Науково-дослідний центр ННП

Завідувач центру к.ф.-м.н., доц. Р.Ю. Лопаткін

 

Напрямки досліджень

• Реалізація єдиної науково-технічної політики в галузі створення і виробництва навчальної та наукової техніки.
• Формування і реалізація програм з розроблення і виробництва навчальної та наукової техніки.
• Координація розроблення і впровадження сучасних зразків навчально-наукової техніки в загальноосвітніх, професійно-технічних та вищих навчальних закладах, наукових установах Національної та галузевих академій наук України.
• Проведення науково-дослідних робіт і розроблення зразків навчальних та наукових приладів нового покоління.

Основні досягнення

2021

Розроблено комплект конструкторської документації, виготовлено та проведено монтаж стенду магнетронної розпилювальної системи імпульсами високої потужності (HiPIMS – High-power impulse magnetron sputtering) для повномірних стволів калібру 30 мм для підвищення їх ресурсу живучості. Розроблено та створено систему для контролю за динамікою осадження покриттів (діапазон від 0.1 нг до 10 мкг) у вакуумі. Принцип роботи системи оснований на методі кварцових вагів. Також, за рахунок термостабілізації кварцової пластини, була зменшена величина похибки вимірювань, яка пов’язана зі впливом температурних ефектів. Виконавці: к.ф.-м.н., зав. сектору Коломієць В.М., зав. НДЦ ННП Шкурат О.І., с.н.с., доц. Юнда А.М., м.н.с. Кравченко С.М., гол. інж. проекту Запорожець В.К, гол. інж. Канівець В.М.
По вказаним роботам є наступні публікації:
1. Вакуумний пост для нанесення покриттів на внутрішню поверхню труб методом магнетронного розпилення / В.М. Коломієць, О.І. Шкурат, С.М. Кравченко, Р.Ю. Лопаткін, І.Г. Чижов, П.Є. Самойлов, Ю.А. Павленко, М.О. Мельник, О.І. Гончаренко // Наука та інновації. – 2020. – Т. 16, № 4. – С. 53 – 59.
2. Магнетронна розпилювальна система для нанесення захисних покриттів на внутрішню поверхню стволів малого калібру / О.І. Шкурат, В.Т. Ханнолайнен, В.М. Коломієць, С.М. Кравченко, В.М. Канівець, А.М. Юнда, В.І. Костецький // Озброєння та Військова Техніка. – 2020. – Т. 27, № 3. – С. 43 – 49.

Розроблено комплекти конструкторської документації на механізм регулятора швидкості відкачування вакуумної камери напилювальної системи ВУП-5; на пристрій захисту устаткування вакуумної камери ВУП-5 від напилення при технологічному включенні магнетрону; на механізм автоматичного переміщення розбалансуючого магніту магнетрону з індикатором його положення. Розроблена конструкторська документація адаптована під вимоги виробничого обладнання ІПФ НАН України, на якому буде організоване виробництво з наступним монтажем механізмів та їх випробовуванням.
Виконавці: к.ф.-м.н., зав. сектору Коломієць В.М., зав. НДЦ ННП Шкурат О.І., зав. сектору Чижов І.Г., пров. інж. Самойлов П.Є., пров. інж. Павленко Ю.А. , м.н.с. Ігнатенко С.М.

Розроблено систему автоматичного керування системою відкачки установки ВУП-5, яка відповідає сучасному стану цифрової електроніки та мікропроцесорної техніки. Система має модульний склад з використанням сучасних інтерфейсів Wi-Fi, USB, промислової послідовної шини MODBUS та може бути адаптована для інших вакуумних напилювальних систем.
Виконавці: м.н.с. Сайко О.М., пров. інж. проекту Марійчук О.В., к.ф.-м.н., зав. сектору Коломієць В.М., м.н.с. Ігнатенко С.М, м.н.с. Рідченко С.О.

2020

Розроблено комплект конструкторської документації, виготовлено та проведено монтаж стенду магнетронної розпилювальної системи імпульсами високої потужності (HiPIMS – High-power impulse magnetron sputtering) для повномірних стволів калібру 30 мм для підвищення їх ресурсу живучості. Розроблено та створено систему для контролю за динамікою осадження покриттів (діапазон від 0.1 нг до 10 мкг) у вакуумі. Принцип роботи системи оснований на методі кварцових вагів. Також, за рахунок термостабілізації кварцової пластини, була зменшена величина похибки вимірювань, яка пов’язана зі впливом температурних ефектів.

(В.М. Коломієць, О.І. Шкурат, А.М. Юнда, С.М. Кравченко, В.К. Запорожець В.М. Канівець)

2019

 

Технології обробки каналу нарізного ствола малого калібру для підвищення ресурсу його живучості

На виконання цільової програми НАН України «Дослідження і розробки з проблем підвищення обороноздатності і безпеки держави» в ІПФ НАН України в процесі виконання науково-дослідної роботи ,,Розробка технології обробки каналу нарізного ствола малого калібру для підвищення ресурсу його живучості“ створено стенд (ФОТО1) для відпрацювання технологічного процесу магнетронного розпилення двошарового покриття хімічно стійких металів з ніобію та танталу на внутрішні поверхні зразків-фрагментів ствола калібру 30 мм.

Номінал калібру був вибраний по рекомендації ДП КБ “Артилерійське озброєння ”- підприємство, яке серійно виготовляє вказані вироби.

Випаровувач металів для магнетронного нанесення захисних шарів на внутрішню поверхню імітатора ствола калібру 30мм представлений у вигляді 3Д моделі на Рис. 2.

Магнетронний випаровувач складається з наступних основних елементів:

1 - вакуумна камера; забезпечує виконання технологічного процесу при тиску 10^-4 Ра та температурі 250ºС.

2 - імітатор ствола калібру 30мм.

3 – катод, охолоджуваний проточною дистильованою водою.

4 - фланці , забезпечують щільність з'єднання катода та вакуумної камери та їх взаємну електричну ізоляцію.

5 - гумові кільця; забезпечують вакуумну щільність з'єднань.

6 - канали для охолодження фланців - ізоляторів проточною водою.

7 – клапан фірми Leуbold; забезпечує дозований напуск Ar в камеру під час створення первинної плазми.

8 - заслінка; регулює режими відкачки системи в процесі напорошення.

9 - датчик для вимірювання величини розрідження в камері.

10 - електричний ізолятор камера - вакуумна система.

11 - фланець для з'єднання камери стенду з вакуумною системою.

Вперше в Україні використана технологія магнетронного розпилення імпульсами великої потужності HiPIMS (High-Power Impulse Magnetron Sputtering), яка забезпечує високу щільність потужності розряду. При цьому ступінь іонізації розпиленого металу може досягати більше 50% з зарядами металевих іонів як +1 так і +2, в той час як при магнетронному розпиленні на постійному струмі вона не перевищує 15% відсотків.

Розроблена технологія обробки внутрішньої поверхні ствола значно збільшує його ресурс експлуатації в умовах сильного фрикційного зносу та ерозії під дією агресивного корозійного газу продуктів згорання пороху при високих параметрах тиску та температури в процесі пострілу.

Випробування фізико-механічних властивостей зразків виконано на обладнанні Інституту проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України і показало високу щільність, відсутність мікротріщин та крапельних компонентів.

За твердістю покриття при оптимальних режимах осадження двошарові покриття ніобій - тантал практично не поступаються електролітичним хромовим покриттям, проте мають більш близькі модулі пружності до сталі-основи. Цей показник надзвичайно важливий, так як ствол зазнає циклічні температурні навантаження в результаті яких виникають тріщини.

(Шкурат О.І., ЛопаткінР.Ю., Коломієць В.М., Кравченко С.М.)

(Shkurat O.I., Lopatkin R.Yu., Kolomiets V.M., Kravchenko S.M.)

2019

 

Сучасні технічні засоби навчання

В ІПФ НАН України розроблена нова система на основі мікропроцесорних технологій для комп’ютеризації навчального експерименту з фізики, хімії та біології, до якої входить близько 30-ти датчиків фізичних величин та спеціальне програмне забезпечення. Система відповідає чинним програмам МОН України та міжнародним стандартам всесвітньої асоціації виробників навчального обладнання WorldDidac. Розробка проходить технологічну підготовку, готується до впровадження і спрямована на створення STEM-лабораторій (S – science, T – technology, E – engineering, M – mathematics).

Розроблені ТЗН впроваджуються на потужностях вітчизняних виробників і постачаються на навчальні заклади України. Наприклад, за ліцензійним договором до заводу «Електровимірювач» (м. Житомир) переданий комплект «Механіка» для виконання лабораторних робіт і робіт фізичного практикуму.

Спільно з НУ Інститутом модернізації змісту освіти МОН України започатковано і знаходиться в стадії розробки всеукраїнський пілотний проект «Електронний освітній ресурс «Фізика. Легко» – основа сучасного освітнього середовища при вивченні фізики», який повинен перевірити як працює різнорідне навчальне обладнання в інтегрованому навчальному середовищі. Адреса ресурсу http://physicseasy.study/

В 2019 році було організовано і проведене декілька заходів, зокрема в грудні 2019 року в с. Радовель Олевського району Житомирської області пройшла нарада начальників обласних управлінь за участю Міністра освіти та науки України Ганни Новосад) під назвою «День науки», основною метою якого є популяризація природничих дисциплін серед молоді. Формат заходу передбачає проведення науков-технічної виставки, вікторини для учнів, демонстрацію дивовижних експериментів, майстер-класи для вчителів.

Започатковано проект оснащення обласних інститутів післядипломної педагогічної освіти новими ТЗН. За домовленістю з вітчизняними виробниками організовані безкоштовні поставки обладнання з проведенням навчальних заходів і майстер-класів. На цей час поставлено обладнання в ІППО Сумської, Чернігівської, Миколаївської, Львівської, Вінницької, Полтавської, Херсонської, Чернівецької областей і робота в цьому напрямку продовжується.

 

(Лопаткін Р.Ю., Сайко М.О., Ігнатенко С.М., Рідченко С.А.)

(Lopatkin R.Yu., Sayko S.O., Ignatenko S.N., Ridchenko S.A/)

2018

На виконання цільової програми НАН України «Дослідження і розробки з проблем підвищення обороноздатності і безпеки держави» в ІПФ НАН України розроблена конструкторська документація та виготовлена оснастки для відпрацювання технологічного процесу магнетронного напилення тугоплавкими металами на внутрішні поверхні труб діаметром 23...30 мм. Відповідно до технологічного процесу, розраховані, вибрані та закуплені спеціальні блоки живлення.

(О.І. Шкурат, В.М. Канівець, І.Г. Чижов, О.В. Варакін)

2016

Протягом року продовжувалась розробка програмно-апаратного комплексу для комп’ютеризації і автоматизації нестандартного наукового обладнання в напрямку розвитку периферії та програмного забезпечення. За результатами аналізу стану наукових приладів ІПФ НАН України з урахуванням перспективи комп’ютеризації цього обладнання біло складено список необхідних периферійних модулів, які передбачається розробити за наступні етапи.
Розроблявся типовий периферійний модуль для керування кроковим двигуном і набором реле. Всі периферійні модулі мають інтерфейс зв’язку RS-485, що дозволяє під’єднувати їх до модуля логіки високого рівня.
Протягом етапу розроблялись технічні завдання для автоматизації існуючого наукового обладнання, що складає основу для впровадження розробки. Так було розроблено технічне завдання для автоматизації вакуумного універсального посту ВУП-5М, який призначений для отримання плівок з різних матеріалів з високою продуктивністю методом магнетронного розпилення, а також для підготовки об’єктів, досліджуваних за допомогою електронного мікроскопа або інших аналітичних приладів.
За допомогою розроблених модулів проведено автоматизацію ВУП- 5М. Під’єднані крокові двигуни. Створена програма керування технологічним процесом наПротягом року продовжувалась розробка програмно-апаратного комплексу для комп’ютеризації і автоматизації нестандартного наукового обладнання в напрямку розвитку периферії та програмного забезпечення. За результатами аналізу стану наукових приладів ІПФ НАН України з урахуванням перспективи комп’ютеризації цього обладнання біло складено список необхідних периферійних модулів, які передбачається розробити за наступні етапи. Розроблявся типовий периферійний модуль для керування кроковим двигуном і набором реле. Всі периферійні модулі мають інтерфейс зв’язку RS-485, що дозволяє під’єднувати їх до модуля логіки високого рівня. Протягом етапу розроблялись технічні завдання для автоматизації існуючого наукового обладнання, що складає основу для впровадження розробки. Так було розроблено технічне завдання для автоматизації вакуумного універсального посту ВУП-5М, який призначений для отримання плівок з різних матеріалів з високою продуктивністю методом магнетронного розпилення, а також для підготовки об’єктів, досліджуваних за допомогою електронного мікроскопа або інших аналітичних приладів. За допомогою розроблених модулів проведено автоматизацію ВУП- 5М. Під’єднані крокові двигуни. Створена програма керування технологічним процесом на основі програмного забезпечення LabView.

(Лопаткін Р.Ю.)

2015

У рамках програми з наукового приладобудування розроблені універсальні засоби автоматизації і комп’ютеризації нестандартного обладнання для проведення наукових експериментів, що дозволяє пришвидшити розроблення наукових приладів і обладнання, модернізувати існуюче обладнання до сучасного світового рівня, а також завдяки віддаленому доступу використовувати його в центрах колективного користування.

(Р.Ю. Лопаткін)

2014

Протягом року продовжувалась розробка програмно-апаратного комплексу (ПАК) для комп’ютеризації і автоматизації нестандартного наукового обладнання в напрямку розвитку периферії. Розроблено типовий периферійний модуль для вимірювання значень струму і напруги, який відповідає промисловим стандартам. На базі розробленого типового модуля розроблялись модулі для вимірювання температури, вологості, тиску і т.п. Всі периферійні модулі мають інтерфейс зв’язку RS-485, що дозволяє під’єднувати їх до модуля логіки високого рівня (ВУЛМ). Для ВУЛМ розроблено протокол обміну даними з периферійними модулями і з комп’ютером користувача. Також для виконання необхідної логіки роботи ВУЛМ, була розроблена і протестована віртуальна машина. В напрямку впровадження розробок проведено обстеження установки для рентгенівського аналізу речовини на предмет можливості і ступеню її автоматизації. Виявлено основні принципи роботи системи отримання і підтримки вакууму, які будуть покладені в основу алгоритмів роботи автоматизованої системи. Розроблено датчик надвисокого вакууму для створення системи контролю, захисту та зворотного зв’язку.

Лопаткін Р.Ю., Іващенко В.А., Ігнатенко С.М., Канивець В.М., Собко Л.А.

2013

Для розробки агентной обчислювальної мережі, яка дозволить здійснювати менеджмент ресурсів персональних комп'ютерів з метою утилізації неефективно використовуваних потужностей, проводилось дієве моделювання системи, що дозволило виявити необхідні алгоритми життєвих циклів агентів, які представляються вигляді кінцевих автоматів. Було показано, що властивість агента мігрувати з комп'ютера на комп'ютер призводить до більш рівномірного розподілу навантаження на систему, а це, в свою чергу, призводить до підвищення ефективності використання ресурсів. Доведена спроможність агентного підходу для побудови обчислювальних мереж та на основі фреймворку jade розроблений діючий прототип системи. Таким чином, була доведена спроможність запропонованого агентного підходу для побудови багатокористувацьких обчислювальних мереж та виявлено ефективні алгоритми роботи агентів, що дозволяє на основі даних імітаційного моделювання розробити діючий прототип системи. За основу був узятий фреймворк Jade, який одночасно забезпечує функціонал компонентів мультиагентних систем і взаємодію її учасників (агентів) в рамках сервіс-орієнтованого підходу. На даний момент закінчується реалізація і випробування прототипу, який показує непогані результати.

Лопаткін Р.Ю., Іващенко В.А.

1. Лопаткин Р.Ю., Петров С.А., Иващенко В.А. Вычислительная сеть на основе персональных компьютеров // Сборник докладов шестой всероссийской научно-практической конференции «Имитационное моделирование. Теория и практика» (ИММОД-2013). Том 1. // ISBN 978-5-9690-0221-0 // Издательство «ФЭН» Академии наук РТ, Казань, 2013, c. 155-159.
2. Лопаткин Р.Ю., Петров С.А., Иващенко В.А. «Моделирование агентной вычислительной системы» // VI Міжнародна конференція академіка Івана Івановича Ляшко “Обчислювальна та прикладна математика” (Україна, Київ, 5-6 вересня 2013 года)
3. Лопаткин Р.Ю., Иващенко В.А. «Распространение информации в распределенной вычислительной сети» Международная конференция "Параллельные и распределенные вычислительные системы " PDCS 2013 (Украина, Харьков, 13-14 марта 2013 года)
4. Иващенко В.А. «Агентная вычислительная система» 11-та Міжнародна науково-технічна конференція "НОВІТНІ КОМП’ЮТЕРНІ ТЕХНОЛОГІЇ – NOCOTE'2013" (АР Крим, Бахчисарайський р-н, с. Піщане, 16-19 вересня 2013 р.)
5. Lopatkin R., Ivashchenko V., Petrov S. «Agent-based computational system» Third International Conference "High Performance Computing" HPC-UA 2013 (Ukraine, Kyiv, October 7-11, 2013)

2012

Робота НДЦ ННП проводиться в напрямках:

• наукового і навчального приладобудування за темою 379-10 «Розробка інтерактивних мікропроцесорних систем для комп’ютеризації навчального експерименту»; 
• інформаційних і грід технологій.

За першим напрямком, була закінчена розробка універсального-програмно-апаратного комплексу (УПАК) для комп’ютеризації демонстраційних і лабораторних експериментів за програмою ЗНЗ України. Розробка супроводжується повним комплектом конструкторської і технологічної документації. До експериментів у вигляді електронних зошитів і каталогу шаблонів експериментів підготовлені методичні рекомендації. УПАК в сукупності з класичним обладнанням може суттєво підвищити рівень викладання природничих наук в ЗНЗ України, що має великий соціальний ефект.

За другим напрямком, проведено масштабну реконструкцію грід-кластеру ІПФ НАН України. Закуплено і встановлено сховище даних, що дозволяє суттєво підвищити якість розрахунків, зберігати більшу кількість даних і отримувати аналітичні результаті з більшого поля даних. Повністю перевстановлено програмне забезпечення на більш свіже, що дозволить встановити сучасне проміжне програмне забезпечення і під’єднати кластер до Українського академічного гріду.

2011

На основі універсального-програмно-апаратного комплексу (УПАК) розроблено комп’ютеризовані лабораторії з механіки та електрики, які дозволяє проводити демонстраційні і лабораторні експерименти за програмою ЗНЗ України. До лабораторій у вигляді електронних зошитів і каталогу шаблонів експериментів підготовлені методичні рекомендації.

(Лопаткін Р.Ю., Собко Л.А., Колесник М.І, Ігнатенко С.М.)

Грід-кластер ІПФ НАН України включено до моніторингу Українського національного гріду ыстановлено нове програмне забезпечення Wien2К.

(Купрієнко В.В., Борисенко Ю.П.)

Проведено розширення регіональної інформаційної мережі шляхом підключення до регіонального вузла всеукраїнської мережі обміну даними деяких сумських провайдерів, через яких передбачається підключення всіх університетів.

(Лопаткін Р.Ю., Іващенко В.А.)