Разработка эффективного алгоритма анализа чувствительности для оптимизации формы круглых осесимметричных пластин

Содержание

Глава 1.

1.1 Общая проблема

.2 Структура работы

.3 Цель работы

.4 Состояние вопроса

.5 Задача об изгибе пластинки переменной толщины

Глава 2. Вывод основных уравнений симметрично нагруженных пластин

2.1 Принятые допущения

.2 Пластина под действием осесимметричной деформации

.2.1 Определение деформаций и напряжений

.2.2 Определение усилий и моментов

.2.3 Связь деформаций и напряжений с заданными усилиями и моментами

.2.4 Условия равновесия пластинки

.3 Уравнение осесимметричного изгиба пластинки переменной толщины

.3.1 В общем случае

.3.2 При постоянных по толщине параметрах упругости

.4 Вывод формул для ограничений

.5 Граничные условия

Глава 3. Алгоритм оптимизации диска методом чувствительности

3.1 Вывод вариационного уравнения

.2 Расчет градиентов целевой функции и ограничений

.3 Алгоритм метода проекции градиента

.4 МКЭ применительно к задаче об изгибе круглой пластинки

.5 МКР применительно к задаче об изгибе круглой пластинки

Глава 4. Результаты оптимизации

4.1 Описание программы

.2 Примеры расчетов оптимальных дисков

Глава 5. Организационно-экономическая часть

5.1. Организация и планирование проведения НИР

.1.1 Расчет трудоемкости и составление календарного графика

.2 Расчет себестоимости НИР

.3 Итоговые данные

Глава 6. Экологическая и промышленная безопасность

.1 Проектирование оптимальных условий труда инженера-программиста

.1.1 Анализ условий труда на рабочем месте

.1.2 Требование к рабочим местам оборудованными ПК

.1.3 Требование к ПЭВМ

.1.4.Требование к помещениям для работы с ПЭВМ

.2 Требования к производственной среде

.2.1 Требование к микроклимату на рабочих местах, оборудованных ПЭВМ

.2.2 Требования к уровням шума, вибрации и акустическим средствам отображения информации на рабочих местах, оборудованных ПЭВМ

.2.3 Требования к освещению на рабочих местах, оборудованных ЭВМ

.2.4 Требования к уровням электромагнитных полей на рабочих местах, оборудованных ЭВМ

.2.5 Требования к организации режимов труда и отдыха

.2.6 Требования к организации медицинского обслуживания пользователей ВДТ и ПЭВМ

.3 Определение освещенности

.3.1 Описание места, в котором располагается рабочее место

.3.2 Расчет систем искусственного освещения

.4 Ртутьсодержащие отходы потребления и их утилизация

.5 Характеристики ламп

Заключение

Список литературы

Глава 1.

.1 Общая проблема

Целью инженерной деятельности всегда было получение наиболее рациональных конструкций и деталей. Создание новых конструкций обычно осуществляется постепенным улучшением существующей конструкции. До широкого внедрения вычислительной техники в практику расчетной деятельности оптимизация конструкции реализовывалась на основе проб и ошибок. Конструктор варьировал форму, материал детали и исследовал влияние внесенных изменений на характеристику конструкции.

В настоящее время технологическая конкуренция вынуждает искать пути уменьшения времени разработки новых конструкций, повышения качества и надежности разрабатываемого изделия. Поэтому оптимальное проектирование занимает одну из ключевых позиций при создании современных конкурентоспособных конструкций.

Формулирование технических требований в виде утверждений теории математического программирования является основным подходом оптимального проектирования. Это позволяет свести задачу оптимизации конструкции к математической задаче поиска экстремума.

При постановке задач оптимизации используется параметризованный чертеж (эскиз разрабатываемой конструкции) с рядом размеров, допускающих варьирование в заданных пределах. Они называются параметрами проектирования. Для формулировки задачи оптимизации выбирается характеристика, подлежащая минимизации или максимилизации и набор ограничений для обеспечения работоспособности конструкции. Решением задачи является набор значений параметров, удовлетворяющий заданным критериям и ограничениям, наложенным на конструкцию.

Важное значение имеет используемый алгоритм поиска оптимального решения, так как задачи оптимального проектирования характеризуются сложными, неявно заданными функциями и большой размерностью.

Множество алгоритмов математического программирования, решающих задачи оптимального проектирования, реализовано в виде программных библиотек или в качестве части пакетов универсальных программных комплексов. Общим недостатком этих алгоритмов является низкая скорость сходимости и высокая вероятность получить неоптимальный результат.

Более совершенные алгоритмы оптимизации требуют расчета не только значений функций, но и вычисления их производных. Анализом на чувствительность принято называть задачу исследования поведения свойств системы при небольшом варьировании значений параметров проектирования в окрестности заданной точки.

Анализ чувствительности системы позволяет выявить параметры, оказывающие наибольшее влияние на свойства конструкции и благодаря этому вычислить наиболее эффективные изменения параметров проектирования для улучшения свойств системы.

.2 Структура работы

В первой главе рассматриваются общие вопросы, касающиеся истории исследования данной темы, основные проблемы и технические задачи. Описывается цель проведения исследования. Приводится общая постановка задачи, накладываются конструктивные ограничения.

Во второй главе указываются принятые допущения, выводятся основные уравнения для изгиба круглой симметрично нагруженной пластины переменной толщины, уравнения для прочностных ограничений. Записываются граничные условия.

В третьей главе разрабатывается алгоритм оптимизации диска методом чувствительности. Рассчитываются градиенты целевой функции и ограничений. Описывается МКЭ применительно к поставленной задаче.

В четвертой главе описывается разработанная программа, приводятся результаты оптимизации, примеры расчетов оптимальных дисков при различных граничных условиях.

В пятой главе представлена организационно-экономическая информация о проведенной работе.

В шестой главе приведены оптимальные условия труда инженера-программиста, рассчитана освещенность рабочего места, представлена утилизация ртутьсодержащих отходов.

.3 Цель работы

Целью данной работы является разработка и применение эффективного алгоритма анализа чувствительности для оптимизации формы круглых осесимметричных пластин.

В настоящей работе приводится единый алгоритм метода проекции градиента, позволяющий однотипно решать задачи оптимизации формы круглых осесимметричных пластин

Данная работа может быть применима при создании программных комплексов для эффективной оптимизации конструкций.

.4 Состояние вопроса

Проблема оптимизации формы круглых осесимметричных пластин решается различными способами. Наиболее совершенный алгоритм оптимизации формы - метод проекции градиента, потому что в этом методе, независимо от количества параметров проектирования, на каждой итерации проводятся всего два расчета напряженно-деформированного состояния, следовательно, можно не накладывать никаких ограничений на количество управляющих параметров. В методе проекции градиента не используется численное дифференцирование, что существенно уменьшает погрешность относительно других алгоритмов. Так же существенным плюсом является то, что в этом методе величина шага определяется пользователем произвольно и может варьироваться. Это обеспечивает более надежную сходимость алгоритма.

Метод проекции градиента в общем случае изложен в [6]. При отсутствии конструктивных и технологических ограничений и градиента температур есть возможность спроектировать равнопрочную круглую пластину [2]. В [3] изложен алгоритм оптимизации формы осесимметричной пластины постоянного объема с изгибающими моментами и распределенными поперечными нагрузками при условии того, чтобы первая собственная частота поперечных колебаний пластины принимала оптимальное значение при определенных вариантах граничных условий. Так же в [3] приводятся формы оптимальных дисков при определенных начальных условиях. Проблема оптимального проектирования диска с центростремительной нагрузкой и конструктивными и технологическими ограничениями методом проекции градиента подробно решена в [4].

.5 Задача об изгибе пластинки переменной толщины

Задача оптимизации круглой пластинки заключается в минимизации ее массы при выполнении ограничений на напряженно-деформированное состояние. В простейшем случае геометрия пластинки задается функцией толщины от радиуса  которая и является параметром управления.

Функцией качества, подлежащей минимизации, является масса пластинки. Для обеспечения технологичности конструкций, на проект пластинки накладываются геометрические или технологичные ограничения  Требование работоспособности конструкции выражается в прочностном ограничении  Все эти требования к проекту пластинки составляют оптимизационную задачу

                                                           (1.1)

здесь  плотность материала пластинки;  внутренний радиус пластинки;  внешний радиус пластинки;  конструктивные и технологические ограничения на толщину пластинки;  интенсивность напряжений;  допускаемые напряжения.

В данной работе рассматривается круглая изотропная пластинка (далее в качестве примера круглой пластины будем рассматривать диск ГТД, см. рис. 1) симметричная относительно своей срединной поверхности. Толщина  предполагается малой по сравнению с наружным радиусом . Силы, действующие на диск, равномерно распределены по поверхности и направлены перпендикулярно радиусу. Температура считается постоянной по толщине.

Напряженное состояние в пластинке считается двумерным и осесимметричным, напряжения равномерно распределены по толщине.

Рис. 1.1. Меридиональное сечение диска, симметричного относительно своей срединной поверхности

Далее будут рассмотрены расчет напряженно-деформированного состояния круглой пластины и вывод формул для алгоритма оптимизации методом проекции градиента.

Глава 2. Вывод основных уравнений изгиба круглых симметрично нагруженных пластин

.1 Принятые допущения

Теория изгиба пластин и оболочек основана на некоторых упрощающих предположениях [1]:

)        толщина пластинки  достаточно мала по сравнению с другими ее размерами, что значит  где  - прогиб пластинки;

)        гипотеза Кирхгофа (о неизменности нормали) гласит, что точки, расположенные на некоторой прямой, нормальной к срединной поверхности до деформации, после деформации снова образуют прямую, нормальную к деформированной поверхности;

)        нормальные напряжения в сечениях параллельных срединной поверхности малы по сравнению с изгибными напряжениями, т.е. отсутствует надавливание между слоями пластины.

Рис. 2.1. Прогиб пластины

2.2 Пластина под действием осесимметричной деформации

.2.1 Определение деформаций и напряжений

С учетом указанных допущений при осесимметрической деформации (рис. 2.1) точки пластинки получают радиальные смещения [6]

                                                                 (2.1)

где  радиальное смещение,  угол поворота нормали в точках основной поверхности.

Радиальная и окружная деформация равны

                                                                   (2.2)

или                                                                                                         

                                                                        (2.3)

где

 

векторы деформации основной поверхности и кривизны.

При упругом деформировании изотропного материала имеем

                                                  (2.4)

В последнем равенстве  вектор напряжений,  вектор дополнительных деформаций, температурная деформация. Матрица упругости материала

 

Как и раньше,  модуль упругости,  коэффициент Пуассона. Из равенств (2.4) и (2.3) вытекает

                                              (2.5)

где

 

матрица жесткости материала,

                                                 (2.6)

условные дополнительные (начальные) напряжения. По физическому смыслу напряжения  соответствуют (с обратным знаком) дополнительным деформациям  при полном стеснении плоской деформации элемента.

.2.2 Определение усилий и моментов

Рассмотрим выделенную призму (рис. 2.2). Усилия и моменты на единицу длины сечения будут равны

Рис. 2.2. Напряжения, действующие в элементарной призме

где  расстояния основной поверхности (плоскости) от торцевых поверхностей пластинки. С помощью соотношения (2.5) получим:

                                                   (2.7)

Симметричные матрицы

 

содержат элементы

                                         (2.8)

Температурные и дополнительные усилия

                              (2.9)

Для моментов будем иметь

                                                (2.10)

где матрица

 

содержит следующие элементы:

                                      (2.11)

Температурный и дополнительный моменты:

                                         (2.12)

2.2.3 Связь деформаций и напряжений с заданными усилиями и моментами

Пусть основная поверхность выбрана произвольным образом (удобно принять ее совпадающей со срединной поверхностью). Объединяя (2.7) и (2.10) с помощью блочных векторов и матриц, запишем

                                (2.13)

Далее находим

                          (2.14)

Получив деформации по формуле (2.14), определяем напряжения из (2.5).

.2.4 Условия равновесия элемента пластинки

Считая малым отклонение срединной поверхности от плоскости, т.е.  выведем условия равновесия (рис.3):

получим следующие условия равновесия [1,7]:

                                             (2.15)

Рис. 2.3. Усилия и моменты, приложенные к элементу пластинки

Где   

 - распределенные усилия на единицу площади срединной поверхности;  - распределенные вдоль окружности радиуса  осевые и радиальные силы;  - дельта-функция. Усилие  направлено как внешнее давление. Уравнения (2.15) справедливы и для пластики с начальными отклонениями . В большинстве практических задач можно пренебречь третьим членов в первом уравнении из (2.15).

.3 Уравнение осесимметричного изгиба пластинки переменной толщины

.3.1 В общем случае

Составим уравнение равновесия недеформированного состояния (т.е. в формуле (2.15) положим ):

                 (2.16)

Для упрощения предположим, что коэффициент Пуассона не меняется по толщине пластинки (вдоль радиуса он может быть переменным)  Основная поверхность (плоскость) выбирается из условия

 

Тогда матрицы  и  примут вид

 

При рассмотрении только изгиба () уравнение (2.10) приведется к следующим простым соотношениям

                                               (2.17)

                                               (2.18)

где  

Из соотношений (2.17) и (2.18) получаем

                          (2.19)

                            (2.20)

Уравнение равновесия для моментов из (2.16) представим в виде

                                                       (2.21)

Внося значение  из (2.20) в (2.19) и (2.21), получаем дифференциальное уравнение изгиба пластинки

   (2.22)

Составим систему уравнений. Определим прогиб  как

                                                                              (2.23)

Положительное направление прогиба вдоль оси Z.

Соберем уравнения (2.23), (2.22) и выражение для  из (2.16) и запишем получившуюся систему в матричном виде:

Коротко эта система представима в операторном виде

                                                       (2.24)

.3.2 При постоянных по толщине параметрах упругости

Пусть параметры упругости  и  постоянны по толщине пластины (они могут быть переменными вдоль радиуса), тогда целесообразно выбрать [7]

 

где  - толщина пластинки. Тогда матрицы упруго-геометрических характеристик могут быть значительно упрощены

 

Цилиндрические жесткости на растяжение и изгиб:

                                   (2.25)

Температурный и дополнительный моменты:

                                    (2.26)

.4 Вывод формул для ограничений

Ограничения на эквивалентные напряжения из формулы (1.1) представим в виде

                                                      (2.27)

где  - допускаемое напряжение на радиусе,  и  выражаются из уравнений (2.5), (2.17) и (2.22):

                          (2.28)

При постоянных по толщине параметрах упругости и при линейном изменении температуры по толщине диска [2]:

                                                                      (2.29)

где  - температурные деформации на поверхности диска, (2.28) примет вид

                                             (2.30)

.5 Граничные условия

Задача (2.24) является краевой и состоит из четырех дифференциальных уравнений первого порядка. Следовательно, должны быть заданы четыре краевых условия: два - на внутреннем радиусе и два - на внешнем [13]:

                                                     (2.31)

где ;  и  - матрицы столбцы размером :  , .

Например, в книге [1] предлагается задать два статических параметра на внутреннем радиусе , а на внешнем радиусе - два динамических параметра .

В примерах [2] граничными условиями определяется поперечная сила на обоих радиусах  и задаются угол поворота нормали на внутреннем радиусе и момент на внешнем.

Рассмотрим отдельно разные способы опирания пластины на контуре [12]:

1.    свободный край;

2.      свободно опертый край;

.        жестко защемленный край.

При жестком закреплении нет угловых и линейных перемещений .

Свободное опирание (подвижная/неподвижная шарнирные опоры) исключает линейное перемещение в вертикальном направлении, но при этом возможен поворот по опертой стороне.

Способы задания граничных условий приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1 Способы задания граничных условий

на внешнем радиусе     на внутреннем  радиусе	свободный край	свободное опирание пластины на контуре	жестко защемленный край
свободный край
свободное опирание пластины на контуре1
жестко защемленный край

Глава 3. Алгоритм оптимизации диска методом чувствительности

.1 Вывод вариационного уравнения

После того как получена система уравнений для расчета пластинки можно переходить к алгоритму оптимизации диска. Для удобства заменим ограничение (1.1) интегральным соотношением [6]:

                (3.1)

где принято обозначение  для любой функции .

Метод оптимизации заключается в оценке чувствительности функции цели к параметру управления, которым в нашей задаче является толщина диска [5]. Для реализации этого метода следует взять два похожих диска c толщинами  и . Отметим, что переход от вектора состояния  к вектору  изменит операторное уравнение (2.24)

                                         (3.2)

Где

 .

Тогда представим матрицу :

   (3.3)

Покажем, что  где  Производная от всех элементов матрицы  будет равна 0, кроме  Рассмотрим дифференцирование этих элементов отдельно:

                                                       (3.4)

                              (3.5)

Теперь распишем значения ненулевых элементов матрицы  с учетов :

                                                    (3.6)

   (3.7)

Из (3.5) и (3.6) следует, что  Аналогично получим

 

Таким образом, вариационная постановка задачи будет иметь следующий вид:

 (3.8)

Исключая из (3.8) уравнение (2.24), соответствующее начальному состоянию, получим:

 

или уравнение в вариациях имеет вид

                                                         (3.9)

где

                                               (3.10)

Граничные условия из (2.31) для  получим следующие           

                                            (3.11)

.2 Расчет градиентов целевой функции и ограничений

Умножим выражение (3.10) на сопряженный вектор  и проинтегрируем на отрезке

                                                   (3.12)

Рассмотрим первое слагаемое интеграла отдельно

 

Таким образом,

                                  (3.13)

где  - сопряженный оператор.

Воспользовавшись (3.13) представим (3.12) в виде

       (3.14)

Введем сопряженную систему уравнений

                                                          (3.15)

Помня об интегральной записи ограничения (3.1), рассмотрим переход от диска c толщиной  к диску с толщиной . Функционал  изменяется на

 (3.16)

Подставим (3.15) в (3.14) и получим

   

тогда (3.16) примет вид

 (3.17)

при условии, что в (3.14) . С учетом (3.11) это накладывает на решение системы (3.15) граничные условия

Для определения функции  можно решить задачу поиска минимума линейного функционала с интегральными ограничениями

    (3.18)

где  - масса исходного проекта диска (толщиной );  - ограничения, накладываемые на норму изменения  на каждой итерации. От выбора параметра  зависит скорость сходимости алгоритма.

Задача (3.18) с помощью множителей Лагранжа  может быть сведена к задаче поиска стационарной точки 7функционала

      (3.19)

Изменение функционала  при переходе от функции  к  с точностью до линейных слагаемых можно записать следующим образом

             (3.20)

Как и в случае многих переменных, в стационарной точке линейная часть изменения функционала (вариация функционала) должна быть нулевой, т.е.

 

Из этого выражения следует, что

                                                                        (3.21)

Для определения коэффициента  (3.21) подставляется во второе условие (3.18). Окончательное выражение для вариации толщины диска на каждой итерации имеет вид

                                                  (3.22)

В этой зависимости введен новый параметр , который совместно с параметром  управляет нормой изменения проекта на каждой итерации. От него так же зависит скорость сходимости алгоритма.

3.3 Алгоритм метода проекции градиента

На рис. 3.1 представлена блок-схема алгоритма метода проекции градиента. После пересчета толщин следует заново повторять этот алгоритм уже с новыми толщинами, сравнивая напряжения с ограничениями в каждой точке, пока напряжения не станут равны допустимым. Если не налагать конструктивные ограничения по толщине, можно получить оптимальный диск, в каждой точке которого напряжения будут равны предельно допустимым.

Рис. 3.1. Блок-схема алгоритма метода проекции градиента

В зависимости от величины параметров управления скорость сходимости алгоритма будет различной, но не следует пытаться с помощью изменения значений параметров управления ускорить процесс сходимости алгоритма, так как могут возникнуть сильные скачки различных параметров диска из-за слишком большого изменения толщины за одну итерацию.

Расчет диска ведется двумя методами: методом конечных элементов (МКР) [8] и методом конечных разностей (МКР). МКЭ позволяет избежать численного интегрирования, уменьшается погрешность вычислений, что, как следствие, приводит к повышению точности. Так же МКЭ позволяет рассчитывать диск на значительно меньшем количестве узлов по сравнению с МКР, что приводит к относительному уменьшению затрат ресурсов вычислительной машины. Однако МКР значительно выигрывает по времени за счет простоты численного дифференцирования.

МКР проигрывает в точности методу конечных элементов на одинаковом количестве узлов, но за счет увеличения количества узлов в МКР можно добиться одинаковой погрешности этих двух методов при одинаковом количестве затраченного на счет времени. В целом, для достижения одинаковой точности МКР - быстрее, чем МКЭ.

3.4 МКЭ применительно к задаче об изгибе круглой пластинки

Расчет диска ведется методом конечных элементов (МКЭ) [9]. МКЭ позволяет избежать численного интегрирования, тем самым уменьшая погрешность вычислений, что, как следствие, приводит к повышению точности. Так же МКЭ позволяет рассчитывать диск на небольшом количестве узлов, что приводит к относительному уменьшению затрат ресурсов вычислительной машины.

Разобьем весь диск на конечные элементы. В расчетах для перехода от функции  к вектору параметров проектирования  использовалась линейная аппроксимация. Отрезок  разбивается на  равных интервалов , для аппроксимации управляющей функции использовались линейные функции.

Рассмотрим систему (2.24) дифференциальных уравнений первого порядка для диска. Введем обозначения

                             (3.23)

И интегрируя по радиусу, получим соотношения МКЭ для уравнения в перемещениях для диска:

 

Рассмотрим формирования матрицы системы и вектора нагрузок:

 

 - матрица формы, где

.

Суммируя по всем конечным элементам, найдем

 

Обозначим

 

тогда можно записать

 

 - матрица жесткости для одного элемента.

Матрица и правая часть для всей системы формулируются из  и  как показано на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Формирование общей матрицы системы

3.5 МКР применительно к задаче об изгибе круглой пластинки

Замена краевой задачи начальной приводит к существенному упрощению решения. Поэтому другой удобный метод решения краевой задачи (2.24) и сопряженной системы (3.15) - метод начальных параметров, основанный на дополнении поставленных для краевой задачи граничных условий в начале участка интегрирования некоторыми параметрами, называемыми начальными [13]. Эти параметры выбираются так, чтобы полученная при этом совокупность начальных условий полностью определяла решение поставленной задачи.

Основная трудность численного решения уравнений (2.24), (3.15) заключается в том, что на основании граничных условий в начальной точке () бывают известны только некоторые начальные значения функций  ( в случае сопряженной системы). Остальные же должны быть определены по граничным условиям на наружном крае пластины () [12].

Пусть дана краевая задача (2.24) с граничными условиями (2.31).

Общий интеграл системы (2.24)

                                          (3.24)

где  - частное решение матричного уравнения (2.24), удовлетворяющее нулевым начальным условиям ;  - -е частное решение соответствующего уравнению (2.24) однородного уравнения , т.е. при нулевом столбце свободных членов

,где  взято из формулы (3.23),

удовлетворяющее начальным условиям:

 - постоянные интегрирования.

Подстановкой полученного по (3.24) решения в условия (2.31) получают систему -х алгебраических уравнений для определения .

Например, для пластины с шарнирной опорой на внутреннем краю:

 

коэффициенты равны:

 

 

 

Найденные постоянные подставляют в (3.24), откуда находят решение исходной краевой задачи (2.24), (2.31).

Аналогично решается сопряженная задача (3.15). В ней коэффициенты  для граничных условий вида:  

будут равны:

 

Глава 4. Результаты оптимизации

Для реализации поставленной задачи была написана программа с использованием языка программирования СИ.

Данная программа проводит оптимизацию диска с помощью МКЭ и МКР. Способ расчета можно выбрать до начала работы программы. На вход подаются все данные о материале диска, такие как модуль упругости , коэффициент Пуассона , плотность  и температурный коэффициент ; так же данные о размерах диска - внешний и внутренний радиусы и толщина; и, наконец, данные о нагрузке на диск - приложенная распределенная сила, температурный градиент и моменты. Так же в программе можно задать ограничение на минимальную и максимальную толщину диска.

Перед началом работы программы нужно задать значения управляющих параметров:

 - количество узлов (точек, находящихся на равном расстоянии по всей длине диска);

 и  - отвечают за норму изменения толщины на каждой итерации;

 - отвечает за сглаживание функции толщины диска.

 - отвечает за норму отклонения получившегося напряжения в точке от допустимого напряжения.

Все эти пять параметров сильно влияют на скорость и характер сходимости алгоритма.

Алгоритм можно запустить с двумя способами останова:

1.       До полной его сходимости с заданной точностью.

В этом случае количество итераций определяется программой автоматически и на выходе получается форма диска, которая в большей или меньшей степени удовлетворяет всем заданным параметрам.

2.    Задать на входе количество итераций.

В этом случае программа проведет нужное количество итераций и на выходе получается форма диска, которая необязательно будет удовлетворять всем ограничениям. При таком запуске удобно смотреть текущее состояние диска и скорость сходимости. Так же, при желании можно посмотреть результаты работы алгоритма после того как оптимальная форма уже найдена (для этого необходимо задать количество итерации больше, чем необходимо для сходимости алгоритма).

После завершения работы программы можно посмотреть результаты расчетов всех требуемых параметров, например и их графики в зависимости от .

  При реализации алгоритма предполагалось, что расчет диска будет вестись только методом конечных элементов, но, после проведения первых расчетов стала ясна непригодность этого подхода. В результатах оптимизации были явно выражены биения почти всех ключевых функций. Вследствие этого пришлось отдать предпочтение менее точному на малом количестве узлов методу конечных разностей. Но увеличение количества узлов в данном случае не привело к значительному увеличению времени расчета программой, так как время одной итерации МКР значительно меньше времени одной итерации МКЭ.

.2 Примеры расчетов оптимальных дисков

Приведем параметры диска, учитываемые при решении задачи (см. рис. 4.1):  - максимальная толщина диска, - толщины ступицы и замкового соединения,  - высоты ступицы и замкового соединения.

Для всех приведенных ниже примеров в качестве исходной конфигурации примем диск постоянной толщины, к которому приложены различные нагрузки (см. рис. 4.2). Варьируя начальную толщину диска  можно получить оптимальные диски при разных нагрузках.

Рис. 4.2. Постановка задачи весовой оптимизации пластинки

Пример 1. Диск нагружен поперечной распределенной нагрузкой, с ограничением на толщину ступицы (0.04м) и с замковым соединением толщиной 0.015м (cм. рис. 4.1 и 4.2). Диск изготовлен из материала с модулем Юнга Па, коэффициентом Пуассона, имеет плотность , внутренний радиус , внешний радиус . Толщина проекта диска на первой итерации постоянна и равна , поперечная нагрузка распределена по всему радиусу равномерно Па, допустимые напряжения  Па (см. рис. 4.3).

В силу симметрии диска напряжения на поверхностях 1 и 2 равны по модулю и противоположны по знаку, поэтому в следующих двух примерах приведем только напряжения на поверхности 1 (напряжения на поверхности 2 получаются их зеркальным отображением относительно нуля).

Рис. 4.3. Оптимальная форма диска (пунктирная линия - толщина начального проекта, сплошная - оптимальный диск)

Пример 2. Диск нагружен поперечной распределенной нагрузкой, изгибающим моментом на внешнем радиусе и температурными напряжениями, параметры диска совпадают с параметрами из Примера 1 (см. рис. 4.4). К ним добавляется температурная нагрузка (температура изменяется линейно, на внутреннем радиусе , на внешнем ) и к внешнему радиусу приложен изгибающий момент, он отрицателен и равен  (см. рис. 4.2).

Рис. 4.4. Оптимальная форма диска (пунктирная линия - толщина начального проекта, сплошная - оптимальный диск)

Пример 3. Диск нагружен поперечной распределенной нагрузкой, без ограничения на толщину ступицы и замок (см. рис. 4.5).

Параметры диска совпадают с параметрами из Примера 1, за исключением того, что отсутствуют конструктивные ограничения по толщине на ступицу и замковое соединение (см. рис. 4.1). В этом случае получается равнопрочный диск (нагрузка подобрана так, что в каждом узле диска эквивалентные напряжения равны напряжению ограничения).

Рис. 4.5. Равнопрочный диск

Пример 4. Равнопрочный диск без отверстия (см. рис. 4.6).

Параметры диска совпадают с параметрами диска из Примера 3, за исключением наличия центрального отверстия. На этом примере показаны значения величины изгиба диска и угла поворота нормали для линии, заданной графиком .

прочностной пластина диск чувствительность

Рис. 4.5. Оптимальная форма диска без отверстия

Пример 5. Параметры диска совпадают с параметрами диска из Примера 4, за исключением силы  Па, приложенной в точке  (см. рис. 4.8). На этом примере показаны эпюры момента и сил для линии, заданной графиком .

Пример 6. Параметры диска совпадают с параметрами диска из Примера 3. К ним добавляется сила  Па, приложенная в точке , и к внешнему радиусу приложен изгибающий момент, он отрицателен и равен  (см. рис. 4.9).

На рис. 4.7 приведены результаты зависимости массы оптимального диска от требуемого радиального момента. Диск взят из Примера 6.

Рис. 4.7. Зависимость массы оптимального проекта диска от величины радиального момента

Рис. 4.8. Оптимальная форма диска

Рис. 4.9. Оптимальная форма диска

Глава 5. Организационно-экономическая часть

В настоящей части дипломного проекта рассматриваются вопросы организации и планирования разработки НИР.

Организация и планирование НИР включает в себя расчёт трудоёмкости этапов НИР, cоставление календарного графика, расчёт структуры себестоимости НИР.

.1 Организация и планирование проведения НИР

Планирование и оценка длительности работ НИР предполагают его деление на несколько этапов. В процессе разработки НИР можно выделить следующие этапы:

1.      Составление и утверждение технического задания НИР.

2.      Анализ предметной области. На данном этапе проводится подбор и анализ имеющейся научно-технической литературы по теме НИР.

.        Изучение математической модели и анализ ее свойств, особенностей и принятых допущений. Разработка методики решения и ее программная реализация.

.        Решение поставленного задания, анализ полученных результатов.

.        Оформление отчета по НИР.

Стоит отметить, что первый этап проводится совместно со старшим научным сотрудником, остальная часть работы выполняется самостоятельно (одним человеком).

Одной из наиболее сложных задач планирования научных исследований является обоснование затрат рабочего времени исполнителей темы, необходимых для достижения поставленных целей, т.е. трудоемкости.

5.1.1 
Расчёт трудоёмкости и составление календарного графика

В отечественной литературе одним из методов планирования трудоемкости НИР является метод экспертных оценок. Он применяется, когда выбор, обоснование и оценка последствий решений не могут быть выполнены на основании точных расчетов. При полном отсутствии отчетно-статистических данных по аналогичным НИР обычно пользуются методом точечной экспертной оценки. Методика проведения экспертизы включает в себя следующие этапы:

-       подбор группы экспертов;

-       получение информации от группы экспертов;

-       математико-статическая обработка информации и получение прогнозируемой оценки.

В случаях применения вышеприведенного метода оценка трудоемкости может проводиться специалистами лишь примерно, на основе имеющейся у них информации, характеризующейся некоторой долей неопределенности, величина которой определяется опытом и знаниями специалистов-экспертов. Трудоёмкость НИР зависит от множества трудно учитываемых факторов и носит вероятностный характер. Предположим, что распределение случайных значений трудоемкости описывается - распределением, что позволит использовать метод трех оценок для основных параметров распределения - среднего значения (математического ожидания) и среднеквадратичного отклонения.

Согласно методу точечной экспертной оценки, шести экспертам было предложено оценить три параметра трудоемкости каждого из шести этапов НИР:  - минимально возможную трудоемкость работы, чел.-дни;  - максимально возможную трудоемкость, чел.-дни;  - наиболее вероятную трудоемкость работы, чел.-дни. Результаты опроса представим в табл. 5.1.

Таблица 5.1 Экспертная оценка временных затрат каждого этапа

Этапы НИР		Номера экспертов
		1	2	3	4	5	6
1		3	4	6	4	4	5
		4	5	8	5	7	7
		5	6	9	7	9	8
2		6	9	5	7	9	6
		7	11	6	10	11	8
		8	12	8	11	13	9
3		16	12	12	14	15	18
		19	18	22	17	19	24
		26	24	26	19	22	27
4		9	12	10	10	8	11
		12	15	12	11	12	13
		16	17	15	12	14	15
5		12	7	9	11	10	10
		13	9	13	13	12	12
		14	11	15	14	13	15

На основании полученных данных определим наиболее вероятные сроки выполнения этапов НИР.

Построим сводную матрицу дисперсий отклонений оценок, которая представлена в табл. 5.2. Дисперсия усредненного значения трудоёмкости определяется по формуле:

 

где - для  - ого эксперта при оценке  - этапа работы.

Таблица 5.2 Матрица дисперсий отклонений оценок

Этапы НИР	Эксперты						, (чел.-дн.)2
	1	2	3	4	5	6
1	0,1	0,1	0,3	0,3	0,7	0,3	0,0318
2	0,1	0,3	0,3	0,4	0,4	0,3	0,0400
3	2,8	4	5,4	0,7	1,4	2,3	0,2967
4	1,4	0,7	0,7	0,1	1	0,4	0,0586
5	0,1	1	1	0,3	0,3	0,7	0,0498

Найдем ожидаемую трудоемкость каждого этапа (для каждого эксперта) по формуле:

Данные занесем в табл. 5.3.

Таблица 5.3 Ожидаемая трудоемкость

Этапы НИР	Эксперты						, чел.-дни,
	1	2	3	4	5	6
1	4	5	7,8	5,2	6,8	6,8	5,3
2	7	10,8	6,2	9,7	11	7,8	8,1
3	19,7	18	21	16,8	18,8	23,5	18,5
4	12,2	14,8	12,2	11	11,7	13	11,8
5	13	9	12,7	12,8	11,8	12,2	12,6
Итого	55,9	57,6	59,9	55,5	60,1	63,3
	56	58	60	56	61	64

Усредненное мнение экспертов для установления среднего значения трудоемкости каждого этапа работы вычисляется по формуле:

где  - весовой коэффициент  - ого эксперта при оценке  - этапа работы;

 - постоянная, выбираемая из условия  (см. табл. 5.2).

Полученные значения  используются как предварительные, характеризующие трудоемкость этапов НИР. Значения  позволяют дать оценку отклонений (неопределенности) при планировании трудоемкости соответствующих этапов НИР.

В качестве точечного прогноза можно использовать медиану  - значение оцениваемой величины, слева от которого находится 50% всех оценок. Расположив члены ряда (экспертные оценки) по возрастающей: 56, 56, 58, 60, 61, 64 определяем, что  т.е. наиболее вероятный срок разработки равен 60 чел.-дн. Для вычисления доверительного интервала точечного экспертного прогноза необходимо определить среднеквадратичное отклонение . Величина  находится следующим образом:

где  - первый квартиль, слева от которого находится 25% всех экспертных оценок,  - третий квартиль, слева от которого находится 75% всех экспертных оценок. В данном случае , . Таким образом, . Доверительный интервал точечного экспертного прогноза  для доверительного уровня вероятности  определяем по формуле:

где  - число экспертов.

Итак, интервальный экспертный прогноз составляет

Таким образом, минимальный срок проведения НИР - около 57 чел.-дней, а максимальный - 63. Наиболее вероятный срок выполнения НИР составляет 60 чел.-дня.

В табл. 5.4 представлены результаты перевода рабочих дней в календарные по каждому этапу выполнения НИР.

Таблица 5.4 Результаты перевода рабочих дней в календарные

Этапы	, чел.-дн	Кол-во исполнителей	Рб.-дн.	Кл.-дн.
1	6	2	3	5
2	9	1	9	14
3	20	1	30
4	13	1	13	20
5	12	1	12	18
Всего			57	87

Календарный график выполнения НИР представлен ниже (см. рис. 5.1). Принятые обозначения: СНС - старший научный сотрудник, НС - научный сотрудник.

 

Рис. 5.1. Календарный план-указание выполнения НИР

.2 Расчет себестоимости НИР

Затраты на проведение НИР могут быть представлены в виде сметы затрат, включающей в себя следующие статьи:

материалы;

-       оборудование;

-       основной фонд оплаты труда;

-       дополнительный фонд оплаты труда;

-       прямые страховые взносы (ПСВ), налог на несчастные случаи (ННС) и профессиональные заболевания (ПЗ);

-       накладные расходы.

Материалы.

К этой статье относится стоимость всех материалов, необходимых при выполнении НИР. Расчёт затрат на материалы приведён на основе цен, установленных по действующим прайс-листам. Учитываются транспортно-заготовительные расходы на доставку (10% от стоимости материалов). Данные расчёта приведены в табл. 5.5.

Таблица 5.5 Расчет затрат на материалы

№ п/п	Наименование	Ед. изм.	Кол-во	Цена за единицу, руб.	Сумма, руб.
1	Ручка шариковая PILOT BPS-GP-EF резин.манжет. синяя 0,25мм	шт	2	45,00	45,00
2	Бумага SVETO COPY (А4, 80г/м², белизна 146% CIE, 500 листов/пач)	пач	1	146,00	146,00
3	Набор Картриджей для струйного принтера Canon CLI-451 C/ M/ Y/ BK multipack	шт	1	1670,00	1670,00
Итого					1861,00
С учетом транспортных расходов  = 10%					2047,10

Оборудование.

Стоимость использованных для проведения НИР оборудования и комплектующих представлена в табл. 5.6.

Таблица 5.6 Расчет затрат на оборудование

Оборудование
№ п/п	Наименование	Кол-во	Балансовая стоимость, руб.	сумма, руб.
1	Ноутбук Lenovo IdeaPad Z5003	1	23900	23900
2	Canon PIXMA MG6440	1	5130	5130
Итого:				29030
Комплектующие
2	Программное обеспечение Microsoft Office Home and Business 2013 32-bit/x64 Russian for Russia DVD3	1	2960	2960
3	Wolfram Mathematica Starter Edition	1	23824,74	23824,74
4	Visual Studio Professional 2013	1	41101,96	41101,96
Итого:				67886,70

Затраты на амортизацию учитываются по следующей формуле:

где:  - стоимость оборудования и комплектующих, руб.,

 - годовая амортизация, %,

 - время использования оборудования при выполнении НИР, кл.-дни.,

 - действительный годовой фонд времени, кл.-дни.

  Процент годовой амортизации оборудования равен 33,3%; комплектующих -57% (из расчета выхода новой версии программного обеспечения раз в 1,5-2 года), количество календарных дней в 2014 году равно 365. Оборудование для выполнения данной НИР используется на третьем, четвертом и пятом этапах в течение 68 календарных дней. Таким образом, затраты на амортизацию

.

Основной фонд оплаты труда (ОФОТ).

Основной фонд оплаты труда определяется по категориям исполнителей на основе системы должностных окладов для научных, и инженерно-технических работников

Для расчёта основного фонда оплаты труда научных, инженерно-технических работников предварительно необходимо определить их среднюю дневную оплату труда:

Где  - средняя дневная оплата труда, руб.;

 - оклад за месяц, руб.;

 - месячный фонд времени (рабочие дни),  рб.-дня.

Проведем расчет средней дневной оплаты труда старшего научного сотрудника и научного сотрудника. Среднемесячный оклад старшего научного сотрудника составляет 56300 руб., научного сотрудника - 22520 руб.

Средняя дневная оплата труда старшего научного сотрудника:

Средняя дневная оплата труда научного сотрудника:

Расчет основного фонда оплаты труда представим в табл. 5.7.

Таблица 5.7 Расчет основного фонда оплаты труда

№ этапа НИР	Категория персонала (научные работники)				Общая сумма, руб.
	Число исполнителей, чел.	Кол-во рабочих дней	Средняя дневная оплата труда, руб.	Суммарная основная оплата труда, руб.
1	2	3	+	10846,8	66630,42
2	1	9		9297,27
3	1	20		20660,6
4	1	13		13429,39
5	1	12		12396,36

Таким образом, основной фонд оплаты труда составит

 

Дополнительный фонд оплаты труда (ДФОТ).

Дополнительный фонд оплаты труда вычисляется по формуле:

где  - коэффициент отчислений на дополнительную оплату труда (в настоящей работе ).

Тогда дополнительный фонд оплаты труда составляет:

В результате, общий фонд оплаты труда (ФОТ) составляет:

Прямые страховые взносы (ПСВ).

Полная ставка страхового взноса с ФОТ на 2014г. составляет 30%, куда входит ставка налога на несчастные случаи и профессиональные заболевания (в данном случае класс профессионального риска II). Таким образом, общие отчисления во внебюджетные фонды составят:

Накладные расходы.

К накладным расходам относятся расходы по управлению и обслуживанию отдела разработки. В нашем случае накладные расходы составляют 50%:

Итак, поскольку вычислены все виды затрат, представим структуру себестоимости НИР в виде табл. 5.8:

Таблица 5.8 Расчет производственной себестоимости

№ строки	Содержание строки	Сумма, руб.	Структура, %	Примечание
1	Материалы	2047,10	1,4	= 10%
2	Затраты на оборудование и комплектующие		6,4	33,3%, 57%
3	Основной фонд оплаты труда		47,3
4	Дополнительный фонд оплаты труда		7,1	% (3)
5	ПСВ		14,3	30% (3+4)
6	Накладные расходы		23,5	50% (3)
7	Производственная себестоимость	140986,40	100	(1+2+3+4+5+6)

.3 Итоговые данные

В рамках организационно-экономической части были проведены расчеты по трудозатратам выполнения НИР. Были проведены расчеты по следующим статьям затрат: материальные затраты; основная заработная плата исполнителей, дополнительная заработная плата исполнителей; отчисления на социальное страхование; амортизационные отчисления; накладные расходы.

Итоговые данные:

-       трудоемкость НИР  рб.-дн.;

-       продолжительность НИР  кл.-дн.;

-       себестоимость НИР  руб.

Глава 6. Экологическая и промышленная безопасность

.1 Проектирование оптимальных условий труда инженера-программиста

.1.1 Анализ условий труда на рабочем месте

Работа программистов и просто пользователей ПК непосредственно связана с компьютерами, а значит и с дополнительными вредными воздействиями факторов, существенно снижающих производительность их труда.

Анализ условий труда на рабочем месте направлен на предотвращение неблагоприятного влияния на здоровье человека вредных факторов производственной среды и трудового процесса при работе с ПЭВМ.

Условия труда на рабочем месте представляют собой совокупность факторов, определяющих состояние производственной среды и оказывающих влияние на здоровье и работоспособность человека. Для инженера, работающего на ЭВМ, эта совокупность факторов включает в себя: физические, химические, психофизиологические и биологические.

         К физическим факторам относятся:

-       температура, влажность, тепловое излучение в рабочей зоне (градусы по Цельсию, процент влажности, калории на 1 см² в минуту). Различают пять стадий воздействия указанных факторов: незначительная, повышенная или пониженная, средняя, высокая, очень высокая;

-       освещенность в рабочей зоне (в люксах). Различают два уровня значений этого фактора: недостаточная и плохая или ослепляющая;

-       производственный шум (частота шума в герцах, сила шума в децибелах). Различают умеренный, повышенный и сильный шум;

-       загрязненность воздуха (содержание примесей в 1 м³ или литре воздуха и их воздействие на организм человека). Различают пять степеней загрязненности воздуха: незначительная, средняя, повышенная, сильная, очень сильная;

-       напряженность электрической составляющей переменного электромагнитного поля (вольт на метр), плотность магнитного потока (в теслах);

-       электростатический потенциал экрана дисплея (в вольтах) и т.д.

К химическим опасным факторам, постоянно действующим на программиста, относится возникновение, в результате ионизации воздуха при работе компьютера, активных частиц.

Биологические вредные производственные факторы в данном помещении отсутствуют.

К психологически вредным факторам, воздействующим на инженера-программиста в течение его рабочей смены можно отнести следующие:

-  нервно-эмоциональные перегрузки;

-       умственное напряжение;

-       перенапряжение зрительного анализатора.

Все указанные факторы производственной среды имеют психологические и физиологические границы.

Психологическая граница определяется нормативом, за пределами которого работники ощущают неудобства в работе. Например, нормальный производственный шум составляет - 7 дб., психологическая граница этого фактора допускает 85 дб.

Физиологическая граница определяется нормативом, превышение которого требует приостановки работ. Так, для производственного шума физиологическая граница установлена 120 дб.

Рабочее место - это часть пространства, в котором инженер осуществляет трудовую деятельность, и проводит большую часть рабочего времени. Практически весь процесс работы у сотрудников, производится в сидячем положении и требует внимательного, непрерывного и иногда продолжительного наблюдения. Рабочее место, хорошо приспособленное к трудовой деятельности инженера, правильно и целесообразно организованное, в отношении пространства, формы, размера обеспечивает ему удобное положение при работе и высокую производительность труда при наименьшем физическом и психическом напряжении.

При правильной организации рабочего места производительность труда инженера возрастает с 8 до 20 процентов.

Рациональное освещение рабочего места является одним из важнейших факторов, влияющих на эффективность трудовой деятельности человека, предупреждающих травматизм и профессиональные заболевания. Правильно организованное освещение создает благоприятные условия труда, повышает работоспособность и производительность труда. Освещение на рабочем месте программиста должно быть таким, чтобы работник мог без напряжения зрения выполнять свою работу.

Для повышения работоспособности, сохранения здоровья инженера-программиста, создания на рабочих местах комфортных условий для работы необходимо учитывать и организационное, психофизиологическое, санитарно-гигиеническое и социальное направления, которые заключаются в оздоровлении производственной среды, в повышении интереса к работе и ее результатам.

.1.2 Требования к рабочим местам оборудованными ПК

Конструкция рабочего места и взаимное расположение всех его элементов должно соответствовать антропометрическим, физическим и психологическим требованиям.

Общие эргономические требования, предъявляемые к рабочему месту оператора следующие:

-       рабочее место с дисплеем должно обеспечивать оператору возможность выполнения работ в положении сидя и не создавать перегрузки костно-мышечной системы;

-       основными элементами рабочего места оператора являются: рабочий стол, рабочий стул (кресло), дисплей, клавиатура; вспомогательными пюпитр, подставка для ног.

Рабочая поза сидя вызывает минимальное утомление программиста. Рациональная планировка рабочего места предусматривает четкий порядок и постоянство размещения предметов, средств труда и документации. То, что требуется для выполнения работ «часто» и «очень часто», расположено в зоне легкой досягаемости рабочего пространства.

Согласно ГОСТ Р 50923-96 и СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 рабочие столы по конструктивному исполнению подразделяются на регулируемые и нерегулируемые по изменению высоты рабочей поверхности. Регулируемая высота рабочей поверхности стола должна изменяться в пределах от 680 до 800 мм. Механизмы для регулирования высоты рабочей поверхности стола должны быть легко досягаемыми в положении сидя, иметь легкость управления и надежную фиксацию. Высота рабочей поверхности стола при нерегулируемой высоте должна составлять 725 мм.

Размеры рабочей поверхности стола должны быть (см. рис. 6.2):

-       ширина не менее 1200 (1600) мм;

-       глубина не менее 600 (800) мм;

Под рабочей поверхностью должно быть предусмотрено пространство для ног (см. рис. 6.2):

-       высота не менее 600 мм;

-       ширина не менее 500 мм;

-       глубина не менее 450 мм на уровне колен и не менее 650 мм на уровне вытянутых ног;

Рис. 6.2 Конфигурация и размеры рабочего стола.

-       рабочая поверхность стола не должна иметь острых углов и краев. Покрытие рабочей поверхности стола должно быть из диффузно отражающего материала с коэффициентом отражения 0,45-0,50.

Рабочий стул (кресло) должен обеспечивать поддержание физиологически рациональной рабочей позы оператора в процессе трудовой деятельности, создавать условия для изменения позы с целью снижения статического напряжения мышц шейно-плечевой области и спины, а так же для исключения нарушения циркуляции крови в нижних конечностях.

Согласно ГОСТ 21889-76, ГОСТ Р 50923-96 и СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 рабочий стул (см. рис. 6.3) должен включать следующие основные элементы: сиденье, спинку и подлокотники и быть подъемно-поворотным и регулируемым по высоте и углам наклона сидения и спинки. При этом регулировка параметров может быть как плавной, так и ступенчатой (шаг регулировки для линейных параметров 15-25 мм), но должна осуществляться без применения дополнительных инструментов. Регулирование каждого положения должно быть независимыми и иметь надежную фиксацию.

Рис. 6.3 Конфигурация и размеры рабочего стула.

-       Ширина и глубина поверхности сидения должна быть не менее 400 мм;

-       поверхность сидения должна быть с закругленным передним краем, иметь возможность наклона от 15° вперед до 5° назад;

-       высота поверхности сиденья должна регулироваться в пределах от 400-550 мм;

-       высота опорной поверхности спинки стула (кресла) должна быть  мм, ширину не менее 380 мм и радиус кривизны горизонтальной плоскости 400 мм;

-       угол наклона спинки в вертикальной плоскости должен регулироваться в пределах от вертикального положения;

-       расстояние спинки от переднего края сидения должно регулироваться в пределах от 260 до 400 мм;

-       подлокотники должны быть длиной не менее 250 мм, шириной - 50-70 мм, иметь возможность регулирования по высоте над сиденьем в пределах  мм и регулирования внутреннего расстояния между подлокотниками в пределах от 350 до 500 мм;

-       конструкционные и отделочные материалы кресла должны быть прочными, нетоксичными;

-       покрытия сидения, спинки, подлокотников должны изготовляться из умягченного, влагоотталкивающего, неэлектризующегося, воздухопроницаемого материала.

Согласно СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 поверхность сиденья, спинки и других элементов стула (кресла) должна быть полумягкой, с нескользящим, не электризующимся и воздухопроницаемым покрытием, обеспечивающим легкую очистку от загрязнений.

Требования, предъявляемые к подставке для ног (см. рис. 6.4), регулируют ее по высоте в пределах до 150 мм и по углу наклона опорной поверхности - до 20°. Ширина опорной поверхности полагается не менее 300 мм, а глубина - не менее 400 мм. Поверхность подставки должна быть рифленой, по переднему краю - бортик высотой 10 мм.

Рис. 6.4 Конфигурация и размеры подставки для ног: мм, мм, мм

.1.3 Требования к ПЭВМ.

Согласно СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 ПЭВМ должны соответствовать требованиям настоящих санитарных правил, и каждый их тип подлежит санитарно-эпидемиологической экспертизе с оценкой в испытательных лабораториях, аккредитованных в установленном порядке.

Перечень продукции и контролируемых гигиенических параметров вредных и опасных факторов представлены в табл. 6.1.

Таблица 6.1 Перечень продукции и контролируемые гигиенические параметры

№	Вид продукции	Код ОКП	Контролируемые гигиенические параметры
1	Машины вычислительные электронные цифровые, машины вычислительные электронные цифровые персональные (включая портативные ЭВМ)	40 1300, 40 1350, 40 1370	Уровни электромагнитных полей (ЭМП), акустического шума, концентрация вредных веществ в воздухе, визуальные показатели ВДТ, мягкое рентгеновское излучение
2	Устройства периферийные: принтеры, сканеры, модемы, сетевые устройства, блоки бесперебойного питания и т.д.	40 3000	Уровни ЭМП, акустического шума, концентрация вредных веществ в воздухе
3	Устройства отображения информации (видеодисплейные терминалы)	40 3200	Уровни ЭМП, визуальные показатели, концентрация вредных веществ в воздухе, мягкое рентгеновское излучение17
4	Автоматы игровые с использованием ПЭВМ	96 8575	Уровни ЭМП, акустического шума, концентрация вредных веществ в воздухе, визуальные показатели ВДТ, мягкое рентгеновское излучение17

Конструкция ПЭВМ должна обеспечивать возможность поворота корпуса в горизонтальной и вертикальной плоскости с фиксацией в заданном положении для обеспечения фронтального наблюдения экрана ВДТ. Дизайн ПЭВМ должен предусматривать окраску корпуса в спокойные мягкие тона с диффузным рассеиванием света. Корпус ПЭВМ, клавиатура и другие блоки и устройства ПЭВМ должны иметь матовую поверхность с коэффициентом отражения 0,4 - 0,6 и не иметь блестящих деталей, способных создавать блики.

Дисплей должен располагаться так, чтобы изображение в любой его части было различимо без необходимости поднять или опустить голову, но ниже глаз оператора. Угол наблюдения экрана оператором относительно горизонтальной линии взгляда не должен превышать .

Клавиатура должна располагаться так, чтобы обеспечивалась оптимальная видимость экрана, и имелась возможность ее свободного перемещения. Клавиатуру следует располагать на поверхности стола на расстоянии от 100 до 300 мм от переднего края, обращенного к оператору, или на специальной регулируемой по высоте рабочей поверхности, отделенной от основной столешницы.

Допустимые уровни звукового давления и электромагнитных полей, создаваемых ЭВМ, не должны превышать предельно допустимых значений. Концентрация вредных веществ, выделяемых ЭВМ в воздух помещений не должна превышать предельно допустимой концентрации, установленной для атмосферного воздуха.

.1.4 Требования к помещениям для работы с ПЭВМ

Согласно СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 в помещения с ПЭВМ должно быть естественное и искусственное освещение, соответствующее требованиям действующей нормативной документации. Окна в помещениях, где эксплуатируется вычислительная техника, преимущественно должны быть ориентированы на север и северо-восток.

Оконные проемы должны быть оборудованы регулируемыми устройствами типа: жалюзи, занавесей, внешних козырьков и др.

Площадь на одно рабочее место пользователей ПЭВМ с ВДТ на базе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) должна составлять не менее 6 м², в помещениях культурно-развлекательных учреждений и с ВДТ на базе плоских дискретных экранов(жидкокристаллические, плазменные) - 4,5 м².

При использовании ПВЭМ с ВДТ на базе ЭЛТ (без вспомогательных устройств - принтер, сканер и др.), отвечающих требованиям международных стандартов безопасности компьютеров, с продолжительностью работы менее 4 ч в день допускается минимальная площадь 4,5м² на одно рабочее место пользователя (взрослого и учащегося высшего профессионального образования).

Для внутренней отделки интерьера помещений, где расположены ПЭВМ, должны использоваться диффузно отражающие материалы с коэффициентом отражения для потолка - 0,7 - 0,8; для стен - 0,5 - 0,6; для пола - 0,3 - 0,5. Полимерные материалы используются для внутренней отделки интерьера помещений с ПЭВМ при наличии санитарно-эпидемиологического заключения.

Помещения, где размещаются рабочие места с ПЭВМ, должны быть оборудованы защитным заземлением (занулением) в соответствии с техническими требованиями по эксплуатации. Не следует размещать рабочие места с ПЭВМ вблизи силовых кабелей и вводов, высоковольтных трансформаторов, технологического оборудования, создающего помехи в работе ПЭВМ.

СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 дополняет вышеуказанные требования следующими:

-       в помещениях с ВДТ и ПЭВМ ежедневно должна проводиться влажная уборка;

-       помещения с ВДТ и ПЭВМ должны быть оснащены аптечкой первой помощи и углекислотными огнетушителями.

При разработке оптимальных условий труда программиста необходимо учитывать освещенность, шум и микроклимат.

6.2 Требования к производственной среде

6.2.1 Требования к микроклимату на рабочих местах, оборудованных ПЭВМ

Параметры микроклимата могут меняться в широких пределах, в то время как необходимым условием жизнедеятельности человека является поддержание постоянства температуры тела благодаря свойству терморегуляции, т.е. способности организма регулировать отдачу тепла в окружающую среду.

Основной принцип нормирования микроклимата - создание оптимальных условий для теплообмена тела человека с окружающей средой.

В производственных помещениях, в которых работа с использованием ПЭВМ является основной (диспетчерские, операторские, расчетные, кабины и посты управления, залы вычислительной техники и др.) и связана с нервно-эмоциональным напряжением, должны обеспечиваться оптимальные параметры микроклимата для категории работ 1а и 1б в соответствии с действующими санитарно-эпидемиологическими нормативами микроклимата производственных помещений.

В помещениях, оборудованных ПЭВМ, проводится ежедневная влажная уборка и систематическое проветривание после каждого часа работы на ПЭВМ.

В ГОСТ Р 50923-96 предъявляются следующие требования к микроклимату:

-       на рабочем месте оператора должны обеспечиваться оптимальные микроклиматические условия в холодный () и теплый периоды года ( );

-       разница температуры на уровне пола и уровне головы оператора в положении сидя не должна превышать ;

-       относительная влажность воздуха на рабочем месте должна составлять

-       скорость движения воздуха должна быть 0,1 м/с.

Параметры микроклимата оказывают значительное влияние на работоспособность сотрудника, а особо неблагоприятные факторы могут привести к заболеванию. Оптимальные и допустимые значения параметров микроклимата устанавливаются следующими стандартами и правилами: ГОСТ 12.1.005-88 (Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны), СН 4088-86 (Санитарные нормы микроклимата производственных помещений), СНиП 2.04.05-91 (Отопление, вентиляция и кондиционирование).

Автоматическое поддержание параметров микроклимата в необходимых пределах в течение всех сезонов года, очистка воздуха от пыли и вредных веществ должно обеспечиваться системой кондиционирования воздуха. Для повышения влажности воздуха в помещениях с ЭВМ следует применять увлажнители воздуха.

6.2.2 Требования к уровням шума и вибрации на рабочих местах, оборудованных ПЭВМ

Установлено, что шум ухудшает условия труда, оказывая вредное воздействие на организм человека. При длительном воздействии шума на человека происходят нежелательные явления: снижается острота зрения, слуха, повышается кровяное давление, понижается внимание. Сильный продолжительный шум может стать причиной функциональных изменений сердечно-сосудистой и нервной систем.

Согласно СН 2.2.4/2.1.8.562-96 ("Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки") характеристикой постоянного шума на рабочих местах являются среднеквадратичные уровни давлений в октавных полосах частот со среднегеометрическими стандартными частотами: 31.5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц. В этом СНе указаны значения предельно допустимых уровней шума на рабочих местах предприятий. Для помещении конструкторских бюро, расчетчиков и программистов уровни шума не должны превышать соответственно: 71, 61, 54, 49, 45, 42, 40, 38 дБ (см. табл. 6.2). Эта совокупность восьми нормативных уровней звукового давления называется предельным спектром.

Согласно СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 в производственных помещениях при выполнении основных или вспомогательных работ с использованием ПЭВМ уровни шума на рабочих местах не должны превышать предельно допустимых значений, установленных для данных видов работ в соответствии с действующими санитарно-эпидемиологическими нормативами.

Таблица 6.2

Уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц									Уровни звука в дБА
31,5	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
86	71	61	54	49	45	42	40	38	50

В ГОСТ Р 50923-96 предъявляются следующие требования к шуму:

-       печатающее оборудование, являющееся источником шума, следует устанавливать на звукопоглощающей поверхности автономно от рабочего места оператора;

-       уровень шума на рабочем месте оператора при работающем печатающем оборудовании не должен превышать значений, указанных в табл. 6.3 (из СН 2.2.4/2.1.8.562-96 для рабочих мест с шумным оборудованием);

-       если уровень шума на рабочем месте превышает допустимый, то в помещении применяют звукопоглощающие покрытия, экраны или размещают печатающее оборудование вне помещения с дисплеем.

Таблица 6.3

Уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц									Уровни звука в дБА
31,5	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
103	91	83	77	73	70	68	66	64	75

Малые механические колебания, возникающие в упругих телах или телах, находящихся под воздействием переменного физического поля, называют вибрацией. Вибрация относится к факторам, обладающим высокой биологической активностью. Выраженность ответных реакций обуславливается, главным образом, силой энергетического воздействия и биомеханическими свойствами человеческого тела как сложной колебательной системы. Мощность колебательного процесса в зоне контакта и время этого контакта являются главными параметрами, определяющими развитие вибрационных патологий, структура которых зависит от частоты и амплитуды колебаний, продолжительности воздействия, демпфирующих свойств тканей, явлений резонанса и других условий. Допустимые уровни вибрации, условия и правила их измерения и оценки регламентируются СН 2.2.4/2.18.566-96. Основными нормируемыми параметрами вибрации являются средние квадратичные величины уровней виброскорости и виброускорения в октавных полосах частот. Допустимые уровни вибрации на всех рабочих местах с  ПЭВМ приведены в табл. 6.4.

Таблица 6.4 Допустимые нормы вибрации на рабочих местах с ПЭВМ

Среднегеометрические частоты полос, Гц	Допустимые значения
	по виброускорению		по виброскорости
	м/с2	бД	м/с	дБ
2	53	25	45	79
4	53	25	22	73
8	53	25	11	67
16	10	31	11	67
31,5	21	37	11	67
63	42	43	11	67

6.2.3 Требования к освещению на рабочих местах, оборудованных ПЭВМ

Утомляемость органов зрения зависит от ряда причин:

-       недостаточность освещенности;

-       чрезмерная освещенность;

-       неправильное направление света.

Недостаточность освещения приводит к напряжению зрения, ослабляет внимание, приводит к наступлению преждевременной утомленности. Чрезмерно яркое освещение вызывает ослепление, раздражение и резь в глазах. Неправильное направление света на рабочем месте может создавать резкие тени, блики, дезориентировать работающего. Все эти причины могут привести к несчастному случаю или профзаболеваниям, поэтому столь важен правильный расчет освещенности.

Согласно СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03 ("Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий") помещения с постоянным пребыванием людей должны иметь естественное освещение. Для общего освещения помещений следует использовать разрядные лампы и/или лампы накаливания. Для местного освещения, кроме разрядных источников света, допускается использование ламп накаливания, преимущественно галогенных. Применение ксеноновых ламп внутри помещений не допускается.

В ГОСТ Р 50923-96 и СанПиН 2.2/2.4.1340-03 предъявляются следующие требования к освещению:

-       освещенность рабочего места оператора на рабочем столе в горизонтальной плоскости общего искусственного освещения должна быть от 300 до 500 лк;

-       для освещения зоны расположения документов допускается установка светильников местного освещения;

-       отношение яркостей в зоне наблюдения (экран, документ, поверхность стола) должно быть не более 10:1;

-       в поле зрения оператора должна отсутствовать прямая и отраженная блеклость. Для этого необходимо:

оборудовать светопроемы солнцезащитными устройствами (шторами, регулируемыми жалюзи и т.д.); использовать для общего освещения светильники с рассеивателями и экранирующими решетками, яркость которых в зоне углов излучения более  от вертикали не должна превышать 200 кд/м²; использовать для местного освещения светильники с непросвечивающим отражателем и защитным углом не менее ; размещать рабочий стол так, чтобы оконный проем находился сбоку (справа или слева), при этом дисплей должен располагаться на поверхности стола справа или слева от оператора; размещать рабочий стол между рядами светильников общего освещения, использовать дисплей с антибликовым покрытием экрана или антибликовый фильтр;

-       на рабочем месте оператора должна быть ограничена пульсация освещенности от газоразрядных источников света.

СанПиН .2.2/2.4.1340-03 дополняет вышеуказанные требования следующими:

-       искусственное освещение в помещениях для эксплуатации ПЭВМ должно осуществляться системой общего равномерного освещения;

-       показатель ослепленности для источников общего искусственного освещения в производственных помещениях должен быть не более 20. Показатель дискомфорта в административно-общественных помещениях не более 40, в дошкольных и учебных помещениях не более 15;

-       в качестве источников света при искусственном освещении следует применять преимущественно люминесцентные лампы типа ЛБ и компактные люминесцентные лампы (КЛЛ).При устройстве отраженного освещения в производственных и административно-общественных помещениях допускается применение металлогалогенных ламп. В светильниках местного освещения допускается применение ламп накаливания, в т.ч. галогенных;

-       для освещения помещений с ПЭВМ следует применять светильники с зеркальными параболическими решетками, укомплектованными электронными пуско-регулирующими аппаратами (ЭПРА). Допускается использование многоламповых светильников с ЭПРА, состоящими из равного числа опережающих и отстающих ветвей;

-       применение светильников без рассеивателей и экранирующих решеток не допускается;

-       при отсутствии светильников с ЭПРА лампы многоламповых светильников или рядом расположенные светильники общего освещения следует включать на разные фазы трехфазной сети;

-       общее освещение при использовании люминесцентных светильников следует выполнять в виде сплошных или прерывистых линий светильников, расположенных сбоку от рабочих мест, параллельно линии зрения пользователя при рядном расположении видеодисплейных терминалов. При периметральном расположении компьютеров линии светильников должны располагаться локализовано над рабочим столом ближе к его переднему краю, обращенному к оператору;

-       коэффициент запаса (Кз) для осветительных установок общего освещения должен приниматься равным 1,4;

-       коэффициент пульсации не должен превышать 5 %;

-       для обеспечения нормируемых значений освещенности в помещениях для использования ПЭВМ следует проводить чистку стекол оконных рам и светильников не реже двух раз в год и проводить своевременную замену перегоревших ламп.

6.2.4 Требования к уровням электромагнитных полей на рабочих местах, оборудованных ПЭВМ

Согласно СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 временные допустимые уровни ЭМП, создаваемых ПЭВМ на рабочих местах пользователей представлены в табл. 6.5.

Таблица 6.5 Временные допустимые уровни ЭМП, создаваемых ПЭВМ на рабочих местах

Наименование параметров			ВДУ ЭМП
Напряженность электрического поля	в диапазоне частот 5 Гц - 2 кГц	25 В/м
	в диапазоне частот 2 кГц - 400 кГц	2,5 В/м
Плотность магнитного потока	в диапазоне частот 5 Гц - 2 кГц	250 нТл
	в диапазоне частот 2 кГц - 400 кГц	25 нТл
Напряженность электростатического поля			15 кВ/м

Для уменьшения воздействия электромагнитных полей на человека устанавливаются поглощающие или отражающие экраны, существуют специальные очки для защиты глаз от электромагнитного излучения.

6.2.5 Требования к организации режимов труда и отдыха

Согласно СанПиН 2.2.2.542-96, режимы ежимы труда и отдыха при работе с ПЭВМ и ВДТ должны организовываться в зависимости от вида и категории трудовой деятельности. Виды трудовой деятельности разделяются на 3 группы: группа А - работа по считыванию информации с экрана ВДТ или ПЭВМ с предварительным запросом; группа Б - работа по вводу информации; группа В - творческая работа в режиме диалога с ЭВМ. При выполнении в течение рабочей смены работ, относящихся к разным видам трудовой деятельности, за основную работу с ПЭВМ и ВДТ следует принимать такую, которая занимает не менее 50 % времени в течение рабочей смены или рабочего дня.

В нашем случае работа над дипломным проектом относится к группе В.

Для обеспечения оптимальной работоспособности и сохранения здоровья профессиональных пользователей, на протяжении рабочей смены должны устанавливаться регламентированные перерывы. Продолжительность непрерывной работы с ВДТ без регламентированного перерыва не должна превышать 2 часов.

Во время регламентированных перерывов с целью снижения нервно-эмоционального напряжения, утомления зрительного анализатора, устранения влияния гиподинамии и гипокинезии, предотвращения развития познотонического утомления целесообразно выполнять комплексы упражнений. С целью уменьшения отрицательного влияния монотонии целесообразно применять чередование операций осмысленного текста и числовых данных, чередование редактирования текстов и ввода данных.

6.2.6 Требования к организации медицинского обслуживания пользователей ВДТ и ПЭВМ

В СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 предъявляются следующие требования к организации медицинского обслуживания:

-       профессиональные пользователи ВДТ и ПЭВМ должны проходить обязательные предварительные (при поступлении на работу) и периодические медицинские осмотры в порядке и в сроки, установленные Минздравмедпромом России и Госкомсанэпиднадзором России;

-       к непосредственной работе с ВДТ и ПЭВМ допускаются лица, не имеющие медицинских противопоказаний;

-       Женщины со времени установления беременности и в период кормления ребенка грудью к выполнению всех видов работ, связанных с использованием ВДТ и ПЭВМ, не допускаются.

6.3 Определение освещенности

6.3.1 Описание помещения, в котором располагается рабочее место

Помещение, в котором находится рабочее место оператора, имеет следующие характеристики:

-       длина помещения 6,12 м;

-       ширина помещения 4,29 м;

-       высота 2,6 м;

-       окраска интерьера: белый потолок, бледно-бежевые стены, на полу - ламинат цвета беленый дуб.

6.3.2          Расчет систем искусственного освещения

В помещении, где находится рабочее место инженера-программиста, используется смешанное освещение, т.е. сочетание естественного и искусственного освещения.

В качестве естественного - боковое освещение через окно. Искусственное освещение используется при недостаточном естественном освещении. В данном помещении используется общее искусственное освещение.

Расчет его осуществляется по методу светового потока с учетом потока, отраженного от стен и потолка.

Нормами для данных работ установлена необходимая освещенность рабочего места 300 лк (средняя точность работы по различению деталей размером от 1 до 10 мм).

Общий световой поток определяется по формуле:

                                                                           (6.1)

где - нормированная минимальная освещенность, лк (работа программиста относится к разряду точных работ, следовательно, минимальная освещенность будет 300 лк);

 - площадь освещаемого помещения;

 - коэффициент запаса, учитывающий уменьшение светового потока лампы в результате старения ламп и загрязнения светильников ();

 - коэффициент, учитывающий неравномерность освещения помещения ();

 - коэффициент использования светового потока; определяется в зависимости от коэффициентов отражения от стен, потолка, рабочих поверхностей, типов светильников и геометрии помещения.

Площадь помещения:

 

Выберем коэффициент использования светового потока по следующим данным:

коэффициент отражения побеленного потолка ;

коэффициент отражения от стен, окрашенных в светлую краску ;

коэффициент отражения от пола, покрытого светлым ламинатом ;

индекс помещения:

 

Найденный коэффициент .

По формуле (6.1) определим общий световой поток:

 

Для организации общего искусственного освещения выберем лампы типа ЛБ40.

Люминесцентные лампы имеют ряд преимуществ перед лампами накаливания: их спектр ближе к естественному, они имеют большую экономичность (больше светоотдача) и срок службы (в 10-12 раз). Наряду с этим имеются и недостатки: их работа сопровождается иногда шумом; хуже работают при низких температурах; их нельзя применять во взрывоопасных помещениях; имеют малую инерционность.

Для производственного помещения, оснащенного рабочими местами, подходят люминесцентные лампы.

Согласно с ГОСТ 6825-91, световой поток одной лампы ЛБ40 составляет не менее =2800 лм.

Число N ламп, необходимых для организации общего освещения определяется по формуле:

 шт.

В качестве светильников выберем ПВЛ-1, 2х40 Вт.

Таким образом, чтобы обеспечить световой поток лм надо использовать 6 светильников по 2 лампы ЛБ40 в каждом.

Электрическая мощность одной лампы ЛБ40 Вт.

Мощность всей осветительной системы

 Вт.

Рассмотрим вопрос размещения светильников в помещении. Для равномерного общего освещения светильники могут располагаться рядами параллельно стенам (для люминесцентных ламп), в шахматном порядке, по углам прямоугольников, на которые разбивается площадь потолка.

Наибольшая равномерность освещения имеет место при размещении светильников по углам квадрата; при шахматном размещении светильников наибольшая равномерность соответствует случаю их расположения по углам равностороннего треугольника.

Светильники с люминесцентными лампами рекомендуется размещать сплошными рядами или рядами с небольшими разрывами.

Общая длина лампы м. Зная все габариты помещения и длину лампы можно перейти к расчету параметров для установки этих ламп в помещении.

При расположении светильников в  рядов и расстоянием от стен помещения до крайних светильников равным , справедливо следующее соотношение:

 

Соответственно, расстояние между каждым рядом

м.

Соответственно, расстояние от стен помещения до крайних светильников равно 0,86 м.

Далее, рассчитаем расстояние  между светильниками в каждом из рядов. Если в каждом ряде имеется  светильников длиной  каждый, то, в соответствии с геометрическими пропорциями имеем:

м,

Итак, сделаем вывод: для программистского офиса длиной 6,12 метров и шириной 4,29 метра необходимо установить 6 светильников в 2 ряда по 3 люминесцентных лампы ЛБ40-1 каждый, при этом расстояние между рядами должно быть равно 2,57 метра. Расстояние от стен помещения до крайних светильников должно быть равно 0,86 метра, а расстояние между светильниками в каждом из рядов - 0,4 метра (см. рис. 6.5).

Рис. 6.5. Схема расположения светильников на рабочем месте.

6.4 Ртутьсодержащие отходы потребления и их утилизация

Ртутные лампы представляют собой газоразрядные источники света, принцип действия которых заключается в следующем: под воздействием электрического поля в парах ртути, закачанной в герметичную стеклянную трубку, возникает электрический разряд, сопровождающийся ультрафиолетовым излучением. Нанесённый на внутреннюю поверхность люминофор преобразует ультрафиолетовое излучение в видимый свет.

Ртуть - вещество первого класса опасности. Одна разбитая лампа, содержащая ртуть в количестве 0,1 г. делает непригодным для дыхания воздух в помещении объёмом 5000 м³.

Ртуть оказывает негативное влияние на нервную систему организма человека, вызывая эмоциональную неустойчивость, повышенную утомляемость, снижение памяти, нарушение сна. Не редко наблюдаются боли в конечностях (ртутные полиневриты). Кроме того, жидкий металл, оказывает токсическое действие на эндокринные железы, на зрительный анализатор, на сердечно - сосудистую систему, органы пищеварения.

В соответствии с Федеральным законом от 23.11.2009г №261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты РФ», постановлением Правительства от 03.09.2010г. №681 утверждены «Правила обращения с отходами производства и потребления в части осветительных устройств, электрических ламп, ненадлежащий сбор, накопление, обезвреживание, транспортирование и размещение которых может повлечь причинение вреда жизни, здоровью граждан, вреда животным, растениям и окружающей среде»

Правилами определен порядок сбора и накопления, транспортировки и обезвреживания отработанных ртутьсодержащих ламп. Юридические лица, индивидуальные предприниматели, в том числе осуществляющие управление многоквартирными домами, в соответствии с указанными правилами и требованиями СанПиН 2.1.7.1322-03 «Гигиенические требования к размещению и обезвреживанию отходов производства и потребления» обеспечивают условия для сбора и временного хранения отработанных ртутьсодержащих ламп, разрабатывают инструкцию по обращению с ртутьсодержащими отходами применительно к конкретным условиям и назначают ответственных лиц. Органы местного самоуправления организуют сбор отработанных ртутьсодержащих ламп и информируют юридических лиц, ИП, физических лиц о порядке осуществления такого сбора.

Прием, транспортировку и утилизацию отработанных ртутьсодержащих ламп осуществляют специализированные организации. Для транспортировки и дальнейшей утилизации ртутьсодержащих отходов юридические лица, индивидуальные предприниматели заключают договор со специализированными организациями, имеющими лицензию.

При работе с металлической ртутью или приборами с ртутным заполнением следует строго руководствоваться требованиями СанПиН 4607-88 от 04.04.1988г «Санитарные правила при работе с ртутью, ее соединениями и приборами с ртутным заполнением».

В целях обеспечения безопасности здоровья и жизни, работающих на предприятиях, населения необходимо строго соблюдать требования санитарного законодательства по обращению с ртутьсодержащими отходами.

На каждом предприятии и в организации условия сбора и накопления отходов определяются классом опасности, способом упаковки и отражаются в Техническом регламенте (проекте лимитов образования отходов, ТУ, инструкции) с учетом агрегатного состояния и надежности тары.

Ртутьсодержащие отходы (1 класс опасности) без повреждения ртутной системы (целостности стеклянной колбы) разрешается временно хранить в отдельном помещении (кладовой) в заводской таре. Битые ртутьсодержащие лампы должны храниться исключительно в специальной герметичной емкости с крышкой (контейнеры, бочки др.).

При нарушении условий сбора, временного хранения, транспортировки и утилизации (см. рис. 6.6) ртутьсодержащих отходов возможно возникновение как острых, так и хронических отравлений парами ртути работников предприятий (см. табл. 6.6).

Кроме того, возможно ртутное загрязнение помещений, территории, воздуха, почвы, воды (среды обитания человека). Ртутьсодержащие лампы представляют собой опасность с позиции локального загрязнения среды обитания ртутью.

Рис. 6.6. Схема утилизации ртутьсодержащих ламп

При разбивании ртутной лампы, содержащей 80 мг металла, образуется свыше 11 тыс. шариков с общей суммарной поверхностью 3,5 см² . Этого количества ртути достаточно чтобы загрязнить до уровня ПДК помещение объемом 300000 м³ . Значительное количество ртути попадает в среду обитания при выбрасывании вышедших из строя ртутных термометров.

Таблица 6.6 Предельно допустимые уровни загрязненности ртутью и ее парами

место	ПДК, мг/м3
населенный пункт (среднесуточная)	0,0003
жилое помещение (среднесуточная)	0,0003
воздух рабочей зоны (макс. разовая)	0,01
воздух рабочей зоны (среднесменная)	0,005

Соблюдение установленных требований при обращении с ртутьсодержащими отходами как со стороны юридических лиц и индивидуальных предпринимателей, так и со стороны населения в значительной степени способствует снижению загрязнения окружающей среды и в конечном итоге сохранению здоровья граждан.

.5 Характеристики ламп

В табл. 6.7 приведена сравнительная характеристика разных видов ламп.

Таблица 6.7 Сравнительная характеристика разных видов ламп

Источник излучения		Световая отдача (эконом.) Лм/Вт	Цветопередача, Ra	Срок службы, час	Размеры	ПРА	Падение светового потока	Примечание
лампы накаливания		10	98	1000	небольшие	нет	сохранение светового потомка на протяжении всего срока службы	низкая стоимость, большое тепловое излучение
галогенные		13	99	2000	компактны, миниатюрны	трансформатор		Большое тепловое излучение
ртутные лампы низкого давления	Т8	70	70	10000	относительно большие	требует	20%	требуют утилизации
	LUMILUX и Super 80	80	85	19000			10%
	Т5	100	90	20000	диаметр трубки 16 мм	только ЭПРА
	КЛЛ	50	80	10000	относительно небольшие	не/ интегрированное
ртутные лампы высокого давления (ДРЛ)			50	12000	средние	требует	30%	большое время перезапуска
натриевые лампы (ДНаТ)		120	25	20000	свет создается в пространстве размером с монету, что позволяет макс. его исп.		40%
металлогалогенные лампы		80	85	10000				не требует утилизации
полупроводниковые источники света (LED)			80	50000	возможно создание миниатюрных источников света		25%
индукционные лампы				100000	средние		15%

Заключение

. В ходе выполнения работы была разработана математическая модель диска с изгибающими нагрузками, описываемая ОДУ четвертого порядка, сформулированы прочностные ограничения.

. Решена поставленная задача по разработке алгоритма метода чувствительности применительно к ОДУ четвертого порядка.

. Решена задача оптимизации формы осесимметричного диска с изгибающими нагрузками методом чувствительности, что позволило сократить время расчета в задаче оптимального проектирования.

. Решена задача оптимизации диска методом чувствительности с введением дополнительных ограничений на максимальную (или минимальную) толщину диска, а так же с ограничением на размеры ступицы и замкового соединения.

. Реализованы алгоритмы метода проекции градиента, метода конечных элементов и метода начальных параметров.

. Написана программа, использующая метод чувствительности для оптимизации диска. Результаты разработанного алгоритма подтверждены вычислительным экспериментом, в ходе которого построены графики оптимальных дисков при разных изгибающих нагрузках.

Список литературы

1.    Феодосьев В.И. Сопротивление материалов - Москва: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 1999. - 406-421 с.

2.      Демьянушко И.В., Биргер И.А. Расчет на прочность вращающихся дисков - Москва: Машиностроение, 1978. - 247с.

.        Ольхофф Н. Оптимальное проектирование конструкций - Москва: Мир 1981. - 277с.

4.    Темис Ю.М., Троицкий А.В. Оптимальное проектирование диска турбины - Вестник МГТУ им Баумана. Естественные науки. - 2004 №2 , 23-37 с.

5.      Троицкий А.В. Математические модели и методы анализа чувствительности в задачах оптимизации конструкций роторов: Дис. … канд. тех. наук. М. 2006, 4-52 с.

6.    Хог Э., Арора Я. Прикладное оптимальное проектирование - Москва: Мир, 1983. - 479с.

7.      Биргер И.А. Стержни, пластинки, оболочки. - Москва: Физматлит, 1992. - 392с.

.        Биргер И.А. Прочность, устойчивость, колебания, Том 2 - Москва: Машиностроение, 1968. - 464 с.

.        Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике - Москва: Мир, 1975. - 541с.

10.  Биргер И.А. Мавлютов Р.Р. Сопротивление материалов - М.: Наука, 1986. - 560 с.

11.    Биргер И.А. Расчет на прочность деталей машин - М. Машиностроение, 1993. -639с.

.        Бояршинов С.В. Основы строительной механики машин - М. Машиностроение, 1973. - 200 -207с., 225-228с.

13.  Ильин В.П., Карпов В.В., Масленников А.М. Численные методы решения задач строительной механики - Минск: Вышэйшая школа, 1990, 81-83с.

.      С.В. Смирнов, В.В. Степанов, Г.А. Лилейкина и др., Выполнение организационно-экономической части дипломных проектов исследовательского профиля - М: МВТУ,1988. - 12 с.

15.    Скворцов Ю.В., Организационно-экономические вопросы в проектировании: Учеб. пособие. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Студент, 2012. - 15 с.

16.  Смирнов С.Г., Баланцев С.К., Расчет искусственного освещения - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1976. - 23 с.

17.    Пышкина Э.П., Баланцев С.К. Типовые задания по разделу "охрана труда" в дипломных проектах - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1976. - 31 с.

.        Переездчиков И.В., Анализ опасностей промышленных систем человек-машина-среда и основы защиты. - М.: КНОРУС, 2011. - 784 с.