Руководство пользователя и инженера-технолога

1. Вход в систему и организация рабочей среды

Платформа «UrFU HeatBalance» представляет собой специализированную инженерную веб-систему, доступную через современный веб-браузер (Google Chrome, Яндекс.Браузер, Mozilla Firefox) по защищённому адресу https://heatbalance.ru (техническая документация — https://heatbalance.online).

1.1. Аутентификация и организация сессии

• Регистрация новой учётной записи: на странице входа выберите вкладку «Регистрация», укажите рабочий корпоративный адрес электронной почты, пароль (не менее 6 символов, содержащий цифры и буквы разного регистра) и отображаемое имя (ФИО инженера).
• Вход в систему: введите логин и пароль. После успешной валидации браузер получает криптографический JWT-токен, действующий 60 минут, с возможностью автоматического фонового продления через refresh token.
• Изоляция данных: в системе действует принцип сквозной изоляции данных (Per-User Isolation). Инженер видит только свои персональные варианты расчётов, датасеты и привязанные виртуальные датчики. Администратор платформы имеет расширенный доступ для технического аудита.

1.2. Персонализация и эргономика интерфейса

• Мульти-темизация: в шапке приложения доступно переключение между 4 контрастными цветовыми палитрами:
  • ☀️ Светлая (Light): максимальный контраст для работы в ярко освещённых кабинетах и заводских лабораториях;
  • 🌙 Тёмная (Dark): снижение нагрузки на зрение при круглосуточных дежурствах оператора;
  • 🌿 Изумрудная (Emerald): мягкие зелёные тона для эко-мониторинга;
  • 🌊 Океаническая (Ocean): глубокая синяя гамма для диспетчерских видеостен.
• Сворачиваемый сайдбар: для освобождения рабочей зоны на мониторах с невысоким разрешением боковое меню сворачивается до компактных иконок кнопкой в верхнем углу (или скрывается в мобильный Drawer на планшетах).
• Быстрый доступ к документации: в нижней части бокового меню размещена кнопка «Документация» (с иконкой книги <BookOutlined />), открывающая актуальный портал базы знаний в новой вкладке без прерывания текущего сеанса расчёта.

---

2. Порядок проведения теплотехнического расчёта

Шаг 1. Выбор типа тепловой установки

В навигационном меню выберите соответствующий агрегат:

1. Конвейерная сушильная печь: непрерывный процесс термообработки сыпучих или штучных изделий на непрерывно движущейся металлической сетке/ленте.
2. Камерная сушильная печь: периодический обжиг и сушка огнеупоров, кирпича, керамики на вагонетках с газовым отоплением и рециркуляцией газов.
3. Электрическая сушильная печь: сушка и термическая обработка с нагревом нихромовыми или карбидокремниевыми ТЭНами и принудительной вытяжкой влажного воздуха.
4. Сушильный барабан: сушка дисперсных минеральных материалов (глина, песок, шлак, рудные концентраты) в потоке топочных газов.

---

Шаг 2. Заполнение технологических параметров

Форма ввода разделена на логические инженерные секции с автоматической валидацией допустимых диапазонов:

• Материал и производительность:
  • Масса абсолютно сухого сырья ($G_M$, кг или кг/ч);
  • Начальная ($w_1$, %) и конечная ($w_2$, %) влажность;
  • Начальная температура садки на входе ($t_{start}$, °C).
• Параметры горения и теплоносителя:
  • Коэффициент расхода воздуха ($\alpha$);
  • Температура подаваемого дутьевого воздуха ($t_{возд}$, °C);
  • Температура контура рециркуляции ($t_{рец}$, °C) и коэффициент рециркуляции ($\Delta\alpha$);
  • Низшая теплота сгорания природного газа ($Q_H^p$, кДж/м³).
• Ограждения и футеровка:
  • Площади внутренних стен, наружного кожуха и свода ($F$, м²);
  • Толщины слоёв огнеупорного шамота, изоляционной засыпки и дверных створок ($\delta$, м).
• Временной регламент (для периодических печей):
  • Длительности стадий изотермической сушки, подъёма температуры, технологической выдержки и охлаждения (секунды).

Совет инженеру: Вы можете быстро заполнить форму, нажав кнопку «Загрузить из датасета» и выбрав ранее сохранённую технологическую карту или заводской паспорт агрегата.

---

Шаг 3. Запуск вычислений и анализ балансовых статей

Нажмите кнопку «Рассчитать тепловой баланс». Время расчёта на сервере составляет от 15 до 50 миллисекунд. На экране формируется сводная технологическая панель:

Итоговый показатель	Численное значение	Физическая интерпретация
Тепловой КПД ($\eta$)	68.38 %	Доля подведённой энергии, затраченная на полезную сушку
Расход природного газа / Мощность	41.48 м³/ч / 120 кВт	Часовой расход энергоносителя в стационарном режиме
Испаренная влага ($W$)	612.2 кг	Суммарное количество испаренной воды из садки
Подведённое тепло ($Q_{in}$)	1 485 200 кДж/ч	Полная тепловая мощность от горения и теплоносителя
Удельный расход на влагу	3 652.4 кДж/кг	Энергетические затраты на испарение 1 кг влаги
Температура дымовых газов	142.5 °C	Энтальпия потока на выходе из рабочей камеры

Сводная таблица теплового баланса:

Интерфейс формирует два балансовых блока: без рециркуляции и с рециркуляцией газов:

1. Статьи прихода тепла:
   • Теплота сгорания топлива ($Q_{сгор}$);
   • Физическое тепло подогретого воздуха ($Q_{возд}$);
   • Физическое тепло исходного сырья и вагонеток ($Q_{мат}^{вх}, Q_{ваг}^{вх}$).
2. Статьи расхода тепла:
   • Полезное тепло на испарение технологической влаги ($Q_{исп}$);
   • Теплота нагрева сухого материала до конечной температуры ($Q_{мат}$);
   • Потери с уходящими дымовыми газами ($Q_2$);
   • Потери теплопередачей через футеровку стен и свода в окружающую среду ($Q_5$);
   • Потери на прогрев металла вагонеток и транспортирующей ленты ($Q_{трансп}$).

---

Шаг 4. Интерактивный анализ теплового поля (Тепловая карта и 3D)

Под таблицей результатов расчёта располагается блок «Тепловое поле установки» на базе интерактивного движка ThermalMap:

1. Переключение режимов отображения:
   • Продольный разрез: распределение температур рабочей камеры вдоль траектории движения садки с цветной шкалой Turbo (от 20 °C — синий до 1250 °C — белый) и динамическими изотермами;
   • Разрез футеровки: градиент температур по слоям огнеупорной кладки и теплоизоляции до внешнего кожуха;
   • 3D-режим: пространственная визуализация корпуса печи с управлением орбитальной камерой (вращение, зум, панорамирование, авто-вращение и каркасный режим).
2. Слайдер клиппинга (срез корпуса 0–100%):
   • В 3D-режиме позволяет плавно «срезать» внешнюю обшивку и свод агрегата, открывая обзор внутренней садки, горелочных факелов и ТЭНов.
3. Слайдер времени (Time Slider):
   • Панель мультимедийного воспроизведения процесса сушки во времени (кнопки Play, Pause, ускоренная перемотка).
   • Позволяет наблюдать прогрев садки в динамике и контролировать скорость нарастания температуры ($dT/dt$).

---

Шаг 5. Экспорт официального отчёта в PDF

Для формирования технического отчёта нажмите кнопку «Экспорт в PDF». Микросервис HeatBalance.ReportService на базе движка QuestPDF генерирует печатный документ формата A4, содержащий:

• Титульные сведения об агрегате, дату расчёта и ФИО инженера;
• Полную таблицу исходных физико-геометрических данных;
• Таблицы теплового и материального балансов с долями в процентах;
• Итоговые технико-экономические показатели (удельный расход условного топлива $b_y$, фактический КПД, объём дымовых газов);
• Наглядные графические диаграммы балансовых статей и потоков энергии (диаграммы Санкея).

---

3. Главная страница: управление расчётами и настраиваемая таблица истории

На главной странице (/) представлена сводная панель быстрого доступа к расчётам и интерактивная таблица «Варианты расчётов (История)», содержащая полный архив сохранённых инженерных вариантов.

3.1. Регулируемая ширина столбцов (Resizable Columns)

Для обеспечения максимального комфорта при работе на экранах разной диагонали (от ноутбуков до широкоформатных мониторов диспетчерских) таблица истории оснащена механизмом динамического изменения ширины:

• Перетаскивание границы мышью: наведя курсор на правую границу любого заголовка столбца, курсор трансформируется в col-resize, а граница подсвечивается фирменным оранжевым акцентом. Зажав левую кнопку мыши, можно свободно растягивать или сжимать столбец до желаемого размера.
• Широкий столбец комментариев: столбец «Описание / Комментарий» по умолчанию имеет увеличенную ширину (380 px) и перенос строк (word-break), что исключает нежелательное вертикальное растягивание строк таблицы при добавлении подробных инженерных заметок.
• Автоматическое сохранение настроек: все индивидуально выставленные размеры столбцов автоматически сохраняются в localStorage браузера (heatbalance_homepage_table_col_widths_v1). При следующем входе или обновлении страницы таблица откроется в точно настроенном виде.
• Кнопка «Сбросить ширину»: в верхнем правом углу карточки истории расположена кнопка мгновенного сброса геометрии таблицы к эргономичным заводским пропорциям.

3.2. Операции с вариантами расчёта

Для каждой строки таблицы доступны быстрые действия:

• Открыть: загружает исходные параметры варианта в соответствующий калькулятор и автоматически запускает расчёт теплового баланса;
• Изменить: открывает форму ввода параметров без автоматического пересчёта для внесения правок в технологическую карту;
• Удалить: удаляет вариант из персональной базы данных с подтверждением действия.

---

4. Мониторинг цеховой телеметрии (IoT)

Раздел «IoT Телеметрия» обеспечивает двустороннюю связь между реальными приборами КИПиА цеха и термодинамическими моделями платформы:

1. Интерактивные 2D-схемы КИПиА:
   • Для всех 4 типов печей реализованы физически обоснованные технологические схемы компоновки КИПиА (с нормализованными координатами $u, v$).
   • Маркеры датчиков на схеме динамически меняют цвет в зависимости от состояния канала связи и соблюдения технологических уставок (зелёный — норма, жёлтый — предупреждение, красный — аварийный выход за уставки, серый — обрыв связи).
2. Вкладка «Тепловое поле установки»:
   • Отображает распределение температур внутри агрегата на основе потоковых данных физических термопар, интерполированных математическим ядром.
3. Технологические группы датчиков:
   • Объединение датчиков конкретного агрегата в единый цифровой контур (GroupId).
   • Кнопка «Рассчитать по группе» считывает свежие показания приборов, накладывает их через алгоритм глубокого слияния (JSON Deep Merge) на эталонную конструкцию агрегата и рассчитывает фактический тепловой баланс.

---

5. Модуль предиктивной аналитики (Analytics)

Раздел «Аналитика» (доступен через боковое навигационное меню с бейджем «бета») предназначен для долгосрочного контроля технического состояния печного парка, заблаговременного предотвращения аварийных простоев и энергоаудита:

1. Детекция технологических аномалий (Z-Score):
   • Автоматический анализ потока телеметрии и истории расчётов на предмет статистических выбросов по формуле $z = (x - \mu)/\sigma$.
   • Классификация отклонений:
     • $|z| < 2.0$ — нормальный технологический режим;
     • $2.0 \le |z| < 3.0$ — технологическое предупреждение (повышенные теплопотери, нестабильность давления топлива);
     • $|z| \ge 3.0$ — критическая аномалия (прогар футеровки, отказ электронагревателей, обрыв термопары).
2. Прогнозирование деградации теплоизоляции (МНК):
   • Оценка динамики изменения эффективного термического сопротивления кладки $R_{ins}$ методом наименьших квадратов.
   • Экстраполяция линии тренда позволяет рассчитать прогнозируемую дату достижения критического уровня теплопотерь и заблаговременно запланировать планово-предупредительный ремонт (ППР).
3. Рекомендации по энергосбережению:
   • Сопоставление текущего режима с историческим эталоном наивысшей энергоэффективности ($\eta_{\max}$) и генерация адресных инженерных подсказок по корректировке коэффициента избытка воздуха ($\alpha$) и режима рециркуляции.