Разработка метода защиты сайтов от сканирования и хаотичных интенсивных запросов

Просмотр и последующее тестирование написанного кода являются одним из важнейших этапов разработки php-скриптов. Данный этап разработчики, занимающиеся программированием для Web, нередко упускают. Дело в том, что очень просто можно два или три раза запустить написанный скрипт и отметить, что он работает нормально. В то же время это является распространенной ошибкой. Ведь созданный скрипт необходимо подвергнуть тщательному анализу или же тестированию.

Главным отличием разрабатываемых php-скриптов от прикладных программ является то, что с Web-приложениями будет работать чрезвычайно широкий круг людей. В подобной ситуации не следует рассчитывать на то, что пользователи будут в совершенстве разбираться в использовании различных Web-приложений. Пользователей нельзя снабдить огромным руководством или же кратким справочником. Именно поэтому разрабатываемые Web-приложения обязательно должны быть не только самодокументируемыми, но и самоочевидными. При внедрении разработанного php-скрипта необходимо учесть всевозможные способы его использования, а также протестировать его поведение в различных ситуациях.

Опытному пользователю или программисту нередко сложно понять проблемы, которые возникают у неискушенных пользователей. Одним из способов решения проблемы будет найти тестеров, которые и будут представлять действия типовых пользователей.

В прошлом использовался следующий подход - сначала на рынок выпускалась бета-версия разработанного Web-приложения. После того, как большинство ошибок, предположительно, было исправлено, данное приложение публиковали для небольшого количества пользователей, которые, соответственно, создадут небольшую интенсивность входящего трафика. После проведения такого рода теста разработчики получают массу различных комбинаций данных и вариантов использования разработанной системы, о которых ее разработчики даже и не догадывались [13, стр. 394].

Созданный php-скрипт должен делать именно то, для чего, собственно говоря, он и был создан. Применительно к разработанному и созданному в данной работе php-скрипту можно сказать так: если пользователь сможет отправить за определенный промежуток времени (по умолчанию 15 секунд) больше заданного количества запросов (по умолчанию - 3 запроса) к страницам сайта и скрипт не заблокирует его IP-адрес, значит, в работу написанного Web-приложения закралась ошибка.

В целом, тестирование представляет собой деятельность, которая направлена на выявление подобного рода несоответствий, существующих между ожидаемым поведением написанного php-скрипта и действительным его поведением. За счет выявления несоответствия в поведении скрипта, а также его некорректного поведения еще во время разработки, у разработчика есть возможность существенно снизить вероятность того, что с такого рода поведением скрипта столкнется и пользователь.

Проводить тестирование программы (в нашем случае, написанного php-скрипта) можно как вручную, так и при помощи специализированных онлайн-сервисов.

4.1 Тестирование вручную

При тестировании написанного php-скрипта вручную, нам необходимо проверить выполняет ли скрипт возложенные на него задачи. В частности, ограничивает ли количество запросов к страницам сайта, исходящим от одного и того же пользователя, в случае, если их частота превышает допустимый предел в определенный промежуток времени.

Для проверки работоспособности скрипта нам, прежде всего, необходимо внедрить его в код сайта. Для этого можно воспользоваться такой языковой конструкцией:

include "block/index.php";

При таком включении скрипт должен быть расположен в папке block. Следует учесть, что в случае, если система управления содержимым сайта использует для страниц создание, так называемых Friendly URL, т.е. веб-адресов, которые удобны для восприятия человеком (в данном случае имеется ввиду создание каких-либо многоуровневых структур, например, /news/sport/2003/10/), или же загружает страницы с адресом отличным от корня папки (например, /news/sport.php), возникнет необходимость правильного указания адреса к скрипту. В подобной ситуации вполне может быть указан абсолютный путь к скрипту.

Само по себе тестирование написанного php-скрипта будет заключаться в отправке запросов к страницам сайта. В процессе тестирования нам нужно проверить: пропускает ли созданный скрипт заданное максимальное количество запросов (по умолчанию - 3 запроса) в определенный промежуток времени (по умолчанию - 15 секунд).

Прежде всего, нам необходимо проверить как скрипт справляется со своей основной функцией, т.е. непосредственной блокировкой интенсивных запросов на страницы сайта, исходящих от одного и того же пользователя.

Проверка количества запросов, которые могут быть отправлены к страницам сайта, показала, что на протяжении отведенных пятнадцати секунд отправить к страницам сайта более трех запросов нет возможности. В частности, если пользователь отправляет больше трех запросов, то получает сообщение о временной блокировке, приведенное на рисунке 4.1.



Рисунок 4.1 - Сообщение о временной блокировке

Таким образом, тестирование показало, что скрипт работает именно так, как предполагалось: блокирует пользователя на определенное время (по умолчанию - на одну минуту) в случае, если в определенный интервал времени количество запросов от одного пользователя превышает заданный показатель (по умолчанию - 3 запроса).

Следующим этапом тестирования будет проверка, работоспособности отдельных функций написанного php-скрипта. В частности, нужно проверить, как будет работать скрипт если IP-адрес тестирующего пользователя будет добавлен в список «всегда разрешенных IP-адресов». Также нужно проверить, как будет вести себя скрипт, если IP-адрес тестирующего пользователя будет добавлен в список «всегда запрещенных IP-адресов».

После добавления IP-адреса тестирующего пользователя в список «всегда разрешенных IP-адресов» ограничение на количество отправляемых к страницам сайта запросов оказалось снятым, и переходить по ссылкам (или обновлять страницу) можно было неограниченное количество раз. Иначе говоря, функция, которую должен выполнять список «всегда разрешенных IP-адресов» правильно работает.

После добавления IP-адреса тестирующего пользователя в список «всегда запрещенных IP-адресов» отправить хотя бы один запрос к странице сайта не удалось. Вместо содержимого веб-ресурса в браузере появляется сообщение о блокировке, приведенное на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 - Сообщение о блокировке

Другими словами, функция, которую должен выполнять список «всегда запрещенных IP-адресов» работает правильно. Данная функция полностью блокирует пользователя, IP-адрес которого внесен в список «всегда запрещенных IP-адресов».

Таким образом, функции разграничения доступа, которые реализованы при помощи наличия списка «всегда разрешенных IP-адресов», а также наличия списка «всегда запрещенных IP-адресов» работают верно и скрипт ведет себя именно так, как изначально предполагалось. Иначе говоря, скрипт предоставляет неограниченный доступ к страницам сайта для тех пользователей, IP-адреса которых внесены в список «всегда разрешенных IP-адресов» и полностью запрещает доступ тем пользователям, чьи IP-адреса обнаруживаются в списке «всегда запрещенных IP-адресов».

Тестирование написанного php-скрипта вручную показало, что все функции скрипта, а значит и сам скрипт, работают правильно, т.е. именно так как изначально задумано.

4.2 Тестирование при помощи онлайн-сервисов

Тестирование написанного php-скрипта, при помощи онлайн-сервисов, даст возможность узнать, точное количество трафика необходимого для загрузки страниц сайта, а также поможет точно установить «пропускную способность» написанного php-скрипта для запросов, которые будут отправляться различными автоматическими сервисами или же программами. Последний параметр очень важен, ведь одной из задач скрипта является защита сайта от сканирования при помощи программ-краулеров.

Такого рода тестирование не только поможет сделать вывод об необходимом количестве трафика и процессорного времени, но и о том, доступна ли будет информация представленная на сайте для программных средств, запрашивающих страницы в автоматическом режиме.

Для начала оценим среднее время загрузки страниц сайта, при разных скоростях соединения. Также оценим и размер загружаемых пользователем страниц. Для проведения такого рода тестирования воспользуемся онлайн-сервисом, расположенным по адресу http://analyze.websiteoptimization.com.

Размеры загружаемых страниц, определенные сервисом, приведены на рисунке 4.3.



Рисунок 4.3 - Размер загружаемых страниц

Из данной таблицы видно что, размер страницы составляет 3824 байта, она загрузиться за 0,96 секунды (при скорости соединения 56 К) или за 0,22 секунды (при скорости соединения пользователя 1,44 Mbps).

Скорость загрузки страниц при разной скорости соединения пользователя приведена на рисунке 4.4.



Рисунок 4.4 - Среднее время загрузки страниц

Как видно из приведенной на рисунке информации, даже при самой низкой скорости соединения (14,4 К) страница сайта грузится довольно быстро - за 13,60 секунд. В то же время, если скорость соединения пользователя довольно высока (в частности, 1,44 Mbps), то страница будет загружена буквально моментально (за 0,89 секунды).

Отметим, что низкая скорость загрузки на данном ресурсе корректируется на коэффициент потери пакетов (этот коэффициент равен 0,7). Также учитывается и время задержки равное в среднем 0,2 секунды на загрузку одной страницы. Именно эти параметры и объясняют, почему существенный рост скорости соединения не приводит к столь же существенному сокращению времени загрузки страницы.

Отметим, что данный сервис кроме оценки основных параметров загрузки страниц сайта также предоставляет общие результаты анализа сайта и, конечно же, рекомендации направленные на улучшение всех параметров загрузки страниц сайта.

Результаты анализа и рекомендации сервиса приведены на рисунке 4.5.

Рисунок 4.5 - Результаты анализа и рекомендации

Как видно из рисунка, все показатели тестируемого сайта по всем анализируемым параметрам находятся в пределах нормы. В частности, сервис констатирует, что количество страниц сайта, объектов на них, а также размеры этих страниц и объектов находятся в допустимых пределах. Исходя из полученных данных оптимизация тестируемому сайту не требуется, ведь сайт соответствует нормам по всем анализируемым параметрам.

Иначе говоря, объемы загружаемой с сайта информации (или страниц сайта) довольно малы и позволяют экономить ресурсы как веб-сервера, так и пользователя. Т.е. разработанный скрипт не нагружает сайт и, фактически, его присутствие не заметно. Что подчеркивает проведенное тестирование.

Проверку скорости загрузки страниц сайта, а также их доступности для других скриптов можно выполнить при помощи такого онлайн-сервиса.

Результат теста, сделанного при помощи данного онлайн-сервиса, приведен на рисунке 4.6.

Рисунок 4.6 - Проверка скорости загрузки сайта и его доступности

Как видно, из полученных данных при средней скорости загрузки 9,34 Кб/сек, время загрузки страницы составляет 0,4 секунды. В то же время при средней скорости 7,05 Кб/сек, время загрузки страницы составляет уже 0,53 секунды. В то же время, тестирование показало, что разработанный в данной работе скрипт блокирует больше трех запросов к страницам сайта, исходящих от одного IP-адреса и тем самым снижает излишнюю нагрузку и весьма усложняет попытки или вовсе делает невозможным подбор пароля к сайту.

4.3 Результаты тестирования php-скрипта, внедренного в сайт

Проведенные тесты показали, что разработанный php-скрипт отлично справляется с изначально возложенными на него функциями по защите сайта от сканирования, а также от хаотичных интенсивных запросов и попыток брутфорса, исходящих от одного пользователя.

В частности, тестирование сайта вручную показало, что скрипт блокирует запросы к страницам сайта, исходящие с одного IP-адреса, в случае, если количество этих запросов в заданный интервал времени превышает заранее отведенный лимит.

Кроме того, данное тестирование показало, что все функции скрипта работают отлично, в частности функции по работе со списками «всегда разрешенных IP-адресов» и «всегда запрещенных IP-адресов».

Иначе говоря, разработанный скрипт предоставляет неограниченный доступ ко всем страницам сайта для тех пользователей, IP-адреса которых внесены в список «всегда разрешенных IP-адресов» и полностью запрещает доступ тем пользователям, чьи IP-адреса обнаруживаются в списке «всегда запрещенных IP-адресов».

Тестирование сайта, в который внедрен разработанный php-скрипт, показало, что все показатели тестируемого сайта по всем анализируемым параметрам находятся в пределах нормы. В частности, сервис констатирует, что количество страниц сайта, объектов на них, а также размеры этих страниц и объектов находятся в допустимых пределах. Исходя из полученных данных оптимизация тестируемому сайту не требуется, ведь сайт соответствует нормам по всем анализируемым параметрам.

Иначе говоря, объемы загружаемой с сайта информации (или страниц сайта) довольно малы и позволяют экономить ресурсы как веб-сервера, так и пользователя.

Кроме того, тестирование сайта при помощи онлайн-сервиса, расположенного по адресу http://www.pr-cy.ru, показало, что скорость загрузки страниц тестируемого сайта довольно высока. Также, скрипт заблокировал проведение тестирования сайта, когда количество запросов отправленных с IP-адреса данного онлайн-сервиса превысило допустимый в разработанном скрипте предел (максимальное количество запросов с одного IP-адреса, установленное в скрипте, равно трем запросам за 15 секунд).

Другими словами, защита сайта от сканирования и хаотичных интенсивных запросов работает именно так, как и предусматривалось изначально. Другими словами, если количество запросов, исходящих с одного IP-адреса (в случае, если IP-адрес пользователя не находится в списке «всегда разрешенных IP-адресов» или же в списке «всегда запрещенных IP-адресов»), превышает допустимый лимит в определенный интервал времени, то IP-адрес пользователя будет временно заблокирован вне зависимости от того, отправлялись запросы при помощи браузера, программы и использовался ли при отправке запросов прокси-сервер (для маскировки реального IP-адреса пользователя).

5 Экономическая часть

На сегодняшний день достаточно отчетливо ясно, что для конкурентоспособности сайтов необходимо, помимо различных экономических расчетов и обоснований, планомерных действий со стороны управленческого аппарата, тщательного стратегического планирования, осуществлять и непосредственную защиту данных ресурсов. Поэтому защите сайта на сегодняшний день в особой рекламе не нуждается. Конечно же, средств защиты сайта существует довольно много, но не все они могут быть использованы по причине их сложности или же дороговизне. В целом, решение о выбираемых конкретных способах и, соответственно, возможностях защиты сайта принимается его владельцем или же специалистом по защите информации. В любой случае, человек, принимающий решение относительно защиты сайта должен уметь обосновать технические возможности каждого из предлагаемых вариантов. Однако не следует забывать, что любой способ защиты несет определенные затраты, которые отражаются в соответствующих отчетных документах и являются составляющей частью себестоимости предоставляемых услуг.

5.1 Разработка сетевой модели решения поставленной задачи, составление календарного плана-графика выполнения работ

Работы необходимые для решения поставленной задачи:

1-2) Постановка технического задания.

2-3) Установка и настройка рабочего места и программного обеспечения.

3-4) Анализ методов решения задачи.

4-5) Выбор наиболее эффективного метода защиты сайта от сканирования и хаотичных интенсивных запросов.

5-6) Уточнение и доработка выбранного метода защиты сайта от сканирования и хаотичных интенсивных запросов.

6-7) Написание php-скрипта.

7-8) Отладка написанного php-скрипта.

8-9) Составление технической документации, распечатка.

События:

1) Поступил заказ на разработку метода защиты сайта от сканирования и хаотичных интенсивных запросов.

2) Завершен анализ цели проектирования.

3) Закончена установка и настройка рабочего места и программного обеспечения.

4) Закончен обзор методов решения задачи.

5) Закончен выбор наиболее эффективного метода защиты сайта от сканирования и хаотичных интенсивных запросов.

6) Закончены уточнения и доработки выбранного метода защиты сайта от сканирования и хаотичных интенсивных запросов.

7) Закончено написание php-скрипта.

8) Закончена отладка php-скрипта.

9) Составлена техническая документация.

Календарный план-график выполняемых работ приведен в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Календарный план-график выполняемых работ

Сроки выполнения работ	Шифр работы	Наименование работы	Tmin (дни)	Tнв (дни)	Tmax (дни)	Tож (дни)	Категория исполнителя	Начисленная ЗП, руб
04.03.10- 09.03.10	1-2	Постановка технического задания	4	5	6	5	Системный аналитик	10000
10.03.10-13.03.10	2-3	Установка и настройка рабочего места и программного обеспечения	2	4	6	4	Системный администратор	6000
14.03.10-24.03.10	3-4	Анализ методов решения задачи	8	11	14	11	Системный аналитик	22000
25.03.10-31.03.10	4-5	Выбор наиболее эффективного метода защиты сайта от сканирования и хаотичных интенсивных запросов	5	7	9	7	Программист	10500
1.04.10-10.04.10	5-6	Уточнение и доработка выбранного метода защиты сайта от сканирования и хаотичных интенсивных запросов	6	10	14	10	Программист	15000
11.04.10-27.04.10	6-7	Написание php-скрипта	15	17	19	17	Программист	25500
28.04.10- 08.05.10	7-8	Отладка написанного php-скрипта	6	10	14	10	Программист	15000
09.05.10- 15.05.10	8-9	Составление технической документации, распечатка	5	7	9	7	Консультант-аналитик в области ИБ	10500

На рисунке 5.1 построим сетевой график.

Рисунок 5.1 - Сетевой график

Рассчитаем критический путь (t(кр)):

L12345678 = 5 + 4 + 11 + 7 + 10 + 17 + 10 + 7= 71 день

5.2 Расчет затрат на создание скрипта для защиты сайта от сканирования и хаотичных интенсивных запросов

В связи с тем, что все работы, производимые в ходе разработок по своему составу и степени законченности можно отнести к ПБУ «Учет расходов на научно-исследовательские, опытно-конструкторские и технологические работы», рассмотрим состав затрат согласно этому положению.

Согласно данному положению к расходам по научно-исследовательским, опытно-конструкторским и технологическим работам относятся все фактические расходы, связанные с выполнением указанных работ. В состав расходов при выполнении научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ включаются:

- стоимость материально-производственных запасов и услуг сторонних организаций и лиц, используемых при выполнении указанных работ;

- затраты на заработную плату и другие выплаты работникам, непосредственно занятым при выполнении указанных работ по трудовому договору;

- страховые взносы в Пенсионный фонд РФ, Фонд социального страхования РФ, Федеральный фонд обязательного медицинского страхования и территориальные фонды обязательного медицинского страхования, стоимость спецоборудования и специальной оснастки, предназначенных для использования в качестве объектов испытаний и исследований;

- амортизация объектов основных средств и нематериальных активов, используемых при выполнении указанных работ;

- затраты на содержание и эксплуатацию научно-исследовательского оборудования, установок и сооружений, других объектов основных средств и иного имущества;

- общехозяйственные расходы, в случае если они непосредственно связаны с выполнением данных работ;

- прочие расходы, непосредственно связанные с выполнением научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ, включая расходы по проведению испытаний.

1) Стоимость материально-производственных запасов и услуг сторонних организаций и лиц, используемых при выполнении указанных работ.

К данной статье принадлежат расходы на доступ в сеть Интернет с помощью сторонних организаций, а именно, Интернет-провайдера «Net-by-net». Первоначальная стоимость подключения составляет 2000 рублей, а ежемесячный взнос за услуги провайдера - 500 рублей.

Сумма расходов по данной статье на срок 2 месяца составит:

2000 + 2 • 500 = 3000 рублей.

2) Затраты на заработную плату и другие выплаты работникам, непосредственно занятым при выполнении указанных работ по трудовому договору.

Для расчёта затрат по данной статье нам необходимо воспользоваться сетевым графиком приведенным на рисунке 5.1.

В таблице 5.2 приведены сотрудники, которые задействованы в разработке php-скрипта для защиты сайта от сканирования и интенсивных хаотичных запросов.

Таблица 5.2 - Сотрудники предприятия

Исполнитель	Количество дней, дн.	Зарплата в месяц, руб.	Зарплата, руб.
Системный аналитик	16	40000	32000
Системный администратор	4	30000	6000
Программист	44	30000	66000
Консультант-аналитик в области ИБ	7	30000	10500
Итого			114500

Таким образом, затраты на заработную плату сотрудникам составят 114500 рублей.

3) Страховые взносы в Пенсионный фонд РФ, Фонд социального страхования РФ, Федеральный фонд обязательного медицинского страхования и территориальные фонды обязательного медицинского страхования.

В 2010 согласно закону «О страховых взносах в Пенсионный фонд РФ, Фонд социального страхования РФ, Федеральный фонд обязательного медицинского страхования и территориальные фонды обязательного медицинского страхования» ставка страховых взносов устанавливается в размере 26%, из них 20% идут Пенсионный фонд, 2,9% - в Фонд соцстрахования, 3,1% - в фонды обязательного медицинского страхования.

Расчет страховых взносов приведен в таблице 5.3.

Таблица 5.3 - Расчет страховых взносов

Исполнитель	Зарплата, руб.	Процентная ставка, %	Страховой взнос, руб.
Системный аналитик	32000	26	8320
Системный администратор	6000	26	1560
Программист	66000	26	17160
Консультант-аналитик в области ИБ	10500	26	2730
Итого			29770

Таким образом, общая сумма страховых взносов составит 29770 рублей.

4) Стоимость специального оборудования и специальной оснастки.

В таблицу 5.4 внесем список оборудования необходимого для выполнения задач по разработке методов защиты сайта от сканирования, а также от хаотичных интенсивных запросов.

Таблица 5.4 - Необходимое оборудование

Оборудование	Количество	Стоимость, руб.
Компьютер	2	16000
Принтер	1	8000
Итого		40000

Стоимость оборудования составит 40000 рублей.

В качестве специальной оснастки в данном случае будет выступать программное обеспечение.

Все установленное программное обеспечение является полностью бесплатным, или свободно предоставленным разработчиками на ограниченный срок.

5) Амортизация объектов основных средств и нематериальных активов, используемых при выполнении указанных работ.

Амортизация - в широком смысле - бухгалтерская и налоговая концепции, используемые для оценки потери величины стоимости активов с течением времени.

Амортизация объектов основных средств:

Принтер. Первоначальная стоимость: 8000 руб.

Полный срок его полезного использования (4 года) - это 48 месяцев. Учитывая относительно медленный темп устаревания, но достаточно интенсивную эксплуатацию, установлен срок эксплуатации в 4 года и выбран линейный метод начисления амортизации.

Ежемесячную норму амортизации определяем так (п. 4 ст. 259 НК РФ):

Компьютер. Первоначальная стоимость: 16000 руб.

Полный срок его полезного использования (3 года) - это 36 месяцев.

Так как будут использоваться 2 компьютера, ежемесячные амортизационные отчисления утроятся, т.е.:



Полные амортизационные отчисления в период выполнения работ (2 месяца) составят:

6) Затраты на содержание и эксплуатацию научно-исследовательского оборудования, установок и сооружений, других объектов основных средств и иного имущества.

Затрат по данной категории не требуется.

7) Общехозяйственные расходы, в случае если они непосредственно связаны с выполнением данных работ.

К данным расходам относятся расходы на аренду помещений, электроэнергию, коммунальные услуги.

При ставке Мосэнергосбыт 3,45 руб. за 1 кВт/час и ежемесячном потреблении электроэнергии порядка 180 кВт/час, затраты за 2 месяца составят:

Аренда помещения площадью 20 м2 сроком на 2 месяца при стоимости 11000 рублей за квадратный метр в год включая коммунальные услуги (кроме электричества) составит:

Общие расходы составят:

2004 + 59166 = 61170 руб.

8) Прочие расходы, непосредственно связанные с выполнением научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ, включая расходы по проведению испытаний.

К данным расходам отнесем расходы на покупку носителей информации:

- бумага для принтера формата А4 (500 листов) - 180 руб.

- канцелярские принадлежности - 320 руб.

Прочие расходы составят - 500 руб.

9) Итог.

В таблице 5.5 подсчитаем общие затраты на защиту сайта от сканирования и хаотичных интенсивных запросов.

Таблица 5.5 - Общие затраты

Вид затрат	Стоимость (руб.)
1. Стоимость материально-производственных запасов и услуг сторонних организаций и лиц	3000
2. Затраты на заработную плату работникам	114500
3. Отчисления на социальные нужды	29770
4. Стоимость спец. оборудования и спец. оснастки	40000
5. Амортизация объектов основных средств и нематериальных активов	2112
6. Затраты на содержание и эксплуатацию научно-исследовательского оборудования	0
7. Общехозяйственные затраты	61170
8. Прочие расходы	500
Итого:	251052

Таким образом, общие затраты на защиту сайта от сканирования и хаотичных интенсивных запросов составят 251052 руб.

Списание расходов по научно-исследовательским, опытно-конструкторским и технологическим работам проводится один раз в год 1-го июня.

6 Охрана труда и окружающей среды

В процессе работы программист воздействует на орудия труда (компьютер, оргтехнику) в определенных условиях среды. В результате такого взаимодействия он может подвергаться воздействию различных факторов: механических, химических, термических и т.д.

Совокупность факторов, воздействующих на программиста в процессе труда, формируют условия труда (условия производственной среды).

Условия труда - это совокупность факторов производственной среды, оказывающих влияние на программиста, его работоспособность и здоровье.

Человек может переносить те или иные воздействия пока они не превысят определенного уровня и/или продолжительности.

Предельно допустимая величина (ПДВ) фактора - это такая минимальная (максимальная) величина при которой человек может работать ежедневно нормальную рабочую смену весь трудовой период до выхода на пенсию, при этом у него не возникает отклонение здоровья вызванного этим фактором. Значение ПДВ устанавливается государственным документами:

ГОСТ

Нормы

СН

СниП

СанПиН

В зависимости от количественных значений факторов условия труда подразделяют на четыре класса: оптимальные (I), допустимые (II), вредные (III) и опасные или экстремальные (IV). Для первых двух классов факторы не превышают ПДВ, т.е. условия труда являются безопасными. Для III класса факторы превышают ПДВ, возможно профессиональное заболевание. В случае IV класса риск профессионального заболевания очень высок.

Оценка класса условий труда производится на основе инструментальных измерений факторов производственной среды и сравнении их с ПДВ. Превышение допустимых значений является нарушением правил охраны труда и требует принятия мер по их снижению, либо доплат за риск.

6.1 Воздушная среда

Воздушную среду с точки зрения охраны труда и безопасности жизнедеятельности можно разделить на наружную, внутреннюю (производственную) и внутреннюю (жилую).

Наружная воздушная среда характеризуется метеорологическими факторами и вредными факторами загрязнения. К метеорологическим факторам относятся: температура, влажность, скорость движения воздуха и атмосферное давление.

Воздушную среду внутренней производственной среды иначе называют микроклиматом. Микроклимат оказывает влияние на теплообмен человека с окружающей его средой.

Микроклимат подразделяется на следующие группы параметров микроклимата: оптимальные, допустимые и недопустимые.

Оптимальные параметры - это условия, которые обеспечивают человеку наивысшую работоспособность, то есть человек испытывает состояние теплового комфорта, а система терморегуляции организма работает с наименьшей нагрузкой.

Допустимые параметры - условия, при которых работоспособность в течение дня может снижаться, может ощущаться дискомфорт, однако после отдыха работоспособность возвращается.

Недопустимые параметры - условия, вызывающие дискомфорт и заболевания.

При резком изменении микроклимата человеку нужно время адаптации. При длительном нахождении в условиях повышенной/пониженной температуры необходима акклиматизация.

Рассмотрим составляющие микроклимата производственной среды: температуру, влажность и скорость движения воздуха.

Оптимальные значения температуры: t = +17°...+23°С.

Допустимые значения температуры: от +12°...+18°С до +24°...+28°С. При повышении температуры выше, чем +30°С может привести к перегреву и тепловому удару. Если же температура снижается ниже +12°С следует переохлаждение организма.

Оптимальные значения относительной влажности: 40%...60%.

Допустимые значения относительной влажности: 60%...75%.

При превышении относительной влажностью значения 80% затрудняется испарение влаги с поверхности тела, что приводит к перегреву и тепловому удару. При снижении значения относительной влажности ниже 20% испарение будет происходить интенсивно, что приводит к переохлаждению организма.

Скорость движения воздуха ощущается человеком в том случае, если она выше 0,1 м/с.

Эффективный отвод тепла с поверхности тела человека обеспечиваемся при: оптимальных значениях: 0,2...0,3 м/с;

допустимых значениях: 0,3...0,5 м/с.

При скорости движения воздуха свыше 0,7 м/с происходит чрезмерный отвод тепла с поверхности тела человека, что приводит к охлаждению и переохлаждению. Для оценки состояния человека используются понятия: эффективная температура, учитывающая влияние на человека температуры и относительной влажности, и эффективно-эквивалентная температура, учитывающая влияние температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха.

Нормирование параметров микроклимата происходит в соответствии со следующими разделами, входящими в состав ГОСТ 12.1.005.88*: Система стандартов безопасности труда (ССБТ); Система стандартов охраны природы (ССОП); Безопасность в чрезвычайных ситуациях (БЧС).

ГОСТ 12.1.005.88* устанавливает оптимальные и допустимые параметры микроклимата, принципы нормирования, значения параметров микроклимата с учетом времени года и категории работ. ГОСТ 12.1.005.88* различает два периода года: теплый (среднесуточная температура выше +10°С) и холодный (среднесуточная температура ниже +10°С).

Следует сказать несколько слов о чистоте воздушной среды и вредных веществах, образующихся в воздушной среде в результате хозяйственной деятельности человека, таких как газы, пыль и т. п.

Вредными веществами называют вещества, вызывающие несчастные случаи и профессиональные заболевания при контакте с человеком (такие как свинец, ртуть, углекислый газ, продукты горения (дым), хлор, аммиак, ацетон, лаки, краски и тому подобные вещества и газы).

Пыль имеет особенность оседать на поверхности и, под воздействием воздушных потоков, снова подниматься в воздух.

Чистый воздух имеет в своем составе: азот (78,08%), кислород (20,95%), углекислый газ (0,03%) и прочие газы (в том числе инертные).

Качественное значение для человека имеет кислород. При содержании в воздушной среде кислорода меньше 17% снижается работоспособность, если содержание меньше 12% возникает угроза для жизни и возможна потеря сознания. Содержание кислорода в воздухе менее 6% ведет к прекращению дыхания и смерти.

Реальный состав воздуха редко соответствует приведенному составу чистого воздуха.

Вредные вещества классифицируют по следующим признакам: агрегатному состоянию, характеру воздействия на человека, степени воздействия, направленности воздействия.

Контроль содержания вредных веществ в воздушной среде во внутренней производственной среде для веществ I класса вредности производится постоянно, для II, III, IV классов периодически (периодичность зависит от характера и объема вредных выделений). Для контроля применяют два основных метода: экспрессивный (простой и быстрый, но неточный) и лабораторный (высокоточный, но медленный).

Важным фактором в работе программиста является вентиляция. Вентиляция - это система мероприятий и устройств, обеспечивающих необходимый воздухообмен в помещении. В зависимости от способа перемещения воздуха вентиляция подразделяется на: естественную, механическую и комбинированную Интенсивность вентиляции характеризуется параметром, называющимся кратностью воздухообмена. Кратность воздухообмена есть отношение количества воздухообмена (м /час) к объему помещения (м^3 ).

Кратность воздухообмена показывает сколько раз в час происходит полная смена объемов воздуха в помещении.

Величина воздухообмена определяется в зависимости от характера вредных выделений, выделений избыточного тепла или избыточной влаги.

В случае вредных выделений воздухообмен вычисляется следующим образом:

,

где Кв - концентрация вредных веществ в рабочей зоне (м /час);

Кп - количество вредных веществ (мг/м );

Кп < 0,3 ПДК.

ПДК - предельно допустимая концентрация, устанавливается нормативными документами.

Рабочей зоной называется пространство помещений до 2 метров высотой над уровнем пола, где расположено рабочее место программиста.

Для случая избыточного тепла величина воздухообмена вычисляется следующим образом

,

где Qизб - избыточная теплота (Дж/сек);

Ср - удельная теплоемкость воздуха (Дж/кг * град);

р - плотность воздуха;

t - разность температур удаляемого и подаваемого воздуха.

Для случая избыточной влаги:

,

где G - количество избыточной влаги, выделяемой в воздушную среду (г/час);

Ау - абсолютная влажность удаляемого воздуха;

Ап - абсолютная влажность подаваемого воздуха.

Если в воздушную среду выделяется несколько вредных веществ однонаправленного действия, то величина воздухообмена определяется как сумма воздухообменов, необходимых для удаления этих веществ.

Если вещества имеют разнонаправленный характер, то общий воздухообмен будет считаться как максимальный необходимый для удаления максимально концентрированного вещества.

При естественной вентиляции воздухообмен обеспечиваемся за счет разности температур и гравитационного обмена наружного воздуха с внутренним. Преимущество естественной вентиляции в том, что она не требует технических устройств и ухищрений.

Естественная вентиляция подразделяется на неорганизованную (проветривание) и организованную (аэрация).

Механическая вентиляция обеспечивает подачу воздуха в помещения с помощью системы воздуховодов и вентиляторов. Существуют следующие виды механической вентиляции: приточная, вытяжная и комбинированная.

К системам вентиляции предъявляются следующие требования:

1. Количество удаляемого воздуха должно соответствовать количеству подаваемого;

2. Если в одном из смежных помещений выделяются вредные вещества, то количество удаляемого воздуха должно быть больше подаваемого;

3. Если в производственном помещении на одного работающего приходится объем воздуха менее 20 м , то количество подаваемого воздуха должно быть не менее 30 м /час на одно рабочее место. Если объем более 20 м , то количество подаваемого воздуха на одно рабочее место должно быть не менее 20 м3/час на человека;

4. Система вентиляции не должна превышать уровня шума допустимого нормативами значения;

5. Система вентиляции должна обладать следующими свойствами: надежностью, безопасностью и т.д.

6.2 Шум, инфразвук, ультразвук и вибрация

Шум - это сочетание звуков различной частоты и интенсивности, иначе звук не несущий информацию. С физической точки зрения - механическое колебание в пространстве (акустическом ноле).

Шум характеризуется звуковым давлением, интенсивностью, частотой и акустической мощностью. Интенсивность шума - это поток энергии, проходящий через единицу площади в единицу времени перпендикулярно направлению распространения. Наименьшее значение интенсивности и давления звука называют порогом слышимости. Напротив, самые большие значения интенсивности и звукового давления (без повреждений слуховых органов) принято называть болевым порогом.

Так как слух реагирует на среднеквадратическое изменение давления звука, то чаще используют понятие уровня звукового давления.

Допустимые значения уровня звукового давления лежат на интервале 0...80 дБ по логарифмической шкале L = 20 * lg (Р/Р0), где Р0 - это пороговое значение звукового давления, Р - наблюдаемое значение звукового давления.

Диапазон звуковых (слышимых человеку) частот лежит на интервале 20...20000 Гц. Выше и ниже этого диапазона частоты ультразвука и инфразвука соответственно.

Так как восприятие звука субъективно, вводится понятие громкости. Громкость измеряется в фонах. Фон - это разность уровня звуковой интенсивности в 10 дБ эталонного звука частотой 1000 Гц. Измерение громкости проводится при помощи аудиометра.

Шум классифицируется по источнику возникновения (механический, аэродинамический, гидродинамический и электромагнитный), по частоте, по спектру (широкополосный, тональный), по временным характеристикам (постоянный, непостоянный).

При проведении акустических расчетов используют понятие октавы. Октава - это удвоение частоты. Таким образом, весь диапазон звуковых частот разбивают на ряд октав (стандартный ряд: 31,5 Гц; 63 Гц; 125 Гц; 250 Гц; 500 Гц; 1 кГц и т.д.). Например, шум считается широкополосным, если его спектр шире одной октавы.

Степень воздействия шума на человека зависит от уровня, характера шума, продолжительности воздействия и индивидуальных особенностей человека. В определенных условиях шум может влиять на все органы человека. Неблагоприятное воздействие начинается при 50...60 дБ, особенно при умственной работе. При 70...80 дБ - начинается физиологическое воздействие (на сердечно сосудистую систему и т.д.). При 85...90 дБ -влияние на органы слуха вызывает снижение восприимчивости, а затем и «тугоухость». Влияние шума высокого уровня на нервную систему вызывает близорукость и дальтонизм. Более высокие уровни шума воздействуют на кору головного мозга, вызывают психические расстройства. Далее следует потеря слуха и вероятность возникновения несчастных случаев.

Нормирование шума состоит из гигиенического нормирования и технического нормирования. В производственных помещениях шум регулируется согласно ГОСТ 12.1.003.89*. На территории жилой застройки и в жилых помещениях ГОСТ 12.1.036.81*.

Принципиально существует два метода нормирования шума: нормирование по предельному спектру и нормирование по общему уровню.

В первом случае при нормировании ориентируются на предельный спектр. Предельным спектром (ПС) называется совокупность нормативных значений звукового давления в 8-октавной системе. Например: ПС-80, ПС-45 и т.д.

Во втором случае для ориентировочной оценки постоянных и непостоянных шумов применяют так называемый общий уровень, измеряемый в дБА, где А - это признак субъективности. Уровень в дБА (LА) привязан к предельному спектру следующим образом: LА = ПС + 5.

Далее приведена классификация методов и средств и защиты от шума:

1) Коллективные методы и средства, к ним относятся:

- организационные;

- строительно-архитектурные;

- технические, к ним относятся:

снижение в источнике распространения;

снижение на пути распространения, следующие методы:

- звукоизоляция;

- звукопоглощение;

- активный метод (использование антизвука);

2) Индивидуальные методы и средства.

Организационные методы направлены на снижение шума транспорта путем упорядочения транспортных потоков (т.е. уменьшения интенсивности движения в ночное время, использования обводных дорог и транспортных колец).

Строительно-архитектурные методы направлены на рациональную планировку территорий, удаление жилых зданий внутрь кварталов, планирование зеленых насаждений.

Техническая группа является самой многочисленной. Методы снижения шума в источнике зависят от природы шума. Так механический шум уменьшают повышением точности обработки деталей и узлов, заменой металлических элементов неметаллическими в системах передачи движения.

Аэродинамический шум снижают используя глушители. Электромагнитный - применением композитных материалов в трансформаторах, дросселях; применением ферромагнитных материалов.

Снижение шума на пути распространения осуществляется звукоизоляцией, звукопоглощением и активным методом.

Звукоизоляция - метод снижения шума, основанный на отражении звуковой волны от преград, установленных на пути распространения. Звукоизоляция осуществляется веществами высокой плотности и большой удельной массы, таких как кирпич, железобетон и т.п.

Коэффициент звукопроницаемости рассчитывается по следующей формуле:

? = I2помещения / I1помещения,

I2помещения - интенсивность шума в помещении, где находится источник шума

I1помещения - интенсивность шума в пустом помещении

Звукоизоляция рассчитывается следующим образом

,

Звукоизоляция на практике рассчитывается экспериментально следующим образом (при условии, что звуковая волна распространяется прямолинейно, без отражения):

,

где f - расчетная частота; Q - поверхностная плотность материала или вес одного квадратного метра данной толщины.

Звукоизоляция зависит от частоты. При повышении частоты увеличивается звукоизоляция. Увеличение массы в 2 раза ведет к увеличению звукоизоляции на 6 дБ.

Практически звукоизоляция применяется следующими способами:

- источник шума помещается в кожух;

- оператора помещают в изолирующую кабину;

- устанавливают звукоизолирующий экран.

Звукопоглощение - метод, основанный на снижении шума за счет потерь звуковой энергии в порах звукопоглощающего материала и переходе звуковой энергии в тепловую.

Для звукопоглощения применяются материалы, имеющие пористую структуру и обладающие небольшой массой.

Звукопоглощающие свойства определяются по следующей формуле:

где Е - энергия шума.

Ультразвук (УЗ) подразделяют на УЗ низкой частоты (до 100 кГц, распространяется воздушным и контактным путем) и УЗ высокой частоты (от 10 Гц до 10 Гц, распространение только контактным путем).

Ультразвук слабо поглощается в упругой среде и может распространяться на большие расстояния. Причем распространение может быть узконаправленным и иметь высокое звуковое давление.

Ультразвук оказывает влияние на вестибулярный аппарат, на сердечнососудистую систему и на нервные окончания.

Ультразвук регламентируется ГОСТ 10.1001-89*.

Методы защиты от ультразвука схожи с методами защиты от шума:

- снижение в источнике (увеличение рабочих частот);

- применение звукоизоляции и звукопоглощения;

- средства индивидуальной защиты (отдельно для органов слуха, отдельно для рук и ног).

Инфразвук определяется теми же параметрами, что и шум. Диапазон инфразвука лежит ниже 20 Гц. Основные источники инфразвука: двигатели, компрессором и т.д.

Особенность инфразвука в том, что он также как ультразвук может распространяться на большие расстояния и слабо поглощается в упругой среде. Воздействие на человека зависит от уровня, диапазона частот и времени воздействия. Инфразвук воздействуем на вестибулярный аппарат (иногда воспринимается как качка), па центральную нервную систему, вызывает чувство страха.

Опасный диапазон инфразвука 2... 15 Гц. Особо опасна частота 7 Гц. Для нее уровень в 150 дБ является смертельным для человека.

Нормирование инфразвука происходит в соответствии со СН-22-74-80.

Метод защиты от инфразвука только один: снижение в источнике. Под этим понимается: повышение быстроходности агрегата-источника инфразвука, повышение жесткости конструкции, балансировка и др.

Вибрация - это колебательный процесс, при периодическом смешении центра тяжести от положения равновесия при изменении формы.

Степень воздействия на человека зависит от уровня, вида вибрации и направления воздействия. По виду вибрация делится на:

- общую (сотрясение всего организма);

- локальную;

- комбинированную.

Источники вибрации делятся на три категории: транспортную, технологическую, комбинированную.

Общая вибрация может привести к вибрационной болезни, к смещению отдельных органов. Локальная вибрация может привести к спазмам сосудов, нарушению кровообращения. Диапазоны воздействия: f1=0,7.. 1,4 Гц; f2 = 6...9 Гц; f3 = 25...30 Гц. Нормирование вибрации осуществляется ГОСТ 12.1012-90*. Методы снижения вибрации:

1) Снижение в источнике посредством ликвидации возбуждающих сил. Балансировка отдельных узлов, повышение точности изготовления.

2) Отстройка от режима резонанса. Достигается рациональным выбором массы системы, режимов работы, повышением жесткости.

Вибродемпфирование осуществляется путем нанесения вязких покрытий (материалов), например различные мастики. Материалы такого плана делятся на две категории: жесткие (для высоких частот) и мягкие (для средних частот).

Вибропоглощение осуществляется путем установки агрегатов на специальные фундаменты или опорные плиты.

Виброизоляция. Уменьшение вибрации в этом случае обусловлено присоединением к объекту дополнительной упругой связи, при этом вибрация переходит в механические колебания в виброизоляторе.

Эффективность виброизоляции определяется коэффициентом передачи:

,

где V - виброскорость.

В системах, где можно пренебречь трением, коэффициент передачи может быть определен по формуле:

,

где fB - частота возмущающей силы; f0 - собственная частота системы, установлена а амортизаторы. Эффективная работа виброизолятора достигается при fв>f0*1.4.

Величина ослабления при виброизоляции: L = 20 lg (1 / КП).

6.3 Электробезопасность

Основные причины поражения электрическим током:

1) Нарушение изоляции или потеря изолирующих свойств изоляционного материала;

2) Опасное приближение к токоведущей части;

3) Несогласованное включение;

Поражение электрическим током имеет следующие воздействия на организм человека: термическое (нагрев и ожоги тканей): электролитическое; биологическое (возбуждение живых тканей); динамическое (разрыв тканей).

Поражения делятся на две группы: местных и общих поражений.

Местные, в соответствии с воздействием подразделяются на:

- электрические ожоги (термическое воздействие);

- электрические знаки;

- металлизация;

- механические повреждения.

Степени исхода поражений электрическим током:

судорожное сокращение мышц без потери сознания;

судорожное сокращение мышц потеря сознания, сохранение
сердечной деятельности;

потеря сознания, нарушение сердечной деятельности;

Факторы, влияющие на степень опасности поражения электротоком:

1) Сила тока;

2) Длительность воздействия;

3) Сопротивление тела человека;

4) Путь тока через организм;

5) Род тока (переменный / постоянный);

6) Частота тока;

7) Индивидуальные особенности человека;

8) Окру жающая среда.

Установлены следующие пороговые знамения силы тока:

1) пороговый ощутимый ток:

- для переменного (50 Гц): 0,6... 1,5 мА;

- для постоянного: 5...7 мА;

2) пороговый неотпуекающий гок:

- для переменного (50 Гц): 0,6... 1,5 мА;

- для постоянного: 5...7 мА;

3) пороговый фпбрилдяцпонный ток (то есть нарушающий сердечную деятельность):

- для переменного (50 Гц): 50...350 мА;

- для постоянною: ~ 300 мА;

Сопротивление тела человека имеет сноп особенности. Так внутренние органы имеют низкое сопротивление. Основное сопротивление дает сухая кожа (от 2 * 10° Ом до 2 * 10° Ом). В наихудшем случае 1000 Ом.

С увеличением времени воздействия тока опасность возрастает. Переменный ток при значении напряжения до 300 В опаснее, чем постоянный. При значении напряжения выше 300 В, опасность поражения и постоянным и переменным током приблизительно одинакова. Для переменного тока наиболее опасный частотный диапазон: 20... 100 1 Гц.

Как уже было сказано, на исход поражения влияет путь тока через организм. В зависимости от точек прикосновения с токоведущимп частями, ток пройдет (коротким путем) через руки, ноги, голову и т.д.

В зависимости от опасности поражения электрическим током, помещения подразделяются на: нормальные;

- влажные (влажность выше 70%);

- особо сырые (влажность от 90% и выше);

- жаркие (температуры выше 35 °С);

- пыльные;

- помещения с наличием химикатов.

Помещения также делятся по группам:

Без повышенной опасности электропоражения (сухие, беспыльные, с непроводящими полами и нормальной температурой);

Помещения с повышенной опасностью, то есть такие, у которых присутствует хотя бы один из следующих признаков:

- высокая температура (выше 35°С);

- высокая влажность (выше 70%);

- токопроводящие полы;

- токопроводящая пыль;

- возможность одновременного прикосновения человека к имеющим соприкосновение с землей металлическим конструкциям зданий сооружений, оборудования и корпусам электроустановок;

3) Особо опасные помещения (при наличии следующих признаков):

- высокая сырость (влажность около 100%);

- наличие органической или агрессивной среды;

- одновременное наличие двух или более признаков помещений с повышенной опасностью.

Электроустановки делятся на установки с напряжением до 1000 В и установки с напряжением свыше 1000 В. По характеру тока электрические сети делят на сети с постоянным током и сети с переменным током. Сети переменного тока делятся на однофазные и многофазные (наиболее распространены трехфазные схемы).

Далее приведены существующие трехфазные сети:

Трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью;

Трехфазная четырехпроводная сеть с изолированной нейтралью;

Трехфазная трехпроводная сеть с заземленной нейтралью;

Трехфазная четырехпроводная сеть с заземленной нейтралью.

В России, в случае, если напряжение меньше 1000 В. используются схемы 1) и 2).

Человек может соприкоснуться с трехфазной схемой по двум сценариям: однофазное и двухфазное включение. Двухфазное включение человека в электрическую цепь наиболее опасно.

Для защиты от электропоражения применяются:

Изоляция токоведущих частей - все токоведущие части имеют рабочую изоляцию. Изоляция должна выдерживать перегрузки в 3...4 раза превышающие возможные. Возможно применение дополнительной изоляции, это называется двойная изоляция. Нередко применяется одна, но усиленная изоляция, соответствующая двойной;

Оградительные устройства - экраны, кожухи и т.д. используются,
чтобы избежать опасности прикосновения к токоведущим частям;

Электрическое разделение сетей необходимо для уменьшения опасной емкостной составляющей. Иногда используют переходные трансформаторы;

Применение малых напряжений (до 42 В) для питания ручных инструментов, местного освещения и др.;

Применение средств электрозащиты (подразделяются на основные, вспомогательные и дополнительные). Основные например, монтажный инструмент с диэлектрическими ручками или другими местами возможного соприкосновения. Вспомогательные резиновые перчатки, резиновые коврики, пояса, шлемы и т.д.;