ЛД типа:

(2.6)

где , . Соответствующая сила определяется выражением:

(2.7)

Заряды имеют значения: , , , где Кл. Как часть молекулярного проектирования отрицательный заряд из сайта О был смещен на небольшую величину в сайт М, введенный именно с этой целью. Параметры ЛД части потенциала, действующей только между О сайтами, имеют значения: (ккал/моль), (ккал/моль), и 1 ккал/моль = 4184 Дж/моль.

Перейдем к безразмерным МД единицам измерения, удобным для решения задачи. Определим единицу измерения расстояния как имеющую значение , удовлетворяющее равенству , откуда . Единица измерения энергии . За единицу измерения массы выбираем массу молекулы воды г. Физические и безразмерные единицы измерения тогда связаны следующим образом: , ккал/моль, и единица измерения времени равна с. Также определим безразмерные единицы измерения заряда, в которых . Поскольку единица измерения энергии соответствует К, то типичная температура 298К равна 3.8 в безразмерном виде. Использовавшийся временной шаг имел значение , в размерных единицах это составляет с.

Приведем безразмерные и размерные значения сил, использовавшихся в моделированиях. Значение силы на каждый атом изменялось от 2 (в системе СИ это 6.838 пН) до 50 (0.171 нН), что соответствует значениям давления на каждую поверхность соответственно от 0.43 ГПа до 10.751 ГПа. Учитывая, что порог пластичности алмаза порядка 100 ГПа [1], для рассматриваемых значений давления можно считать приемлемым принятое в модели приближение абсолютной жесткости стенок. Горизонтальная сдвигающая сила на каждый атом верхней пластины изменялась от 0.5 (1.71 пН) до 10 (34.2 нН), или полная горизонтальная сила на поверхность изменялась от 1.97нН до 394 нН.

Для взаимодействия вода — алмаз учитывались взаимодействия атомов поверхностей только с сайтом О молекулы воды. Потенциал имеет ЛД вид

(2.8)

где первое равенство выполняется при , а второе — при ; (или в размерном виде) — расстояние отсечки. Экспериментально установлено, что алмаз имеет высокую гидрофильность [33]. Также отмечалось, что используемая в экспериментах слюда также гидрофильна. Для имитации этих условий в модели использовались следующие значения величин: , , отвечающих вдвое большему притяжению молекул воды к атомам углерода, чем друг к другу. Для гладких поверхностей в модели не включалось их непосредственное взаимодействие друг с другом.

2.3.2 Молекула аргона

Молекулы аргона моделировались упругими шарами, взаимодействие для которых имеет ЛД вид

(2.9)

где первое равенство выполняется при , а второе — при ; (безразмерные единицы измерения те же, что и для воды). Параметры в (2.9) имеют значения , , масса атома аргона 2.24 [31]. Взаимодействие молекул аргона с атомами поверхностей считалось таким же, как и для воды. Значения силы сдвига изменялись в тех же пределах, что и для воды. Значение силы на каждый атом изменялось от 20 (в системе СИ это 68.38 пН) до 300 (1.026 нН), что соответствует значениям давления на каждую поверхность соответственно от 4.3 ГПа до 64.506 ГПа.

2.4 Уравнения движения

В моделированиях использовались классические уравнения движения. Вследствие абсолютной жесткости поверхностей рассматривалось движение их центра масс. Для верхней стенки уравнения имеют вид:

(2.10)

где — координаты центра масс верхней пластины, — количество атомов стенки, — масса поверхности, — масса атома углерода, — компоненты результирующей силы, действующей на поверхность с боку воды. Они определяются обычным образом как сумма производных (со знаком минус) по соответствующей координате от потенциала (2.8) для всех молекул. Для нижней стенки уравнения движения имеют аналогичный (2.10) вид, только в первом уравнении отсутствует имеющееся в (2.10) второе слагаемое в правой части, отражающее сдвиговую силу. В отсутствие внешних горизонтальных сил должен выполняться закон сохранения импульса вдоль осей х и у, и центр масс пластин не должен двигаться в этих направлениях. Однако в моделированиях при указанном условии наблюдались небольшие перемещения центра масс (порядка постоянной решетки алмаза). Они могли быть вызваны численными округлениями и, возможно, эффектами, обусловленными способом поддержания постоянства температуры.

Уравнения поступательного движения (без учета слагаемого, отвечающего за поддержание постоянной температуры) для центра масс -й молекулы имеют вид:

(2.11)

где — сила, действующая со стороны всех атомов углерода, находящихся от данной молекулы на расстоянии, меньшем , и определяется аналогично как и сила для поверхностей; — сила, действующая на -ю молекулу со стороны других молекул, находящихся от данной не далее расстояния ; определяется по формуле (2.7).

В модели также учитывается вращательное движение молекул воды. Для описания вращения используются гамильтоновы кватернионы [32]. Угловая скорость связана с производной по времени от компонент , , , кватерниона соотношением

(2.12)

где (2.13)

Уравнения Эйлера, описывающие вращение твердого тела (без слагаемого, отвечающего за постоянство температуры), имеют вид:

(2.14)

и аналогично для остальных компонент. В (2.14) — момент сил, действующих на тело, — главные моменты инерции молекулы, , , , массы и ассоциируются с сайтами О и Н, . Уравнение движения через кватернионы имеет вид

(2.15)

Можно исключить из правой части (2.15), используя уравнения Эйлера (2.14). После замены компонент вектора линейными комбинациями величин из (2.12) получаем набор уравнений движения, выраженных полностью через кватернионы и их производные.

Для аргона уравнения движения полностью аналогичны уравнениям движения молекул воды без учета вращательного движения.

Уравнения движения как для координат центров масс пластин и молекул, так и для кватернионов интегрировались с использованием алгоритма предиктор-корректор четвертого порядка.

2.5 Контроль температуры

Одним из наиболее распространенных способов контролирования температуры при моделировании граничной смазки является применение термостата Ланжевена [1, 18, 19, 21]. В данной работе используются неравновесные уравнения движения, или, другими словами, на систему накладывается механическое ограничение.

Ограничение основывается на поступательной и вращательной кинетической энергиях. Для каждой молекулы в поступательные уравнения движения (2.11) вводится слагаемое, содержащее множитель Лагранжа, а также в каждое из уравнений Эйлера (2.14) добавляется член общего вида . Поскольку кинетическая энергия равна

(2.16)

где означает сумму по всем векторным компонентам, — масса молекулы воды и — количество молекул воды, то, полагая , получаем

(2.17)

где и — полные сила и момент сил, действующие на -тую молекулу. В данной работе дрейф температуры составлял порядка нескольких процентов от значения температуры системы.

2.6 Особенности измерений

В процессе моделирования проводились две группы измерений. Одни имели место в отсутствие силы сдвига, и в них измерялся коэффициент диффузии. Для другой группы сдвиговая сила была ненулевой, и измерялась кинетическая сила трения, действующая на поверхность. Она представлена первым слагаемым в первом уравнении (2.10), которое равно полной силе, действующей на верхнюю поверхность с боку воды.

Коэффициент диффузии рассчитывался двумя способами. Первый — с использованием формулы Эйнштейна, которая для больших (по сравнению с «временем столкновений») времен имеет вид [32]:

(2.18)

где — количество молекул воды. В (2.18) угловые скобки означают усреднение по достаточно большому количеству независимых экземпляров системы. Второй способ — с использованием альтернативного метода Грина — Кубо, основанного на интегральной автокорреляционной функции скорости.

(2.19)

(2.20)

где — скорость -й молекулы. Можно показать, что выражения (2.18) и (2.20) дают эквивалентные результаты [32].

Как отмечалось, в начале каждого моделирования молекулы воды размещаются в вершинах кубической решетки. Угловые координаты и скорости переводятся в кватернионную форму, а линейные и угловые ускорения, используемые при интегрировании уравнений движения, полагаются равными нулю. Во время моделирования на протяжении первых 2000 временных шагов происходило достижение системой равновесного состояния, после чего или сразу измерялся коэффициент диффузии, или прикладывалась сила сдвига и измерялась сила трения. Максимальная длительность компьютерного эксперимента составляла 55000 временных шагов или 144.4 пс.

В следующем разделе представлены результаты моделирований.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ

3.1 Пленка воды между плоскими алмазными поверхностями

На рисунке 3.1 представлены временные зависимости автокорреляционной функции скорости молекул воды для различных значений нагрузок. Видно, что с увеличением нагрузки количество, амплитуда и частота осцилляций увеличивается. Это указывает на увеличение корреляции скоростей молекул при повышенных нагрузках.

Рисунок 3.1 — Временные зависимости автокорреляционной функции скорости для одного слоя воды и различных значений нагрузки

Постепенное уменьшение коэффициента диффузии на рисунке 3.2 с увеличением внешней нагрузки указывает на переход пленки в твердоподобное состояние.

Одним из проявлений твердоподобного состояния также является упорядочение молекул, которое может быть вертикальным (в виде слоев) и горизонтальным (в плоскости слоя).

Аналитически первое проявляется в осциллирующей форме плотности жидкости, а второе — в особой форме структурного фактора.

В данной работе расчет указанных величин не проводился, но образование слоев можно было наблюдать визуально для всех использовавшихся значений нагрузок и пленки толщиной два молекулярных диаметра.

Рисунок 3.2 — Временные зависимости коэффициента диффузии, рассчитанные по формуле Эйнштейна (2.18) для пленки воды толщиной один (слева) и два (справа) молекулярных диаметра для различных нагрузок

Рисунок 3.3 — Зависимости коэффициента диффузии от нагрузки для пленок толщиной один и два молекулярных диаметра, рассчитанные с использованием соответствующих автокорреляционных функций скорости и формулы (2.20)

На рисунке 3.4 представлены типичные конфигурации слоев.

Рисунок 3.4 — Организация молекул в слои для значений нагрузки 8 (слева) и 25 (справа)

Для одного слоя молекул горизонтальное упорядочение не наблюдалось при всех значениях нагрузки и сдвига. На рисунке 3.5 представлены типичные конфигурации молекул в однослойной пленке воды в конце соответствующих моделирований.

молекула вода аргон алмазный поверхность

Рисунок 3.5 — Размещение молекул в монослое молекул воды для значений нагрузки 35 (слева) и 45 (справа)

Однако для двух слоев особенно при высоких нагрузках наблюдалось горизонтальное упорядочение молекул. Наличие сдвига, как правило, приводило к появлению упорядоченной структуры при более низких нагрузках, чем при его отсутствии. Также сдвиг способствовал более быстрому достижению упорядоченного состояния. Таким образом, для двух слоев наблюдается упорядочение молекул сдвигом, что имеет место в экспериментах [4]. Необходимо отметить, что для низких скоростей сдвига и средних нагрузок молекулярные конфигурации не полностью определяются параметрами этих сил. При высоких давлениях всегда получается упорядоченное состояние.

Отсутствие упорядочения в однослойной пленке можно объяснить особенностями модели. Поведение однослойной пленки должно быть похожим на поведение простой ЛД жидкости, заключенной между неструктурированными (т. е. математически гладкими) поверхностями. Это следует из фактов, что шероховатость поверхностей пренебрежимо мала и в таких тонких пленках воды в направлении оси z молекулы могут взаимодействовать только с атомами поверхностей. Последние в свою очередь взаимодействуют только с О сайтами молекул и только посредством ЛД потенциала. Следовательно, ЛД вклад преобладает во взаимодействиях молекул воды в однослойной пленке.

Для более толстой пленки молекулы в соседних слоях могут взаимодействовать друг с другом, и кулоновское взаимодействие может вызвать возникновение упорядоченных структур. Необходимо отметить, что наблюдаемое упорядочение не является истинным термодинамическим фазовым переходом, и жидкоподобное и твердоподобное состояния не тождественны объемным жидкой и твердой фазам. Более корректно их называть статическими и динамическими эпитаксиальными состояниями, поскольку они возникают только в граничных пленках, чьи свойства определяются сжатием и эпитаксиальными взаимодействиями между пленкой и атомами поверхностей [2].

3.2 Пленка воды между шероховатыми алмазными поверхностями

На рисунках 3.6 — 3.8 представлены результаты измерений, полученные для пленок воды, заключенных между атомарно-шероховатыми алмазными поверхностями.

Рисунок 3.6 — Временные зависимости автокорреляционной функции скорости для пленки воды толщиной один (слева) и два (справа) молекулярных диаметра, находящейся между шероховатыми поверхностями, и различных значений нагрузки

Рисунок 3.7 — Зависимости коэффициента диффузии от нагрузки для пленок воды толщиной один и два молекулярных диаметра, рассчитанные с использованием соответствующих автокорреляционных функций скорости и формулы (2.20)

Рисунок 3.8 — Временные зависимости коэффициента диффузии, рассчитанные по формуле Эйнштейна (2.18) для пленки воды толщиной один (слева) и два (справа) молекулярных диаметра для различных нагрузок

Полученные зависимости имеют вид аналогичный рисункам для гладких поверхностей и указывают на переход пленки воды в твердоподобное состояние. Основным отличием поведения воды для шероховатых поверхностей является вид упорядоченных конфигураций молекул. Так, образование слоев не наблюдалось, а имели место конфигурации, представленные на рисунке 3.9.

Рисунок 3.9 — Типичные конфигурации молекул для шероховатых поверхностей и нагрузок 8 (слева) и 30 (справа) в отсутствие сдвига

Также в отличие от гладких поверхностей при высоких нагрузках наблюдалось горизонтальное упорядочение для однослойной пленки воды (как в отсутствие, так и при наличии сдвига), что также имело место для ЛД жидкостей между шероховатыми поверхностями [4]. На рисунке 3.10 представлены упорядоченные конфигурации молекул в однослойной пленке.

Рисунок 3.10 — Горизонтальное упорядочение молекул воды в однослойной пленке между шероховатыми поверхностями в отсутствии сдвига при нагрузке 20 (слева) и 40 (справа)

Горизонтальное упорядочение для пленки толщиной два молекулярных диаметра между шероховатыми поверхностями менее выражено, отличается от упорядочения для плоских поверхностей и имеет место только для самых высоких нагрузок. Наличие сдвига не способствует упорядочению молекул, и упорядочение сдвигом не наблюдается.

Рисунок 3.11 — Зависимости среднего значения силы трения от нагрузки

Таким образом, можно сделать вывод, что характер упорядочения в значительной степени определяется рельефом алмазных стенок. Для шероховатых поверхностей слои не формируются, упорядоченные конфигурации менее выражены и отличаются от конфигураций для плоских пластин. Сдвиг при этом не способствует упорядочению молекул. Рельеф поверхностей качественно не влияет на временные зависимости силы трения. Изменение среднего по времени значения кинетической силы трения с нагрузкой для обоих типов поверхностей качественно одинаково.

3.3 Жидкий аргон между гладкими алмазными поверхностями

На рисунках 3.12 — 3.14 представлены результаты, полученные при моделировании ультратонких пленок аргона, находящихся между атомарно-гладкими алмазными поверхностями.

Рисунок 3.12 — Временные зависимости автокорреляционной функции скорости для пленки аргона толщиной один (слева) и два (справа) молекулярных диаметра и различных значений нагрузки

Как и в случае воды, представленные графики указывают на переход ультратонкой пленки жидкого аргона в твердоподобное состояние с повышением внешней нагрузки. Отличием зависимостей заключается в том, что при низких нагрузках пленка находится в жидком состоянии, на что указывает выход зависимостей на насыщение.

Рисунок 3.13 — Временные зависимости коэффициента диффузии, рассчитанные по формуле Эйнштейна (2.18), для пленки аргона толщиной в один (слева) и два (справа) молекулярных диаметра для различных нагрузок

Рисунок 3.14 — Зависимости коэффициента диффузии от нагрузки для пленок аргона толщиной один и два молекулярных диаметра, рассчитанные с использованием соответствующих автокорреляционных функций скорости и формулы (2.20)

Как и для воды между гладкими поверхностями, в твердоподобном состоянии молекулы организуются в квазидискретные слои. Образование слоев с повышением нагрузки можно проследить на рисунке 3.15.

Рисунок 3.15 — Образование квазидискретных слоев с повышением внешней нагрузки для пленки аргона толщиной два молекулярных диаметра при нулевом сдвиге

Слабо выраженное упорядочение в плоскости слоя наблюдается, как и для воды между плоскими поверхностями, только для пленок толщиной два молекулярных диаметра. Типичный вид конфигураций молекул аргона в таких пленках представлен на рисунке 3.16.

Рисунок 3.16 — Типичные конфигурации молекул аргона в пленке толщиной два молекулярных диаметра при отсутствии сдвига и нагрузках 150 (слева) и 200 (справа)

Типичные временные зависимости силы трения для аргона представлены на рисунке 3.17. Можно видеть постепенное уменьшение со временем амплитуды колебаний силы трения и отсутствие периодических пиков, отвечающих режиму прилипания — скольжения.

Рисунок 3.17 — Временные зависимости силы трения для пленок аргона толщиной один (слева) и два (справа) атомных диаметра при нагрузке 10 и сдвиге 100

Зависимости среднего по времени значения силы трения от нагрузки представлены на рисунке 3.18. Качественно они совпадают с аналогичными графиками для воды.

На рисунке 3.18, можно выделить два основных участка: линейный для малых , отвечающий первому закону Амонтонса, и горизонтальный для более высоких нагрузок.

Данные зависимости можно объяснить с помощью модели «булыжной мостовой», согласно которой сила трения для граничного режима определяется двумя составляющими [3, 4, 11]. Первая возникает из-за наличия внутренних адгезионных сил между молекулами пленки и поверхностями, а вторая обуславливается действием внешней нагрузки. Сила трения определяется соотношением

(3.1)

где постоянные и — соответственно критическое сдвиговое напряжение и коэффициент трения, — площадь контакта; зависит от адгезионных взаимодействий пленки с поверхностью, а связан с атомной гранулярностью (шероховатостью) поверхностей и размерами, формой и конфигурацией молекул жидкости между поверхностями. В общем случае, чем более гладкими являются поверхности, тем меньшим должно быть значение . Необходимо отметить, что макроскопический коэффициент трения для поврежденных поверхностей имеет различные происхождение и величину по отношению к .

Рисунок 3.18 — Зависимости среднего значения силы трения от нагрузки для пленок толщиной один (слева) и два (справа) молекулярных диаметра

Полученные зависимости можно объяснить следующим образом. Т. к. поверхности в модели абсолютно гладкие, и молекулы аргона имеют простую форму, то можно считать, что в силу трения дают вклад только адгезионные взаимодействия, т. е. , и сила трения определяется первым слагаемым в (3.1). В начале с повышением нагрузки резко увеличивается количество и величина адгезионных связей молекул аргона с поверхностями, поэтому на рисунке 3.11 наблюдается возрастание силы трения с увеличением . По достижении некоторого значения нагрузки для данной величины сдвиговой силы устанавливаются некоторые стационарные значения количества адгезионных связей и величины сил адгезии. Поскольку в модель не включены деформации поверхностей, то при возрастании площадь контакта не изменяется, первое слагаемое в (3.1) и, соответственно, сила трения остаются постоянными с увеличением . Можно также говорить об аналогичном изменении сдвиговых напряжений , которые часто используются в экспериментах.

Проведем сравнение полученных в моделированиях зависимостей (или, что то же ) на рисунке 3.19 с экспериментальными зависимостями сдвигового напряжения от нагрузки для различных жидкостей, представленными на рисунке 3.19.

Рисунок 3.19 — Изменения сдвигового напряжения с нагрузкой в стационарном состоянии для твердоподобных пленок различных жидкостей. Сила определяется по формуле (3.1)

У жидкостей OMЦТС и циклогексан молекулы простые сферической формы, молекулы остальных жидкостей имеют вид цепочек. Как отмечается в [4], для сферических молекул основной вклад дает первое слагаемое в (3.1) и . При больших нагрузках сдвиговые напряжения остаются постоянными для данного количества слоев молекул, поскольку, хотя сила трения и увеличивается, но также происходит пропорциональное увеличение площади контакта вследствие деформации поверхностей. Для сложных молекул основной вклад в силу трения дает второе слагаемое в (3.1) и . Можно отметить сходство экспериментальных и полученных в моделированиях зависимостей . Однако для первых постоянство с увеличением обусловлено пропорциональными изменениями и вследствие деформации поверхностей, а в компьютерных экспериментах постоянство сдвиговых напряжений обусловлено постоянством этих величин.

Таким образом, модель дает результаты, во многом соответствующие поведению пленок жидкостей с молекулами сферической формы. Однако молекулы аргона нельзя отнести к простым сферическим, и, к тому же, для аргона между атомарно-шероховатыми поверхностями в экспериментах наблюдается выполнение закона Амонтонса для широкого диапазона нагрузок. Данные расхождения можно объяснить простотой исследовавшейся модели.. В следующем разделе приведены результаты для модели, в которой введен атомарный рельеф поверхностей.

Таким образом, поведение граничной пленки аргона качественно во многом сходно с поведением пленок воды. Основные отличия заключаются в меньшей выраженности и отличном виде плоскостного упорядочения в пленках толщиной два молекулярных диаметра, а также отсутствии режима прилипания — скольжения. Можно также сделать вывод, что линейное возрастание силы трения с нагрузкой определяется не рельефом поверхностей, а их упругостью, что объясняет быстрое достижение насыщения силы трения с увеличением нагрузки для всех рассмотренных моделей.

3.4 Жидкий аргон между шероховатыми алмазными поверхностями

На рисунках 3.20 — 3.23 представлены результаты, полученные при моделировании ультратонких пленок аргона, находящихся между шероховатыми алмазными поверхностями.

Как видно из временных зависимостей автокорреляционной функции (рис.3.20) увеличение нагрузки приводит к не монотонности на этих кривых которые становятся более частыми для повышенных нагрузок. Это свидетельствует об увеличении корреляции скоростей атомов аргона и указывает на твердоподобное состояние пленки при повышении нагрузки.

Рисунок 3.20- Временные зависимости автокорреляционной функции скорости для пленки аргона толщиной один (слева) и два (справа) молекулярных диаметра и различных значений нагрузки

Поведение коэффициента диффузии аналогично рассмотренному для молекул воды, а именно с повышением нагрузки происходит его увеличение (рис.3.21-3.22). Однако в отличии от пленки воды, для самых низких нагрузок D выходит на насыщение (см. рис.3.21 при L=20), подвижность атомов свидетельствует о жидкоподобном состоянии пленки. Это аналогично ситуации для аргона между плоскими поверхностями. Отметим, что подобное поведение имело место для всех выше рассмотренных случаев, только для двухслойной пленки аргона заключенной между плоскими поверхностями не монотонность для автокорреляционной функции при высоких L выражены довольно слабо. Это показывает, что в данном случае пленка является более жидкоподобной.

Рисунок 3.21 — Временные зависимости коэффициента диффузии, рассчитанные по формуле Эйнштейна (2.18), для пленки аргона толщиной в один (слева) и два (справа) молекулярных диаметра для различных нагрузок

Рисунок 3.22 — Зависимости коэффициента диффузии от нагрузки для пленок аргона толщиной один и два молекулярных диаметра, рассчитанные с использованием соответствующих автокорреляционных функций скорости и формулы (2.20)

Временные зависимости силы трения для аргона представлены на рисунке 3.23.

Рисунок 3.23 — Временные зависимости силы трения для пленок аргона толщиной один (слева) и два (справа) атомных диаметра при нагрузке 10 и сдвиге 100

Зависимости среднего по времени значения силы трения от нагрузки представлены на рисунке 3.24.. Сравнение с рисунком 3.17 показывает, что периодический атомарный рельеф не приводит к качественному изменению зависимостей . Как и в случаи с гладкой поверхностью можно видеть пики.

Также в отличие от гладких поверхностей при высоких нагрузках наблюдалось горизонтальное упорядочение для однослойной пленки аргона (как в отсутствие, так и при наличии сдвига). На рисунке 3.25 представлены упорядоченные конфигурации молекул в однослойной пленке. Характерной особенностью наличия атомарного рельефа алмазных поверхностей является разупорядочение атомов ультратонкой пленки как в плоскости ху, так и в вертикальном направлении z. В отличии от плоских поверхностей наблюдается отсутствие квазидискретных слоев. Это можно видеть из рисунков 3.25-3.30 , где представлены мгновенные снимки системы в различные моменты времени для различных парамтров.

Рисунок 3.24 — Зависимости среднего значения силы трения от нагрузки для пленок толщиной один (слева) и два (справа) молекулярных диаметра

Рисунок 3.25 — Атомные конфигурации в горизонтальной плоскости в однослойной пленке между шероховатыми поверхностями в отсутствии сдвига при нагрузке 150 (слева) и 300 (справа)

Основным отличием поведения аргона для шероховатых поверхностей является вид упорядоченных конфигураций молекул. Так, образование слоев не наблюдалось, а имели место конфигурации, представленные на рисунке 3.26.

Рисунок 3.26 — Типичные конфигурации молекул для шероховатых поверхностей и различных нагрузок в отсутствие сдвига

На рисунках 3.27-3.29 представлены типичные конфигурации молекул в пленке толщиной два молекулярных диаметра для различных значений сдвиговой силы и нагрузки.

Рисунок 3.27 — Атомные конфигурации в горизонтальной плоскости в двухслойной пленке между шероховатыми поверхностями в отсутствии сдвига при нагрузке 20 (слева) и 100 (справа)

Рисунок 3.28 — Атомные конфигурации в горизонтальной плоскости в двухслойной пленке между шероховатыми поверхностями при сдвиге 5 и нагрузке 100 (слева) и 250 (справа)

Рисунок 3.29 — Атомные конфигурации в горизонтальной плоскости в двухслойной пленке между шероховатыми поверхностями при сдвиге 10 и нагрузке 150 (слева) и 300 (справа)

Горизонтальное упорядочение для пленки толщиной два молекулярных диаметра между шероховатыми поверхностями менее выражено, отличается от упорядочения для плоских поверхностей и имеет место только для самых высоких нагрузок. Наличие сдвига не способствует упорядочению молекул, и упорядочение сдвигом не наблюдается.

Рисунок 3.30 — Типичные конфигурации молекул для шероховатых поверхностей и различных нагрузок в отсутствие сдвига

4. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

4.1 Лизинг как форма восстановления технической базы предприятия

Уровень морального и физического износа техники и технологий, использующихся отечественными предприятиями, вызывает беспокойство. Устаревшие техника и технологии, а нередко и отсутствие необходимой техники как таковой, является причиной ухудшения условий труда людей, увеличения количества аварий, снижения производительности труда и т. д.

Для обновления основных средств могут применяться различные финансовые механизмы. Использование собственных средств предприятий очень часто приводит к ограничению возможности направления этих финансовых ресурсов на развитие производства. Основными препятствиями для привлечения внешнего финансирования являются высокие процентные ставки и требование кредитора о наличии залога. Для удовлетворения спроса появилась необходимость возникновения новых финансовых услуг, которые не имели бы ограничений, связанных исключительно с банковским кредитованием. Это и стало толчком для развития такой новой на украинском рынке финансовых услуг деятельности, как лизинг. Первыми лизинговые схемы как имеющие сравнительно низкую степень риска, начали применять банки для выхода из сложной ситуации с кредитованием. Со временем стали создаваться лизинговые компании как дочерние учреждения банков и как самостоятельные финансовые учреждения.

Сегодня лизинговые операции в Украине рассматриваются как новый перспективный вид финансирования. Этому оказывают содействие общие тенденции экономического развития и другие выгоды. К ним, в частности, принадлежат:

1) уменьшенный объем ликвидных средств в связи с трудностями, постоянно возникающими на денежном рынке;

2) повышение конкуренции, что требует оптимизации инвестиций, предоставляющих возможность существенно расширить рынок сбыта за счет привлечения к хозяйственному обороту малых и средних фирм;

3) поддержка развития лизинговых операций со стороны государственных органов власти и финансовых деловых центров в целом, что стимулирует рост инвестиционной деятельности;

4) общее сохранение ликвидности предприятий;

5) создание прочной основы для осуществления расчетов, что предоставляет балансовые преимущества и страховые выгоды [35].

Мировая практика осуществления лизинговых операций показывает, что в условиях экономического кризиса, подобного сложившемуся в Украине, когда практически остановилось финансирование обновления основных средств, этот метод финансирования является наиболее целесообразным и мобильным, и, следовательно, может оказывать содействие сохранению ликвидности большинства предприятий Украины.

Лизинг — это среднесрочный финансовый инструмент для приобретения основных активов предприятий (оборудования, транспортных средств и т. д.), который, в отличие от прямого предоставления денежного капитала, обеспечивает процесс финансирования основных фондов предприятий. Он предусматривает получение прибыли путем использования лизинговых активов, которые не являются собственностью лизингополучателя, а лишь находятся в его пользовании.

К приоритетным направлениям использования лизинга в Украине можно отнести:

— высокотехнологические наукоемкие области: самолето- и машиностроение, порошковая металлургия, керамика, электросварочное производство; энергосберегающие технологии, нефтегазовый комплекс, агропромышленный комплекс;

— добывающие и металлургические области, цветные металлы, уран, уголь, сталь и прокат;

— производство товаров народного потребления;

— мелкий бизнес и др.

В лизинговых отношениях фигурируют три основные группы участников, для каждой из которых лизинг имеет свои преимущества:

— лизингополучатель получает в пользование оборудование, с помощью которого он может повысить производительность труда и, следовательно, прибыльность своего предприятия;

— заинтересованность лизингодателя основывается на уменьшении финансового риска операции, поскольку он остается владельцем предмета лизинга на протяжении всего срока действия договора лизинга;

— производители и поставщики оборудования заинтересованы в развитии рынка лизинговых услуг, так как это помогает им расширить рынки сбыта товаров и услуг.

Интересы лизингополучателя:

1) лояльность и оперативность. К платежеспособности покупателя лизингодатели предъявляют менее жесткие требования, чем банки. Страхование имущества включается в лизинговые платежи, а залогом в этом случае выступает сам предмет лизинга;

2) приобретение имущества через лизинг освобождает покупателя от необходимости заключать множество договоров: кредита, купли-продажи имущества, страхования, залога. Скорость в поставке заказанного имущества. Чаще всего именно благодаря оперативности и меньшим требованиям к документации лизинговым компаниям удается переманить у банков покупателей дорогого оборудования — предприятия с высокой рентабельностью, для которых разность между стоимостью банковского займа и лизинга в 5-10% годовых не принципиальна;

3) сервис — финансирование покупки имущества лизинговые компании дополняют рядом услуг. Например, клиенту, который приобрел в лизинг автомобили, компания организовывает их регистрацию, ежегодное прохождение техосмотра, оплату транспортного налога, ремонт, замену шин и т. п., т. е. берет на себя часть производственных расходов по обслуживанию приобретенных основных средств;

4) возможность возвращения имущества в случае возникновения такой потребности. По окончании договора лизинга клиент имеет возможность как выкупить объект лизинга, так и взять в лизинг новый объект, передав старый как авансовый платеж. Лизингодатели, в свою очередь, заключают с поставщиками соглашения о том, что в случае надобности они с дисконтом выкупят имущество, находившееся в использовании. Иногда лизингодатели помогают возвратить имущество и в случае брака;

5) стоимость: более существенное, чем при кредите, подорожание имущества — это плата за беззалоговый характер финансирования и дополнительные услуги. Вопреки тому, что основным источником финансирования лизинговых операций на сегодня являются дорогие займы украинских банков, сэкономить можно на других составляющих. И сделать это можно на стоимости транспорта или оборудования. Некоторые производители и дилеры, учитывая значительные объемы закупок, продают лизинговым компаниям транспортные средства со скидками. Кроме этого, дешевле при лизинге и страхование. При кредитной схеме страховая компания оценивает риски повреждения имущества одним заемщиком. Лизингодатель страхует имущество оптом, поэтому на одного покупателя приходится меньший страховой платеж [36].

Наконец, лизинг может конкурировать по цене с кредитом, если предлагается непосредственно банком. Большинство финансовых учреждений развивает лизинговый бизнес через дочерние лизинговые компании. Но некоторые (HVB Bank Ukraine, Диамантбанк, Индекс-Банк) непосредственно предоставляют лизинговые услуги. В этом случае в лизинговые платежи не включаются расходы на нотариальное заверение договора залога и комиссионные банку, как в случае с финансированием от лизинговых компаний.

Рисунок 4.1 — Схема лизинга

На рисунке 4.1 представлена схема лизинга. Она включает следующие основные этапы (соответствующие номерам на рисунке 4.1):

1) выбор лизингополучателем возможного производителя/поставщика и установление спецификации необходимого оборудования;

2) подписание договора финансового лизинга;

3) подписание договора покупки — продажи между производителем / поставщиком и лизингодателем касательно приобретения лизингодателем оборудования по установленной лизингополучателем спецификации;

4) подписание кредитного договора между лизингодателем и банком для получения кредита для закупки оборудования у производителя /
поставщика;

5) предоставление банком кредита лизингодателю;

6) оплата закупленного лизингодателем оборудования;

7) поставка закупленного оборудования лизингополучателю (непосредственно производителем / поставщиком, или оборудование сначала может поступать лизингодателю, а уже потом — лизингополучателю). Активы, полученные лизингополучателем по договору финансового лизинга, засчитываются на его баланс в момент их физического поступления к лизингополучателю. Он же насчитывает амортизацию по этим активам;

8) лизингополучатель оплачивает лизингодателю лизинговые платежи;

9) платежи в счет погашения банковского кредита;

10) подписание договора страхования;

11) уплата лизингополучателем страховой премии страховой компании.

Несмотря на ряд преимуществ лизинга сравнительно с другими формами финансирования, для его развития крайне необходимым является наличие некоторых предпосылок, без которых невозможно формирование сферы развития лизинга. К ним можно отнести следующие группы:

— исторические: наличие традиций арендного предпринимательства; возможность использования опыта арендных отношений в период экономических реформ;

— экономические: необходимость развития рыночных отношений, в том числе через формирование эффективных элементов рыночной инфраструктуры; объективная потребность в новых формах и источниках кредитования и инвестирования; изменения ситуации в сбытовой политике продукции; потребность в более рациональном размещении и использовании основных средств; структурные изменения в сфере материального производства и услуг юридическим лицам; наличие заинтересованности зарубежных лизинговых компаний к расширению связей с потребителями в Украине; возможность выхода украинских товаропроизводителей с помощью лизинга на рынки других стран;

— организационно-технические: наличие опыта внешнеторговых арендных операций; участие банковских учреждений в лизинговых операциях; заинтересованность отечественных предпринимателей в финансовой лизинговой деятельности; проведение процесса реструктуризации больших предприятий с элементами лизинга; усовершенствование процесса создания специализированных лизинговых компаний;

— научно-исследовательские: известность для специалистов лизинга как метода стимулирования развития производственных сил; наличие зарубежных научных школ в сфере лизинга; заинтересованность в исследовании проблем лизинга;

— социальные: повышение уровня жизни через обновление основных средств; повышение занятости через увеличение сбыта продукции;

— правовые: создание основ законодательства о лизинге; установление льгот по лизинговым операциям;

— общественно-политические: государственная политика, которая распространяется в области лизинга [37].

Преимущества разных форм лизинга состоят в следующем:

1) оперативный лизинг — имущество остается у лизингодателя, что удобно для предприятий, не желающих обременять свой баланс дополнительными основными средствами. Принятие на баланс дорогого неликвидного оборудования ухудшает показатели ликвидности, что делает предприятие менее привлекательным с точки зрения банков;

2) финансовый лизинг — имущество переходит в собственность лизингополучателя по окончании срока действия договора, т.е., в сущности, лизингодатель кредитует покупку имущества. При налоговом учете позволяет учитывать амортизационные отчисления;

3) согласно Закону Украины «О финансовом лизинге», возможным есть «перевоплощение» оперативного лизинга в финансовый и наоборот. Например, лизингополучатель имеет возможность выкупить оборудование, взятое в оперативный лизинг, по истечении срока договора лизинга;

4) обратный лизинг интересен возможностью пополнения оборотных средств — продавец объекта лизинга одновременно выступает и лизингополучателем. Предприятие продает лизинговой компании имущество, одновременно берет это имущество в лизинг и обязуется выкупить его по окончании срока действия лизингового соглашения. Такое соглашение позволяет предприятию временно высвободить средства за счет продажи имущества и одновременно продолжать использовать это имущество;

5) в последние годы стал распространенным международный лизинг — это договор лизинга, осуществляющийся субъектами лизинга, находящихся под юрисдикцией разных государств. Международной лизинговая операция считается также в том случае, если имущество или платежи пересекают государственные границы. Соглашение, по которому лизингодатель покупает оборудование у национального предприятия, а после этого передает его иностранному предпринимателю за границу, называется экспортным лизингом. Если оборудование покупается у иностранной фирмы и передается для использования отечественному предпринимателю, соглашение называется импортным лизингом [38].

Лизинговая деятельность является перспективным видом бизнеса для Украины, что связано с:

— мировым опытом, который показывает, что на долю лизинга в новых инвестициях на оборудование приходится 15-20%;

— тем, что лизинг — один из основных источников активизации инвестиционной деятельности, что крайне важно для украинской экономики;

— переориентацией банков с рынка ценных бумаг на инвестиции в производство;

— снижением ставок на рынке заемного капитала и как следствие — удешевлением лизингового соглашения;

— большим потенциальным спросом на лизинговые услуги, связанным с потребностью предприятий в восстановлении основных фондов и возможностью их осуществить без значительных начальных затрат [39].

Подводя итог, следует отметить, что дальнейшему развитию лизинга в Украине также будут содействовать:

1) условия, гарантирующие стойкое развитие малого и среднего бизнеса (малый и средний бизнес способны потребить большее количество лизинговых услуг, поскольку они не имеют широких финансовых возможностей и благодаря немногочисленности персонала имеют большую гибкость для реагирования на изменения конъюнктуры рынка);

2) интеграция банковского и промышленного секторов экономики (заинтересованность банков в развитии не только торгового, но и промышленного капитала; активное развитие холдинговой системы);

3) свободная конкуренция, при которой производители вынуждены искать новые средства сбыта произведенной дорогой продукции, чтобы выжить на рынке.

4.2 Экономическая эффективность и ее измерение

В экономике одним из основных понятий является «экономическая эффективность» хозяйственных мероприятий. В качестве хозяйственного мероприятия могут рассматриваться внедрение новой техники, заключение коммерческой сделки, реализация любого хозяйственного решения, осуществление природоохранных мер, улучшение инфраструктуры и т. д. Общим у всех этих мероприятий есть два момента: во-первых, все они направлены на достижение конкретного результата (социального либо экономического) и, во-вторых, все они требуют затраты средств.

Теория эффективности четко разграничивает понятия эффекта и эффективности, понимая под первым результат мероприятия, а под вторым — соотношение эффекта и затрат, которые его вызвали.

Эффект (от лат. еffectus — исполнение, действие) означает результат, следствие каких-либо причин, действий. Эффект может измеряться в материальном, социальном, денежном выражении. В случае, когда результаты получают денежную оценку, говорят об экономическом эффекте. Экономический эффект — выраженный в стоимостной (денежной) форме результат каких-либо действий (в частности, перечисленных выше хозяйственных мероприятий).

Хотя по самому определению результат и эффект являются родственными понятиями (эффект — определенная форма результата), потребности экономической практики вынуждают в ряде случаев разграничивать указанные термины. При этом под условным понятием «экономический результат» обычно подразумевают общий («брутто») результат (в частности, выручка, доход), а под понятием «экономический эффект» — чистый («нетто») результат (в частности, прибыль). Принципиальная взаимосвязь между указанными двумя понятиями может быть выражена формулой

Э = Р — З (4.1)

где Э — величина условного экономического эффекта; Р — величина условного экономического результата; З — полные затраты по мероприятию, вызвавшему эффект.

Если результаты экономической деятельности превышают затраты, говорят о положительном эффекте (в частности, предприятие получает прибыль), в противоположном случае — об отрицательном эффекте (убытке, ущербе) [40].

Эффективность определяется отношением результата (эффекта) к затратам, обеспечившим его получение. Эффективность вскрывает характер причинно-следственных связей производства. Она отражает не сам результат, а то, какой ценой он был достигнут. Поэтому эффективность чаще всего характеризуется относительными показателями, которые рассчитываются на основе двух групп характеристик (параметров) результата и затрат. Это, впрочем, не исключает рассмотрения в системе показателей эффективности и самих абсолютных значений исходных параметров.

Экономическая эффективность — это вид эффективности, который характеризует результативность деятельности экономических систем (предприятий, территорий, национальной экономики). Основной особенностью таких систем является стоимостный характер средств (затрат, издержек) достижения целей (результатов), а в ряде случаев и самих целей (в частности, получения прибыли).

Экономическая эффективность является одним из ключевых инструментов формирования системы экономических отношений, выполняя важные функции, ведущими среди которых являются:

— регулирование внутрихозяйственной деятельности предприятий (ключевой инструмент принятия решений по использованию ресурсов);

— формирование отношений между производителем и потребителем (основа формирования цены потребителя);

— перевод общеэкономических (общественных) выгод во внутренние интересы («интерналии») конкретных экономических субъектов (предприятий и отдельных граждан); данная функция достигается при помощи применения государством, территориальными органами либо общественными организациями системы экономических инструментов: налоговых, кредитных, субсидированных, дотационных и др.

В общем виде принципиальная схема определения показателя эффективности может быть выражена формулой

(4.2)

где Е — показатель экономической эффективности; Э — величина экономического эффекта; З — затраты ресурсов (денежных средств, средств производства предметов труда, трудовых факторов, времени, и пр.) на обеспечение указанного экономического эффекта. При кажущейся простоте и однозначности теоретического принципа его практическая реализация может осуществляться на основе различных методических подходов. Их выбор требует глубокого понимания экономического содержания хозяйственного мероприятия, эффективность которого предполагается оценить.

Показатели эффективности рассчитываются не ради самих показателей, но для обоснования управленческих решений. Поэтому для правильного выбора методов расчета эффективности необходимо прежде проанализировать особенности принимаемого решения. В числе наиболее существенных моментов, которые должны учитываться при указанном выборе, следует выделить:

— характер целевой установки принимаемых решений;

— базу сравнения полученных оценок экономической эффективности;

— необходимую степень детализации расчетов;

— место рассматриваемого хозяйственного мероприятия в жизненном цикле продукта;

— место рассматриваемых эффектов и издержек по отношению к сфере интересов экономических субъектов, принимающих участие в реализации мероприятия.

Показатели экономической эффективности условно можно дифференцировать на две группы: частные и обобщающие.

Частные показатели экономической эффективности характеризуют отдельные (частные) стороны экономического производственного или коммерческого процесса.

Обобщающие показатели экономической эффективности характеризуют результативность деятельности в целом всей экономической системы (предприятия, субъекта, территории, национальной экономики). Обобщающие показатели служат основанием для принятия решений на уровне системы в целом. Эти решения направлены на совершенствование или трансформацию упомянутых субъектов. В одних случаях необходимо обосновать выбор ресурсов для достижения конкретных целей, в других — выбор направлений деятельности экономической системы (инвестирования средств).

Частные показатели позволяют обосновать решения по совершенствованию отдельных компонентов производственных процессов. Частные показатели являются основой для расчета обобщающих. В этом смысле обобщающие показатели являются целью выполняемых расчетов, а частные — их средством [41].

Подготовка к расчету экономической эффективности предполагает решение двух взаимосвязанных задач. Во-первых, необходимо определить, каким образом различные натуральные (неденежные) параметры могут быть переведены в стоимостные оценки (доходы или расходы), характеризующие частные показатели эффективности. Во-вторых, необходимо объединить отдельные частные стоимостные оценки, различающиеся экономическим содержанием, временным интервалом, местом в жизненном цикле изделия, отношением к экономическим интересам хозяйствующего субъекта — в единые показатели эффективности, характеризующие данную экономическую систему в целом.

Суммарное значение эффектов (Э) и затрат (З) может быть выражено формулами:

(4.3)

где Э_i — значение частного эффекта по каждой і-й причине (параметру), вызвавшей появление эффекта,

(4.4)

где З_і — значение частного вида затрат по і-й причине (параметру), вызвавшей появление эффекта. В качестве ключевого алгоритма расчета обобщающих показателей используется уже рассматривавшаяся выше формула (4.2).

В экономической теории выделяют две группы обобщающих показателей: абсолютные и сравнительные. Абсолютные показатели эффективности получаются как результат непосредственного деления эффекта на вызвавшие его затраты.

Приведенная выше информация объясняет наличие в экономической теории большого числа оценок, называемых показателями эффективности, которые, казалось бы, формально к ним не относятся. Такими, в частности, являются показатели производительности, ресурсоемкости, рентабельности, использования основных и оборотных фондов и многих других.

При внимательном анализе можно убедиться, что их объединяет то, что все они получены на основе одного и того же методического подхода, а точнее, одной и той же универсальной формулы, аналогичной (4.2):

(4.5)

в которой числитель или знаменатель приведен к единичному значению (хотя иногда сама эта формула или расчет по ней может оставаться как бы «за кадром»).

Одной из форм показателя абсолютной экономической эффективности является срок окупаемости затрат (капитальных вложений). Он характеризует период, в течение которого полностью возвращаются (за счет получаемого эффекта) понесенные на реализацию мероприятия затраты. Срок окупаемости определяется обратным соотношением затрат и годового эффекта

(4.6)

где З — затраты на реализацию мероприятия в течение всего его действия; в качестве вариантов могут использоваться величина полных затрат либо только капитальных вложений (грн.); Э_год — величина чистого годового экономического эффекта (грн./год).

Часто бывает, что модернизация основных фондов (увеличение капитальных вложений) позволяет снизить величину текущих (эксплуатационных) издержек. В этом случае принято говорить о сроке окупаемости дополнительных капитальных вложений:

(4.7)

где К₁ и К₂ — капитальные вложения соответственно до и после проведенного мероприятия; С₁ и С₂ — текущие затраты соответственно до и после проведенного мероприятия.

Сравнительные показатели эффективности получаются в результате сопоставления абсолютных показателей двух или более вариантов реализуемых мероприятий. На практике более распространенными являются ситуации, когда у сравниваемых вариантов неизменными остаются либо затраты (инвестиционная целевая установка), либо результаты / эффекты (ресурсная целевая установка). Иными словами, при подстановке в формулу (4.2) постоянным оказывается либо знаменатель, либо числитель. В этих условиях преимущества получают варианты, у которых оказывается соответственно больше числитель либо меньше знаменатель. В первом случае показателем сравнительной экономической эффективности оказывается разница эффектов (Е_ср.э), во втором — разница затрат (Е_ср.з).

Практически расчет показателей может быть представлен следующим образом:

а) при постоянных затратах:

Е_ср.э = Э₂ — Э₁ (при З = const) (4.8)

где Э₂ и Э₁ — значения экономических эффектов соответственно у сравниваемого и базового (с индексами 2 и 1 соответственно) вариантов. Если Е_ср.э > 0 (Э₂ > Э₁), преимущество получает сравниваемый вариант, если Е_ср.э < 0 (Э₂ < Э₁), лучшим оказывается базовый вариант.

б) при постоянном результате:

Е_ср.э = З₂ — З₁ (при Э = const) (4.9)

где З₂ и З₁ — значения затрат на реализацию соответственно сравниваемого и базового (с индексами 2 и 1 соответственно) вариантов. Если Е_ср.з < 0 (З₂ < З₁), преимущество получает сравниваемый вариант, если Е_ср.з > 0 (З₂ > З₁), лучшим может считаться базовый вариант.

В самом простом случае (неизменный характер текущих издержек и одинаковый период реализации мероприятия) формула (4.9) может быть записана в следующем виде:

(4.10)

Для укрупненных расчетов формула (4.10) может использоваться в тех случаях, если у рассматриваемых вариантов несколько отличаются технические параметры (например, производительность или срок службы оборудования).

Показатели экономической эффективности являются важнейшими инструментами реализации экономической политики на уровне предприятий, регионов, национальной экономики. На уровне предприятий они являются ключевым средством обоснования управленческих решений по организации инвестиционной деятельности, оптимизации расходования ресурсов, совершенствования ценовой политики. На уровне регионов и национальной экономики показатели экономической эффективности призваны служить основой обоснования инвестиционной политики, управления системой кредитования, совершенствования налогообложения.

4.3 Бизнес план (структура, цель формирования)

В рыночной экономике бизнес-план является рабочим инструментом, используемым во всех сферах предпринимательства. Этот план дает характеристику процесса функционирования фирмы, показывает, каким образом ее руководители собираются достичь выполнения поставленных задач, в первую очередь — повышения прибыльности компании. Хорошо разработанный план помогает фирме расти, завоевывать новые позиции на рынке, где она функционирует, составлять более глубокие перспективные планы своего развития, концепции производства новых товаров и услуг и выбирать рациональные способы их реализации.

Бизнес-план как правило, систематически обновляется, в него вносятся изменения, связанные как с переменами, происходящими внутри фирмы, так и с изменениями на рынке, где действует фирма, и в экономике в целом. Таким образом, бизнес-план помогает предпринимателю оценивать прогресс своего дела на основе внутрифирменного и макроэкономического анализа и контролировать текущие операции.

Основной целью разработки бизнес-плана является планирование хозяйственной деятельности фирмы на ближайший и отдаленные периоды в соответствии с потребностями рынка и возможностями получения необходимых ресурсов. Другие цели разработки плана бизнеса могут быть различными, например:

— уяснить степень реальности достижения намеченных результатов;

— доказать определенному кругу лиц целесообразность реорганизации работы уже существующей фирмы или создания новой;

— убедить сотрудников компании в возможности достижения качественных или количественных показателей, намеченных в проекте и др.

Бизнес-план, также, призван помочь предпринимателю решить следующие основные задачи, связанные с функционированием фирмы:

-определить конкретные направления деятельности, перспективные рынки сбыта и место фирмы на этих рынках;

— оценить затраты, необходимые для изготовления и сбыта продукции, соизмерить их с ценами, по которым будут продаваться товары, чтобы определить потенциальную прибыльность проекта;

-выявить соответствие кадров фирмы и условий для мотивации их труда требованиям по достижению поставленных целей;

— проанализировать материальное и финансовое положение фирмы и определить, соответствуют ли материальные и финансовые ресурсы достижению намеченных целей;

-просчитать риски и предусмотреть трудности, которые могут помешать выполнению бизнес-плана.

В современной практике бизнес-план выполняет четыре функции. Первая из них связана с возможностью его использования для разработки стратегии бизнеса. Эта функция жизненно необходима в период создания предприятия, а также при выработке новых направлений деятельности.

Вторая функция — планирование. Она позволяет оценить возможности развития нового направления деятельности, контролировать процессы внутри фирмы.

Третья функция позволяет привлекать денежные средства — ссуды, кредиты. В современных условиях без кредитных ресурсов практически невозможно осуществить какой-либо значительный проект, однако получить кредит непросто. Главная причина заключается не столько в проблеме высоких процентных ставок, сколько в возросшей невозвратности кредитов. В этой ситуации банки принимают целый комплекс мер по обеспечению возврата денежных средств, среди которых следует отметить требования банковских гарантий, реального залога и другие, но решающим фактором при предоставлении кредита является наличие проработанного бизнес-плана.

Четвертая функция позволяет привлечь к реализации планов компании потенциальных партнеров, которые пожелают вложить в производство собственный капитал или имеющуюся у них технологию. Решение вопроса о предоставлении капитала, ресурсов или технологии возможно лишь при наличии бизнес-плана, отражающего курс развития компании на определенный период времени.

Таким образом, внутрифирменное планирование является неотъемлемой частью любого предприятия, независимо от его размера. Бизнес-план обобщает анализ возможностей для начала или расширения бизнеса в конкретной ситуации и дает четкое представление о том, каким образом менеджмент данной компании намерен использовать этот потенциал. Велико его значение и для привлечения деловых партнеров, создания совместных предприятий. А также, для получения финансирования.

Подготовка и эффективное использование бизнес-плана имеет таким образом, первостепенное значение Этот план может быть разработан менеджером, руководителем, фирмой, группой фирм или консалтинговой организацией. Для определения стратегии развития крупной фирмы составляется развернутый бизнес-план. Нередко уже на стадии его подготовки определяются потенциальные партнеры и инвесторы. Что касается временного аспекта бизнес-планирования, то большинство фирм составляют планы на год. В них детально рассматриваются различные направления деятельности фирмы в этот период и бегло характеризуется дальнейшее развитие. Некоторые фирмы составляют планы на срок до 5 лет и лишь крупные компании, твердо стоящие на ногах, планируют на период более пяти лет».

Существуют два основных подхода к разработке бизнес-плана. Первый заключается в том, что бизнес-план составляется наемной группой специалистов, а инициаторы проекта участвуют в нем посредством подготовки исходных данных. Другой подход — когда инициаторы проекта сами разрабатывают бизнес-план, а методические рекомендации получают у специалистов, в частности, у возможных инвесторов. Инициаторы проекта обычно являются специалистами в производственных вопросах, но как правило, довольно слабо разбираются в тонкостях финансового обеспечения проекта и сбыта продукции. Эти вопросы разрабатывают наемные специалисты.

В бизнес-плане оценивается перспективная ситуация как внутри фирмы, так и вне ее. Он особенно необходим руководству для ориентации в условиях акционерной собственности, так как именно при помощи бизнес-плана руководители компании принимают решение о накоплении прибыли и распределении ее части в виде дивидендов между акционерами. Этот план используется при обосновании мероприятий по совершенствованию и развитию организационно-производственной структуры фирмы, в частности для обоснования уровня централизации управления и ответственности сотрудников. Следует отметить, что указанный план, как правило, активно помогает координировать деятельность партнерских фирм, организовывать совместное планирование развития групп фирм, связанных кооперированием и изготовлением одинаковых или взаимодополняющих продуктов. В таком случае фирмы-партнеры осуществляют общее финансирование.

Наряду с внутрифирменными функциями, бизнес-планирование имеет большое значение при определении стратегии планирования на макроуровне. Совокупность долгосрочных бизнес-планов предприятий составляет информационную базу, которая является основой для разработки национальной политики планирования в рамках государственного регулирования экономики.

Таким образом, в наибольшей степени бизнес-план используется при оценке рыночной ситуации как вне фирмы, так и внутри нее, при поиске инвесторов. Он может помочь крупным предпринимателям расширить дело с помощью покупки акций другой фирмы или организации новой производственной структуры, а также служит основой для формирования общегосударственной стратегии планирования.

Важное значение имеет структура бизнес-плана, который представляет собой достаточно сложный документ, включающий в себя описание компании, ее потенциала, оценку внутренней и внешней среды бизнеса, конкретные данные о развитии фирмы. Хотя внешне бизнес-планы могут отличаться друг от друга, состав их разделов остается практически неизменным, а именно: краткое содержание (резюме), характеристика отрасли, описание создаваемой компании и производимых ею продуктов и услуг, исследование и анализ рынка, планы маркетинга, производственный и финансовый планы, а также оценка возможных рисков и страхование.

Оформление бизнес-плана начинается с подготовки титульного листа. Он должен сразу обеспечить информацию о том, где, когда и кем составлен данный документ. Здесь же указывается название проекта, которое должно кратко и четко формулировать идею, заложенную в бизнес-плане.

Вторая страница плана содержит оглавление, которое должно отражать его структуру. Это номенклатура разделов или параграфов. При любом варианте содержание должно быть четко оцифровано, обязательно арабскими цифрами. Затем идет введение, в котором указана задача составления бизнес-плана и круг лиц, которым он адресован. Целесообразно также отметить, почему возникла необходимость в создании данного проекта или инвестиционного замысла.

Объем раздела «Возможности фирмы» (резюме) не должен превышать нескольких страниц. В Этом разделе указывается все главное, что должно быть понято и оценено потенциальным инвестором, то есть, информация, дающая представление о фирме и обеспечивающая все необходимые данные, характеризующие ее коммерческую деятельность. В приоритетном порядке указываются направления деятельности компании, по каждому направлению определяются целевые рынки и ответственные лица. Составители плана должны кратко и четко сформулировать основные цели проекта, а также его конкретные задачи. Таким образом, в разделе должны быть освещены основные цели фирмы. Ее стратегия, разработанные для ее достижения конкретные мероприятия.

Эти данные целесообразно представить в форме таблицы, содержащей описание деловых приемов, которые собирается использовать фирма и соответствующих им мероприятий, направленных на решение конкретных задач в рамках выбранной стратегии. Целесообразно также определить в таблице круг лиц, ответственных за выполнение различных мероприятий. Указание там же точных сроков реализации важно как для составителя плана, так и для потенциального инвестора. Определение в бизнес-плане временных рамок показывает, что план разработан подробно и добросовестно.

В разделе «Виды товаров и услуг» описываются все товары и услуги фирмы, которые предлагаются на рынке покупателям. Подготовке раздела предшествует значительная предварительная работа по выбору товара или услуги, который должен стать основой бизнеса фирмы. В рамках данного раздела необходимо подробно описать предлагаемые товары и услуги, указать их основные преимущества в глазах потребителя, а также имеющиеся недостатки и меры по их преодолению. Особо следует подчеркнуть разницу между тем, что представлено на рынке в настоящее время, и тем, что собирается в будущем предложить фирма, так как выход на рынок и рост объемов продаж напрямую зависит от уникальных свойств представленного в бизнес-плане продукта.

Цель раздела «Рыночные исследования и анализ сбыта» — предоставить инвестору достаточные фактические материалы чтобы убедить его в конкурентоспособности рассматриваемого проекта, а также, помочь предпринимателю определить, кто будет покупать его товар и где его ниша на рынке. Этот раздел является одним из наиболее трудных и важных, так как он построен на рыночных оценках, которые оказывают непосредственное влияние на финансовых и производственный планы компании. В данном разделе предприниматель должен освятить следующие вопросы:

1. Типы рынков, на которых действует фирма.

2. Основные сегменты рынков по каждому виду товаров или услуг.

3. Факторы, влияющие на спрос на каждом из сегментов рынка.

4. Перспективы изменения потребностей покупателей и возможная реакция компании на эти изменения.

5. Реальное состояние и прогнозы развития емкости используемых сегментов рынка на ближайшее время и на более отдаленную перспективу

6. Реакция рынка на новые товары.

В некоторых бизнес-планах в отдельный раздел выделяется оценка конкуренции на рынках сбыта. Этот раздел посвящен анализу рыночной конъюнктуры, характеристике конкурентов, их стратегии и тактике. Оценивая деятельность конкурентов, необходимо дать ответ на следующие вопросы:

1. Насколько область деятельности фирмы подвержена изменениям?

2. Велико ли число фирм, предлагающих сходные товары и услуги?

3. Какую часть рынка контролируют фирмы-конкуренты?

4. Как обстоят дела у фирм-конкурентов с доходами, внедрением новых технологий, рекламой и послепродажным обслуживанием?

5. Что является предметом наиболее жесткой конкуренции в данной сфере деятельности (цена, качество, послепродажное обслуживание и др.)?

Для оценки фирм-конкурентов целесообразно составить таблицу, содержащую их основные характеристики: место расположения, доля рынка, объемы продаж. Для оценки степени риска необходимо также указать предполагаемые потери, которые может понести компания и наличие свободной ниши для вступления на рынок нового действующего агента. Если эта ниша очень мала или вовсе отсутствует, то предприятие не выдержит конкуренции.

Для оценки сравнительных преимуществ компании можно использовать метод сегментации рынков по основным конкурентам, позволяющий систематизировать информацию по достоинствам и недостаткам фирмы и ее главных конкурентов. Для этого основные факторы разбиваются на группы и по каждому из них фирма и ее конкуренты должны получить оценку в баллах по шкале от 0 до 5 баллов, которая отражает положение фирмы на рынке. Эта информация в бизнес-плане обычно представлена также в виде таблицы.

В разделе бизнес-плана, посвященном маркетингу, освещаются способы достижения намечаемых объемов продаж и доведения выпускаемой продукции до потребителя. Необходимо, чтобы в плане была указана общая стратегия маркетинга, принятая на фирме, схема ценообразования и реализации товара, а также методы стимулирования роста объемов продаж. Большое значение имеют также организация послепродажного обслуживания клиентов, реклама выпускаемых товаров и формирование общественного мнения о товарах и фирме, их выпускающей.

Раздел «Планы производства» включается в бизнес-план только теми предпринимателями, которые собираются заниматься производством товаров. Главная задача здесь — убедить потенциальных партнеров, что фирма будет в состоянии производить необходимое количество товара требуемого качества в нужные сроки. Иными словами, предприниматель должен показать, что он действительно в состоянии организовать эффективное производство. Обычно производственный план включает в себя следующие структурные элементы:

1. Характеристика производственного цикла.

2. Анализ размещения предприятия с точки зрения таких факторов, как близость к рынкам сбыта, поставщикам, наличие квалифицированных трудовых ресурсов, транспортные расходы, уровень развития инфраструктуры.

3. Оценка необходимых факторов производства и динамика их изменен

4. Оценка поставщиков сырья и материалов с точки зрения их надежности, опыта сотрудничества и др.

5. Нормативные акты, касающиеся производства, а также, влияющие на характер и сроки открытия и функционирования предприятия.

6. Издержки производства и динамика их изменения.

В разделе «Оценка риска и страхование» освещаются проблемы, которые могут возникнуть у фирмы в процессе реализации проекта и основные методы защиты от потенциальных трудностей. Данный раздел содержит следующие составные части:

-перечень возможных рисков с указанием вероятности их возникновения и ожидаемого ущерба от этого,

-организационные меры по профилактике и нейтрализации рисков,

— программа страхования от рисков.

Раздел бизнес-плана, касающийся финансового плана, необходимо посвятить оценке потенциала фирмы и планированию ее финансовой деятельности с целью достижения жизнеспособности компании и эффективного использования имеющихся денежных средств. В данном разделе содержатся следующие планово-отчетные документы:

— оперативный план;

-план доходов и расходов;

— план движения денежных средств;

-балансовый отчет.

Указанные документы носят планово-отчетный характер. Планирование осуществляется на основе прогноза будущей деятельности фирмы в рамках определенного периода времени. Отчет составляется за прошедший период времени. Приведенные в этих документах данные используются далее для анализа финансового состояния фирмы.

В разделе «Стратегия финансирования» излагается план создания новой фирмы или расширения уже функционирующей. При составлении этой части бизнес-плана предприниматель обязан рассмотреть следующие вопросы:

-средства, необходимые для реализации предлагаемого проекта;

— источник инвестиций;

— сроки окупаемости и размеры ожидаемого дохода от реализации проекта.

Помимо указанных разделов бизнес-плана, целесообразно также включить в него организационный план, содержащий краткую характеристику организационной структуры компании, сведения о персонале, информацию о правовом обеспечении деятельности фирмы.

В конце бизнес-плана приводится фактографическая информация, а именно: полное наименование предприятия или фирмы, юридический адрес, номера контактных телефонов, телекс, факс, а также названия организаций и телефоны, по которым читатель плана сможет получить в случае необходимости дополнительную информацию.

Следовательно, бизнес-план является сложным по структуре документом. Его параграфы и разделы должны охватывать все аспекты деятельности предприятия. Состав разделов может видоизменяться в зависимости от типа решаемой задачи.

При формировании бизнес-плана особое внимание надо уделить языку и стилю. В рамках подготовки плана правильно выбранный стиль изложения часто оказывается залогом успеха при привлечении инвесторов. Обратим внимание на двойственный характер бизнес-плана. С одной стороны, это серьезный аналитический документ, а с другой — средство рекламы. В соответствии с этой особенностью нужно выбрать и язык бизнес-плана. Он должен быть понятен всем, особенно финансистам и потенциальным партнерам. Часто специалист, составляющий бизнес-план, использует в тексте сленг своей профессиональной среды.

Он понятен только людям, работающим в той же отрасли, но малопонятен для инвестора, который обычно является специалистом в области финансового менеджмента и не разбирается в производственных тонкостях. Следует также сказать и об орфографии и пунктуации. Ошибки в этой области могут внушить читателю негативное отношение к автору плана, а, следовательно, и к предприятию в целом.

При составлении бизнес-плана необходимо также помнить, что информация, представленная в нем, должна быть емкой, четкой и в то же время краткой. Часто неопытные предприниматели при составлении бизнес-планов используют прилагательные весьма экспрессивной окраски, однако лучше избежать излишней эмоциональности при изложении, а вместо этого включить в план цифровые показатели. Они намного скромнее, но более эффективно воздействуют на потенциальных деловых партнеров. Однако, при большом количестве различных цифровых материалов их восприятие и оценка затрудняются, особенно при первом ознакомлении с планом. В связи с этим рекомендуется проверенный метод свертывания информации: ее классифицируют по определенным категориям (показателям) и представляют в аналитической (табличной) или графической форме. В систематизированном виде, когда возможна сравнительная оценка, цифровые данные воспринимаются намного легче, а значит и результативнее. Рекомендуется кроме того, привести цитаты солидных авторов, которые подчеркнут идею, излагаемую в проекте. Конечно, ссылка на авторитетный источник не сможет заменить творческую мысль, но цитата может быть приведена, чтобы снять у читателя напряжение от восприятия потока новых идей, незнакомого материала или обильной цифровой информации.

Что касается полноты изложения бизнес-плана, то от ее уровня во многом зависит его успешное использование. Хотя состав разделов плана может варьироваться автором по его усмотрению, это не означает, что по желанию составителя могут быть выпущены важные разделы, касающиеся, например, цифровых значений доходов. Наоборот, чем больше и доказательнее будет такого рода информация, тем эффективнее будет воздействовать бизнес-план на потенциального участника бизнеса.

Таким образом, бизнес-план должен быть написан деловым языком, доходчивым, живым, но не примитивным. Исключается использование профессиональных терминов, непонятных неспециалисту в данной области. Необходимо отметить, что банки и инвестиционные компании ежедневно рассматривают множество предложений. Поэтому бизнес-план должен быть подготовлен с учетом требований и стандартов организаций и лиц, которым предполагается представить этот документ.

5. ОХРАНА ТРУДА

5.1 Общие характеристики помещения и рабочего места

Дипломная работа выполнялась на кафедре Физической электроники в вычислительном центре (ВЦ), находящемся на первом этаже Электротехнического корпуса СумГУ. ВЦ является небольшой аудиторией, план и размеры которой представлены на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 — План помещения ВЦ

Работа проходила большую часть времени за компьютером, поэтому рассмотрим правила охраны труда при эксплуатации электронно-вычислительных машин (ЭВМ) и работе за видеотерминалами (ВДТ).

Рабочие места, оборудованные ВДТ, согласно ДНАОП 0.00 — 1.31 — 99 должны обеспечивать [42]:

— надлежащие условия освещения помещения и рабочего места, отсутствие отблесков;

— оптимальные параметры микроклимата (температура, относительная влажность, скорость движения и уровень ионизации воздуха);

— надлежащие эргономические характеристики основных элементов рабочего места;

а также учитывать такие опасные и вредные факторы, как:

— наличие шума и вибрации;

— мягкое рентгеновское излучение;

— электромагнитное излучение;

— ультрафиолетовое и инфракрасное излучения;

— электростатическое поле между экраном и оператором;

— наличие пыли, озона, оксидов азота и аэроионизации.

В ВЦ одновременно находились 3 человека, что соответствует площади 12 м² и объему 51.2 м³ на рабочего и удовлетворяет нормам ДНАОП 0.00-1.31 — 99 [42], согласно которым одно рабочее место, оборудованное видеотерминалом должно иметь площадь — не меньше 6.0 м², объем — не меньше 20.0 м³.

Помещение ВЦ имеет два небольших окна, выходящих не непосредственно на улицу, а в коридор здания. Окна не оснащены устройствами для открывания. В целом, естественное освещение не удовлетворяет нормам и является недостаточным для нормальной работы. Согласно ДБН В.2.5 — 28 — 2006 [43] естественный свет должен проникать через боковые светопроемы, сориентированные, как правило, на север или северо-восток, и обеспечивать коэффициент естественного освещения (КЕО) не ниже 1.5 %. Также окна помещений с видеотерминалами должны иметь регулировочные устройства для открывания, а также жалюзи, шторы, внешние козырьки и т. п.

Рабочее помещение имеет низкие уровни шума и вибраций, поэтому специальных мер по снижению шума не принималось.

Измерение и контролирование уровней неионизирующих электромагнитных излучений, электростатических и магнитных полей в ВЦ не производились.

Рассмотрим организацию и оснастку рабочего места. Конструкция рабочего места пользователя ЭВМ с ВДТ обеспечивает поддержание оптимальной рабочей позы и расположено относительно световых прорезов таким образом, что естественный свет падает слева.

При размещении рабочих столов с ВДТ соблюдены требуемые нормами ДСанПиН 3.3.2. — 007 — 98 расстояния: между боковыми поверхностями ВДТ 1.2 м, расстояние от тыльной поверхности одного ВДТ до экрана другого ВДТ — 2.5 м.

Конструкция рабочего стола отвечает современным требованиям эргономики и обеспечивает оптимальное размещение на рабочей поверхности используемого оборудования (дисплея, клавиатуры, принтера) и документов.

Размеры рабочего стола следующие: высота 800 мм, ширина 1200 мм, глубина 700 мм. Они удовлетворяют нормам ДСанПиН 3.3.2. — 007 — 98, согласно которым высота рабочей поверхности рабочего стола с ВДТ должны регулироваться в пределах 680…800 мм, а ширина и глубина — обеспечивать возможность выполнения операций в зоне достижимости двигательного поля (рекомендованные размеры: 600…1400 мм, глубина — 800…1000 мм).

Рабочий стул не удовлетворяет стандартным требованиям, согласно которым он должен быть подъемно-поворотным, регулированным по высоте, с углом наклона сидения и спинки, и по расстоянию от спинки до переднего края сидения поверхность сидения должна быть плоской, передний край — округленным. Регулирование по каждому из параметров может осуществляться независимо, легко и надежно фиксироваться. Шаг регулирования элементов стула должны представлять: для линейных размеров — 15…20 мм, для угловых — 2…5 град. Усилие регулирования не должно превышать 20 Н. Рабочий стул не был подъемно-поворотным и имел следующие характеристики: высота сиденья 520 мм, ширина спинки 400 мм, угол наклона спинки от вертикального положения 0 градусов, подлокотники и подставка для ног не использовались.

Размещение ВДТ обеспечивало хорошую видимость экрана ВДТ, расстояние от монитора до глаз составляло 900 мм, угол наклона дисплея составлял 85 град. к горизонту. Это близко к стандартным требованиям, по которым экран ВДТ должен располагаться на оптимальном расстоянии от глаз пользователя, которое составляет 600…700 мм, но не ближе 600 мм с учетом размера буквенно-цифровых знаков и символов. Расположение экрана ВДТ должно обеспечивать удобство зрительного наблюдения в вертикальной плоскости под углом + 30 град. к нормальной линии взгляда работающего.

5.2 Расчет природного и искусственного освещения помещения

При анализе достаточности природного освещения необходимо ответить на вопрос: соответствует ли фактическое значение природного освещения нормативному согласно СНиП II-4-79[4].

Помещение ВЦ имеет два небольших глухих окна, выходящие в коридор здания. Так как в помещении отсутствуют окна, выходящие непосредственно на улицу, и не являются прямым источником природного света, можно считать, что природное освещение помещения практически отсутствует, поэтому рассчитывать его нецелесообразно, поскольку заведомо известно, что оно является недостаточным.

Поскольку естественное освещение не удовлетворяет нормам и является недостаточным для нормальной работы, необходимо снабжать помещение искусственным освещением.

Для оценки эффективности искусственного освещения в помещении необходимо сравнить значения фактического освещения и нормативного значения согласно СНиП II-4-79.

Нормативное значение освещения для данного типа помещения при общем освещении согласно СНиП II-4-79 составляет при использовании газоразрядных ламп — 300 лк, при использовании ламп накаливания — 200 лк.

Система искусственного освещения ВЦ представлена четырьмя светильниками, расположенными локально над рабочими местами, которые размещены по периметру помещения. Каждый светильник содержит по четыре люминесцентные лампы типа ЛБ 40, а также оснащен рассеивателями и отражателями.

Значение фактического освещения, лк, в помещении можно найти методом коэффициента использования светового потока по формуле:

, (5.1)

откуда

, лк, (5.2)

где — световой поток одной лампы, лм. Для лампы типа ЛБ 30 лм;

— коэффициент использования светового потока. =0,5.

N — количество светильников в помещении. N=4.

n — количество ламп в каждом светильнике. n =4.

S — площадь помещения. S= 48 м²

k — коэффициент запаса. k = 1,5.

z — коэффициент неравномерности освещения. z=1,1.

Тогда

==315 лк.

Нормированное значение освещения согласно СНиП II-4-79 при использовании газоразрядных ламп составляет 300лк. Сравнивая нормативное значение освещения с фактическим, можно сделать вывод про эффективность искусственного освещения в помещении.

Допустимым отклонением фактического освещения от нормативного составляет +20% — -10%.

Размещение светильников в помещении показано на Рис.5.2

Рис.5.2 — Схема размещения светильников

Следовательно, уровень искусственного освещения соответствует нормам. Комбинированное освещение не используется, т. к. вполне удовлетворителен уровень искусственного освещения. Также отсутствует система выключателей, позволяющая регулировать интенсивность искусственного освещения в зависимости от естественного. Это обусловлено тем, что искусственное освещение используется всегда независимо от наличия естественного. В целом, искусственное освещение является удовлетворительным для работы.

5.3 Расчет природной и искусственной вентиляции

При исследовании эффективности природной вентиляции в помещении необходимо учитывать, что согласно СНиП 02.09.04-87 при условии, что объем помещения, приходящийся на каждого рабочего, должен составлять не менее 20 м³, то необходимый воздухообмен должен составлять не менее L`= 30 м<sup>3</sup>/час на одного человека. При объеме 20 м<sup>3</sup> и больше на одного работающего воздухообмен должен составлять не менее L`= 20 м³/час. При объеме 40 м³ и больше на одного работающего при наличии в помещении окон и дверей воздухообмен не лимитируется.

Объем ВЦ составляет 153,6 м³. На одного человека приходится 153,6:4=38,4 м³. Согласно СНиП 02.09.04-87 на одного работающего должно приходиться 40 м³. Сравнивая значения фактическое значение воздухообмена с нормативным, можно сделать вывод о эффективности искусственной вентиляции помещения.

Что касается условий вентиляции в вычислительном центре, то, как упоминалось, помещение имеет сообщение с внешней средой не непосредственно, а через другое помещение. Поэтому уровень естественной вентиляции очень низкий. Искусственная вентиляция осуществляется посредством специальной системы вентиляции. В целом, практически не соблюдается соответствие нормам условий обеспечения вентиляции.

5.4 Анализ электробезопасности рабочего помещения

Условия электробезопасности в рабочем помещении в общем соблюдены. Линия электросети для питания ЭВМ и периферийных устройств ЭВМ выполнена как отдельная групповая трехфазная сеть, путем прокладывания фазового, нулевого рабочего и нулевого защитного проводников. Нулевой защитный проводник используется для заземления (зануления) электроприемников. На заметном и доступном месте установлен аварийный резервный выключатель, который может полностью выключить электрическое питание помещения, кроме освещения. ЭВМ и периферийные устройства ЭВМ подключены к электросети только с помощью исправных штепсельных соединений и электророзеток заводского изготовления. Штепсельные соединения и электророзетки кроме контактов фазового и нулевого рабочего проводников имеют специальные контакты для подключения нулевого защитного проводника.

5.5 Оценка метеорологических условий помещения

При оценке метеорологических условий в исследуемом помещении необходимо сравнить фактические значения параметров микроклимата: температуры воздуха, относительной влажности, скорости перемещения воздуха, интенсивности теплового излучения при наличии его источников в помещении с нормативными значениями, установленными ДСН 3.3.6.042-99[2].

Принимая во внимание тот факт, что данном помещении выполняются по энергозатратам легкие работы, согласно ДСН 3.3.6.042-99 для холодного времени года нормативными будут:

— температура оптимальная 21-24 єС, допустимая 20-25 єС;

— относительная влажность воздуха оптимальная 40-60%, допустимая не более 75%;

— скорость перемещения воздуха оптимальная 0,1 м/с, допустимая не больше 0,2 м/с.

Для теплого времени года:

— температура оптимальная 22-25 єС, допустимая 21-28 єС;

— относительная влажность воздуха оптимальная 40-60%, допустимая не более 60%;

— скорость перемещения воздуха оптимальная не более 0,2 м/с, допустимая 0,1-0,3 м/с.

В вычислительном центре также не предусмотрено никаких мер для поддержания допустимых значений микроклимата и концентрации положительных и отрицательных ионов (представленных соответственно в табл. 5.1 и 5.2). Отсутствуют установки или приборы увлажнения и/или искусственной ионизации, кондиционирование воздуха.

Измерение и контролирование уровней неионизирующих электромагнитных излучений, электростатических и магнитных полей в ВЦ не производились.

Таблица 5.1 — Нормированные параметры микроклимата для помещений с ВДТ и ЭВМ согласно ДСН 3.3.6.042 — 99

Время года	Категория работ согласно ГОСТ 12.1-005-88	Температура воздуха	Относительная влажность	Скорость движения воздуха
		Оптимальная	оптимальная	оптимальная
Холодное	легкая — 1 а	22 — 24	40 — 60	0.1
	легкая — 1 б	21 — 23	40 — 60	0.1
Теплое	легкая — 1 а	23 — 25	40 — 60	0.1
	легкая — 1 б	22 — 24	40 — 60	0.2

Таблица 5.2 — Равные ионизации воздуха помещений при работе на ВДТ согласно ДСН 3.3.6.042 — 99

Уровни	Количество ионов в 1см. куб. воздуха
	+	—
Минимально необходимые	400	600
Оптимальные	1500 — 3000	3000 — 5000
Максимально допустимые	50000	50000

5.6 Анализ электробезопасности рабочего помещения

Условия электробезопасности в рабочем помещении в общем соблюдены. Линия электросети для питания ЭВМ и периферийных устройств ЭВМ выполнена как отдельная групповая трехфазная сеть, путем прокладывания фазового, нулевого рабочего и нулевого защитного проводников. Нулевой защитный проводник используется для заземления (зануления) электроприемников. На заметном и доступном месте установлен аварийный резервный выключатель, который может полностью выключить электрическое питание помещения, кроме освещения. ЭВМ и периферийные устройства ЭВМ подключены к электросети только с помощью исправных штепсельных соединений и электророзеток заводского изготовления. Штепсельные соединения и электророзетки кроме контактов фазового и нулевого рабочего проводников имеют специальные контакты для подключения нулевого защитного проводника.

5.7 Анализ пожарной безопасности рабочего помещения

Исследуемое помещение по опасности возникновения пожара согласно ОНТП 24-86 принадлежит к категории В (пожароопасные — в нём находятся легковоспламеняющееся вещества — бумага, дерево).

Возможными причинами возникновения пожара могут быть:

— короткое замыкание в электрической сети, что может повлечь за собой воспламенение находящихся легковоспламеняющихся веществ;

— возгорание бумаги, дерева из-за неосторожного поведения с огнем;

— распространение огня из соседних помещений.

Предупредить возникновение пожара можно путем разработки правил безопасного поведения с огнем, устранением возможности возникновения короткого замыкания.

В случае возникновения пожара своевременно и с минимальными последствиями дают возможность погасить имеющиеся в наличии сигнализация и огнетушитель.

На рисунке 5.3 представлен план эвакуации из помещения ВЦ в случае возникновения пожара.

Рисунок 5.3 — План эвакуации из рабочего помещения в случае возникновения пожара

Что касается пожарной безопасности, то стены помещения вычислительного центра выполнены из негорючего материала, имеются окна для осмотра. Однако они не полностью удовлетворяют нормам, поскольку расположены на высоте 1.7 м от пола, в то время как по нормам должно быть не более 0.8 м. Имеется один огнетушитель, к которому обеспечен свободный доступ. Помещение вычислительного центра не оснащено системой автоматической пожарной сигнализации. Также отсутствует система пожарных извещателей. На рисунке 2.3 представлен план эвакуации из помещения вычислительного центра в случае возникновения пожара.

Для лучшего контроля пожарной безопасности в рабочем помещении необходимо установить систему пожарных извещателей. Рассмотрим подробнее вид и способ размещения пожарных извещателей в вычислительном центре.

Пожарные извещатели представляют собой устройства для подачи электрического сигнала о пожаре на пункт охраны. Различают датчики с ручным включением и датчики, реагирующие на факторы, сопутствующие пожару (дым, тепловое или световое излучение). В зависимости от того, на какой фактор пожара они реагируют, различают тепловые, дымовые извещатели, извещатели пламени и пожарные извещатели специального назначения. Также различают адресуемые и неадресуемые извещатели. Извещатель адресуемый — автоматический пожарный извещатель, реагирующий на факторы, сопутствующие пожару, в месте его установки и постоянно или периодически активно формирующий сигнал о состоянии пожароопасности в защищаемом помещении и собственной работоспособности с указанием его номера (адреса). Извещатель неадресуемый — автоматический пожарный извещатель, реагирующий на факторы, сопутствующие пожару, в месте его установки и формирующий сигнал о возникновении пожара в защищаемом помещении без указания его номера (адреса).

Воспринимая информацию об изменении каких-либо параметров (к примеру, температуры в охраняемом помещении), извещатели преобразуют ее в электрические сигналы. Пожарные извещатели могут входить в состав охранной сигнализации; в этом случае она называется охранно-пожарной. Приемные устройства пожарной сигнализации служат для приема сигналов о пожаре от пожарных извещателей, индикации номера охраняемого объекта, с которого принят сигнал, и звуковой (световой) сигнализации о получении сигнала тревоги для дистанционного включения пожарной автоматики, а также трансляции сигнала тревоги в подразделения пожарной охраны.

Согласно ДБН В.2.5-13-98* [46] тип и количество автоматических пожарных извещателей, устанавливаемых в защищаемых помещениях, определяется необходимостью обнаружения загорания по всей контролируемой площади помещения, пожароопасных зон. В одном помещении следует устанавливать не менее двух неадресуемых или один адресуемый пожарный извещатель. Тип автоматического пожарного извещателя следует выбирать в зависимости от назначения защищаемых помещений, характера сгораемых материалов и первичных признаков пожара.

Точечные пожарные извещатели следует, как правило, устанавливать под покрытием (перекрытием). При невозможности установки извещателей под покрытием (перекрытием) допускается их установка на стенах, балках, колоннах, а также подвеска на тросах. В этих случаях извещатели должны размещаться на расстоянии не более 0.4 м от уровня покрытия (перекрытия), включая размеры извещателя. При подвеске извещателей на тросах должно быть обеспечено их устойчивое вертикальное положение, частота и амплитуда возможных вибраций не должны превышать значений, указанных в технической документации на извещатели.

Извещатели следует располагать на расстоянии не менее 0,6 м от отверстий вентиляции. В случае подачи воздуха через перфорированный потолок отверстия в радиусе 0.6 м от извещателя должны быть заглушены.

Согласно ДБН В.2.5-13-98* [46] в помещениях, содержащих электронно-вычислительную технику, следует устанавливать дымовые извещатели. Площадь, контролируемая одним точечным дымовым пожарным извещателем, а также максимальное расстояние между извещателями, извещателями и стеной, определяется по табл. 5.3, но не должны превышать величин, указанных в технической документации на извещатели.

Т. к. площадь ВЦ составляет 48 м², то согласно таблице 5.3 достаточен один точечный дымовой пожарный извещатель. Однако будем устанавливать два точечных неадресуемых дымовых пожарных извещетелей, т. к. в одном помещении следует устанавливать не менее двух неадресуемых или один адресуемый пожарный извещатель. Из-за невозможности установки извещателей под перекрытием установка производится на потолке помещения. Схема помещения с извещателями представлена на рисунке 5.4

Таблица 5.3 — Площадь и расстояния для извещателей согласно ДБН В.2.5-13-98*

Высота защищаемого помещения, м	Схема квадратного размещения извещателей
	Площадь, контролируемая одним извещателем, м2	Максимальное расстояние, м
		Между извещателями	От изведателя до стены
До 3.5	До 86	9.0	4.5
Свыше 3.5 до 6	-«-70	8.5	4.0
Свыше 6 до 10	-«-65	8.0	4.0
Свыше 10 до 12	-«-55	7.5	3.5

Таким образом, помещение ВЦ имеет неудовлетворительные естественное освещение, условия микроклимата, вентиляции и концентрации положительных и отрицательных ионов. Проблему с естественным освещением практически невозможно решить вследствие особенностей расположения помещения. Для улучшения условий микроклимата и обеспечения требуемых концентраций положительных и отрицательных ионов следует использовать установки или приборы увлажнения и / или искусственной ионизации, кондиционирование воздуха.

Рисунок 5.4 — Схема помещения с пожарными извещателями

Искусственное освещение, электробезопасность, пожаробезопасность и организация рабочего места в целом удовлетворяют санитарным требованиям.

ВЫВОДЫ

В работе проведено атомистическое компьютерное моделирование методом молекулярной динамики ультратонких слоев воды и жидкого аргона, заключенных между абсолютно жесткими алмазными поверхностями. Условия моделирований близки к экспериментам, проводимым для исследования подобных систем с помощью АПС. В работе использовалась TIP4P модель молекул воды, в которой принято приближение абсолютной жесткости молекул. Для аргона используется модель упругих шаров. Изучены равновесные и динамические характеристики системы в зависимости от толщины пленки, шероховатости поверхностей, внешней нагрузки (давления на поверхности) и силы сдвига. Толщина пленок принимала значения один и два молекулярных диаметра, давление изменялось от 0.43 до 64.51 ГПа, сила сдвига — от 2 до 394 нН.

Из проведенного в работе исследования модели можно сделать следующие выводы:

1) при повышении нагрузки наблюдается переход ультратонких пленок жидкостей в твердоподобное состояние, проявляющийся в уменьшении коэффициента диффузии и для большинства случаев в образовании упорядоченных конфигураций молекул;

2) для пленки воды характер упорядочения в значительной степени определяется рельефом алмазных стенок. Так, для слоя воды толщиной один молекулярный диаметр между атомарно-плоскими поверхностями отсутствует плоскостное упорядочение молекул, в то время как для пластин с периодическим рельефом атомарной величины наблюдается горизонтальный порядок. Для пленки воды толщиной два молекулярных диаметра и гладких стенок при высоких нагрузках имеет место образование квазидискретных слоев молекул и упорядочение в плоскости слоев. При этом наличие сдвига приводит к более быстрому упорядочению при меньших значениях нагрузки. Для шероховатых поверхностей слои не формируются, и упорядоченные конфигурации отличаются от конфигураций для плоских пластин. Сдвиг при этом не способствует упорядочению молекул;

3) рельеф поверхностей качественно не влияет на временные зависимости силы трения, и в целом последние отражают твердоподобную структуру пленки. Однако однозначному сравнению результатов моделирований для силы трения с экспериментами препятствует значительное различие во временных масштабах, имеющих место при соответствующих измерениях;

4) изменение среднего по времени значения кинетической силы трения с нагрузкой для обоих типов поверхностей удовлетворяет модели «булыжной мостовой» в приближении преобладания адгезионных взаимодействий. Полученные в моделированиях зависимости сдвиговых напряжений от нагрузки проявляют сходство с экспериментальными зависимостями для простых сферических молекул;

5) поведение граничной пленки аргона качественно во многом сходно с поведением пленки воды. Основные различия заключаются в меньшей выраженности и в отличном виде плоскостного упорядочения в пленках толщиной два молекулярных диаметра, а также в отсутствии режима прилипания — скольжения;

6) большое сходство поведения ультратонких пленок воды и аргона можно объяснить простотой модели. Для более реалистичного описания особенностей, присущих именно пленкам воды, необходим учет дополнительных факторов. К основным можно отнести упругость поверхностей, их взаимодействие с Н сайтами молекул воды, а также кулоновское взаимодействие поверхностей и молекул воды;

7) в экономической части работы рассмотрены основные механизмы функционирования лизинга, понятие экономической эффективности и методы ее расчета;

8) проанализированы условия охраны труда в помещении, где выполнялась работа.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Braun O.M., Naumovets A.G. Nanotribology: Microscopic mechanisms of friction // Surface Science Reports. — 2006. — Vol. 60. — P. 79 — 158.

2 Yoshizawa H., Israelachvili J.N. Fundamental mechanisms of interfacial friction. 2. Stick-slip friction of spherical and chain molecules // J. Phys. Chem. — 1993. — Vol. 97. — P. 11300 — 11313.

3 Дедков Г.В. Нанотрибология: экспериментальные факты и теоретические модели // УФН — 2000. — Т. 170, № 6. — С. 585 — 618.

4 Gee M.L., McGuiggan P.M., Israelachvili J.N. Liquid to solidlike transitions of molecularly thin films under shear // J. Chem. Phys. — 1990. — Vol. 93. — P. 1895 — 1906.

5 Bhushan B. Introduction — measurement techniques and application // Nanotribology and nanomechanics. — Berlin: Springer, 2005. — P. 1 — 34.

6 Carlson J., Batista A. Constitutive relation for the friction between lubricated surfaces // Phys. Rev. E. — 1996. — Vol. 53. — P. 4153 — 4164.

7 Попов В. Термодинамика и кинетика плавления сдвигом тонкого слоя смазки, заключенного между твердыми телами // ЖТФ. — 2001. — T. 71, №5. — С. 100 — 110.

8 Khomenko A.V., Yushchenko O.V. Solid — liquid transition of ultrathin lubricant film // Phys. Rev. E. — 2003. — Vol. 68. — P. 036110 — 6.

9 Heo S.J., Sinnott S.B., Brenner D.W., Harrison J.A. Computational modelling of nanometre-scale tribology // Nanotribology and nanomechanics. — Berlin: Springer, 2005. — P. 623 — 691.

10 Israelachvili J.N. Intermolecular and surface forces, 2^nd ed. — London: Academic Press, 1998. — 470 p.

11 Ruths M., Berman A.D., Israelachvili J.N. Surface forces and nanorheology of molecularly thin films // Nanotribology and nanomechanics. — Berlin: Springer, 2005. — P. 389 — 481.

12 Хоменко А.В., Проданов Н.В. Компьютерное моделирование граничного трения // Науково-технічна конференція викладачів, співробітників, аспірантів і студентів фізико-технічного факультету Сумського державного університету. — Суми: Вид-во СумДУ. — 2008. — Т. 2. — С. 39 — 40.

13 Хоменко А.В., Проданов Н.В., Синергетическая кинетика граничного трения // Третя Всеукраїнська конференція молодих вчених та спеціалістів «Надтверді, композиційні матеріали та покриття: отримання, властивості та застосування». — Київ. — 2006. — С. 83 — 84.

14 Хоменко О.В., Проданов М.В. Синергетична кінетика плавлення ультратонкої плівки мастила // Міжнародна конференція студентів і молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики ЕВРИКА — 2006. — Львів. — 2006. — C. 56.

15 Хоменко А.В., Проданов Н.В. Синергетическая кинетика плавления ультратонкой пленки смазки // Физика и техника высоких давлений. — 2006. — Т. 16, №4. — С. 164 — 179.

16 Хоменко А.В., Проданов Н.В. Синергетическая кинетика граничного трения // Вісник Сумського державного університету. — 2006. — №6(90). — С. 74 — 84.

17 Хоменко А.В., Проданов Н.В. Влияние шероховатых алмазных поверхностей на поведение ультратонкой пленки воды заключенной между ними // ФТВД, т.19, №1, с.123-133(2009).

18 Israelachvili J.N. Adhesion forces between surfaces in liquids and condensable vapours // Surface Science Reports. — 1992. — Vol. 14. — P. 109 — 159.

19 Thompson P.A., Robbins M.O. Origin of stick — slip motion in boundary lubrication // Science. — 1990. — Vol. 250. — P. 792 — 794.

20 Thompson P.A., Grest G.S., Robbins M.O. Phase transitions and universal dynamics in confined films // Phys. Rev. Lett. — 1992. — Vol. 68. — P. 3448 — 3451.

21 Gao J., Luedtke W.D., Landman U. Origins of solvation forces in confined films // J. Phys. Chem. — 1997. — Vol. 101. — P. 4013 — 4023.

22 Braun O.M., Peyrard M. Friction in a solid lubricant film // Phys. Rev. E. — 2001. — Vol. 63. — P. 46110 — 19.

23 Persson B.N.J. Theory of friction — dynamical phase transitions in adsorbed layers // J. Chem. Phys. — 1995. — Vol. 103: — P. 3849 — 3860.

24 Landman U., Luedtke W.D., Gao. J.P. Atomic-scale issues in tribology: Interfacial junctions and nano-elastohydrodynamics // Langmuir. — 1996. — Vol. 12. — P. 4514 — 4528.

25 Car R., Parrinello M. Unified approach for molecular-dynamics, density-functional theory // Phys. Rev. Lett. — 1985. — Vol. 55. — P. 2471 — 2474.

26 Menon M., Allen R.E. New technique for molecular-dynamics computer simulations — Hellmann-Feynman theorem, subspace Hamiltonian approach // Phys.Rev. B. — 1986. — Vol. 33. — P. 7099 — 7101.

27 Woodcock L.V. Isothermal molecular dynamics calculations for liquid salts // Chem.Phys. Lett. — 1971. — Vol. 10. — P. 257 — 260.

28 Allen M.P., Tildesley D.J. Computer Simulation of Liquids. — Oxford: Clarendon Press, 1995. — 400 p.

29 Berendsen H.J.C., Postman J.P.M., Van Gunsteren W.F., DiNola A., Haak. J.R. Molecular dynamics with coupling to an external bath // J. Chem. Phys.. — 1984. — Vol. 81. — P. 3684 — 3690.

30 Hoover W.G. Molecular Dynamics. — Berlin: Springer, 1986. — 622 p.

31 http://www.webelements.com.

32 Rahman A., Correlation of motion of atoms in liquid argon // Phys. Rev. A. — 1964. — Vol. 136. — P. 405 — 410.

33 Rapaport D.C. The art of molecular dynamics simulation, 2^nd ed. — Cambridge: Cambridge University Press, 2004. — 550 p.

34 Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. Изд. 2-е перераб. и доп. — М.: Химия, 1975. — 512 с.

35 Марч Н., Тоси М. Движение атомов жидкости, пер. с англ. — М.: Металлургия, 1980. — 296 с.

36 Рязанова Н. Особливості фінансового лізингу як інвестиційного інструменту та його актуальність для України // Лізинг в Україні: інформаційно-аналілитичний бюлетень. — 2005. — № 1. — С. 5 — 7.

37 Комаров В.Ф. Аренда, лизинг, фирменный сервис. — К., 2001. — 129 с.

38 Кононець О. Макроекономічні передумови розвитку лізингу в Україні // Лізинг в Україні. — 2005. — №4. — С. 6 — 9.

39 Ситник Л.С. Фінансовий менеджмент: Навч. посібник. — К.: Центр навчальної літератури, 2006. — 352 с.

40 Грищенко О. Фінансовий лізинг: історія, сучасність та перспективи розвитку // Юридичний журнал. — 2006. — №3. — С. 6 — 9.

41 Экономическая энциклопедия / Гл. ред. Абалкин Л.И. — М.: Изд-во «Экономика», 1999. — 1055 с.

42 Економіка підприємства: Підручник / За заг. Ред. С.Ф. Покропивного. — КНЕУ, 2000. — 528 с.

43 ДНАОП 0.00 — 1.31 — 99. Правила охорони праці під час експлуатації електронно-обчислювальних машин. — Введ. 10.02.1999. — К.: МОЗ Украины, 2005. — 35 c.

44 ДБН В.2.5 — 28 — 2006. Естественное и искусственное освещение. — Взамен СНиП — II — 4 — 79, Введ. 01.10.2006. — К.: Минстрой Украины, 2006. 78 с.

45 ДСН 3.3.6.042 — 99. Санітарні норми мікроклімату виробничих приміщень. — Введ. 01.12.99. — К.: МОЗ України, 1999. — 10 с.

46 ДСанПіН 3.3.2. — 007 — 98. Державні санітарні правила і норми роботи з візуальними дисплейними терміналами електронно-обчислювальних машин. Введ. 10.12.98. — К.: МОЗ України, 1998. — 28 с.

47 ДБН В.2.5-13 — 98*. Інженерне обладнання будинків і споруд. — Взамін СНиП — 2.04.09 — 84, Введ. 01.01.2007. — К.: Мінбуд України, 2006. — 163 с.

Размещено на