Создание программного комплекса по оптимизации рабочих параметров электроискрового легирования

Термопара медь-константан (ТМК) широко применяется во многих странах для измерений не только низких температур 20...273 К, но и температур выше 0°С. Оба термоэлектрода широко распространены в электротехнике, что обеспечивает доступность. При 400 °С начинается активное окисление медного проводника. Верхняя граница применения ТМК - 600°С. В диапазоне от 0 до 100°С медный термоэлектрод в паре с константаном может быть заменен манганиновым. При этом значительно сокращается утечка тепла вдоль положительного термоэлектрода.

Схема экспериментальной установки представлена на рисунке 2.15.

Г.И. - генератор импульсов, ИР - искровой разряд, А - анод, К - катод, МВ - микровольтметр, ЦВ - цифровой вольтметр

Рисунок 2.15 -- Схема экспериментальной установки

Термопара медь-константан (ТМК) широко применяется во многих странах для измерений не только низких температур 20...273 К, но и температур выше 0°С. Этот термоэлектрод широко распространены в электротехнике, что обеспечивает доступность. При 400 °С начинается активное окисление медного проводника. Верхняя граница применения ТМК - 600°С. В диапазоне от 0 до 100°С медный термоэлектрод в паре с константаном может быть заменен манганиновым. При этом значительно сокращается утечка тепла вдоль положительного термоэлектрода.

Эксперимент состоит из определения температуры участков анода в зависимости от периода следования импульсов, времени легирования и количества прошедших импульсов. Результаты эксперимента приведены в таблице 2.1, а зависимость температуры от периода следования импульсов на рисунке 2.16.

Таблица 2.1 - Результаты экспериментов

Материал катода	n	Т, _С температура	ДТ, _С изменение температуры	Nимп Число импульсов	Tимп, мкс Период импульса	t, c время эксперимента	Uа,к, В напряжение анод-катод
медь (пром. установка)	1	242	2	1628		5	40
	2	296	5	2312		10	40
	3	393	5	5181		15	40
сталь (пром. установка)	1	64,6	1	857		5	40
	2	156	2	1572		10	40
	3	184	2	2358		15	40
медь (эксперим. установка)	1	75,4	2	1329	50	15	32
	2	64,6	2	1721	100	30	32
	3	35	2	2354	150	30	32
	4	32	1	1427	200	30	32
	5	30	1	1718	250	30	32
	6	28	2	1705	300	30	32
медь (прогр. комплекс)	1	207			200	16	30
	2	197			250	16	30
	3	185			350	16	30
	4	172			500	16	30



Рисунок 2.16 - Зависимость нагрева анода от периода

следования импульсов

По результатам эксперимента можно утверждать, что чем больший период следования импульсов, тем меньше нагрев материала. Также большую роль играет напряжение между анодом и катодом: чем больше напряжение, тем лучше процесс легирования и выше температура материала. На нагрев также влияет материал электродов: если материал катода имеет меньшую температуропроводность, чем анод, то анод греется медленнее.

Для проведения эксперимента использованы образцы, изготовленные из электролитической меди, катоды размером 15х10 мм. Аноды представляют из себя куски проводниковой меди диаметром 2.8 мм, термически обработанные при температуре 250 °С. В качестве вибратора использовался электромагнитный вибратор от установки «Элитрон-22А» с частотой вибрации 100 Гц, амплитуда вибрации изменялась в пределах до 200 мкм.

Синхронизация колебания вибратора и импульса от генератора установки не проводилась.

Экспериментально установлено, что при изменении длительности импульса или напряжения (мощности) размер эрозионного повреждения в виде лунки различен, что демонстрируют рисунки 2.17 - 2.19. Зависимость увеличения размера лунки при росте энергии импульса имеет нелинейный характер. Размер лунки изменяется от времени нахождения анода на оптимальном расстоянии от катода. Другими словами, размер эрозионного следа лимитируется колебаниями анода. Однако, при минимальной энергии импульса получение большого размера эрозионного следа не наблюдается. На поверхности образца медь покрыта слоем окисла, имеет внутреннюю зону - расплавленного металла и по краям - зону распыленного металла.

Исследование на экспериментальном генераторе показали, что возможно прохождение подряд трех импульсов с наличием трех эрозионных лунок при нахождении анода на оптимальном расстоянии от катода.

Рисунок 2.17 - Поверхность лунки, образованная при длительности однократного импульса генератора 50 мкс Х 50

Рисунок 2.18 - Поверхность лунки, образованная при

длительности однократного импульса генератора 150 мкс Х 50

Рисунок 2.19 - Поверхность лунки, образованная при

длительности однократного импульса генератора 300 мкс Х 50

Обработка позволила снять слой окислов с поверхности лунки и исследовать микроструктурные параметры лунки.

Центральная часть лунки заполнена расплавом, на поверхности которого обнаружены относительно крупные зерна закристаллизовавшегося металла. В большинстве случаев в этой зоне хаотично расположены микротрещины, по протяженности равные 2-3 размерам зерен. Установлено, что количество и размер трещин изменяются от величины нагрева катода. Периферийные зоны лунки состоят из материала, подвергнутого пластическому деформированию. В этой зоне видны следы пластической деформации с изменением размера исходных зерен.

Отдельно необходимо отметить, что за указанной зоной по периметру, расположена зона с распыленным материалом. Размер распыленных частиц и пленок составляет от 10 и менее мкм. На рисунках 2.20-2.22 приведены фотографии после обработки поверхностей эрозионных лунок стандартным травителем.

Рисунок 2.20 - Поверхность лунки, образованная при

длительности однократного импульса генератора 300 мкс

Х 100

Рисунок 2.21 - Травленная поверхность лунки, образованная при длительности однократного импульса генератора 300 мкс Х 200



Рисунок 2.23 - Травленная поверхность лунки, образованная при длительности однократного импульса генератора 300 мкс Х 400

Таким образом, созданный генератор позволяет регулировать энергетические параметры импульсов в широком интервале.

Для повышения эффективности процесса электроискрового легирования необходимо создание вибратора, позволяющего увеличить количество времени нахождения анода на расстояниях, позволяющих возникать искровому процессу.

3. ОХРАНА ТРУДА

Несоблюдение требований охраны труда и воздействие на работающих опасных и вредных факторов могут приводить к травматизму и профессиональным заболеваниям.

При проектировании любого программного комплекса, следует разработать и обеспечить условия труда на рабочем месте и безопасное использование вспомогательного оборудования, соответствующие нормам охраны труда. Разработать мероприятия по предупреждению несчастных случаев, характерных для специфики выполняемых, при проектировании работ.

3.1 Техника безопасности

Техника безопасности - это система организационных мероприятий, технических средств и методов, предотвращающих воздействие на работающих опасных производственных факторов [15]. Техника безопасности предусматривает обеспечение безопасности оборудования и работ с соблюдением всех требований охраны труда для обеспечения безопасных условий на рабочих местах.

При разработке программного комплекса по оптимизации параметров электроискрового легирования (ЭИЛ) для получения покрытий с заданными свойствами выполняются следующие виды работ: анализ различных установок ЭИЛ для выявления некоторых параметров, в частности длительности и скважности импульсов генератора; определение оптимальной температуры электрода изготовленного из разных материалов; написание программного комплекса (программы) на языке низкого уровня.

В процессе работы использовалось следующее оборудование: монитор с электроннолучевой трубкой (ЭЛТ), системный блок, блок бесперебойного питания, клавиатура, мышь, принтер, копировальный аппарат. Вычислительная техника работает от источника питания 220В, кроме этого в модулях электропитания и ЭЛТ имеются точки с потенциалом 16 - 20 кВ. Наибольшую опасность представляют собой шнуры питания аппаратуры, вилки, разъёмы, розетки, удлинители, находящиеся под напряжением сети 220 В.

В процессе разработки и проектирования программного комплекса, могут произойти следующие травмы:

- электрические - при использовании ЭВМ;

- физические - нарушение зрения, раздражение слизистых оболочек глаз.

Основным фактором возникновения несчастных случаев может быть поражение электрическим током.

В процессе эксплуатации оборудования человек может прикоснуться к находящимся под напряжением проводникам электрического тока. В этом случае через тело человека будет протекать ток, который может вызвать нарушение жизнедеятельных функций организма, оказывая на него биологическое, тепловое, механическое и химическое воздействие. Характер воздействия зависит от многих факторов, таких как сила и длительность воздействия тока, его род (постоянный, переменный), пути прохождения, окружающая среда, площадь и плотность контакта человека с токоведущими частями.

Причины поражения электрическим током:

1. Прикосновение к неизолированным токоведущим частям.

- нарушение электроизоляции проводников в результате перегрузки, старения, механических повреждений;

- повреждение перегородок, коробов скрывающих электропроводку;

- несоблюдение правил техники безопасности при ремонте и эксплуатации электрооборудования под напряжением.

2. Прикосновение к металлическим нетоковедущим частям (корпусу, периферии компьютера), которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции.

- отсутствие защитного заземления;

- отсутствие или неисправность средств электрозащиты;

- нарушение электроизоляции проводников в результате перегрузки, либо в результате механических повреждений;

- неправильный монтаж устройств ЭВМ;

- недостаточный надзор за состоянием вычислительной техники, выполнением правил техники безопасности;

- неисправность устройства ЭВМ, оборудования.

В соответствии с ПУЭ, ПОТ РМ 016-2004 для предупреждения поражения электрическим током к используемому оборудованию предъявляются следующие требования:

1. к конструкции используемого оборудования

- корпус ЭВМ должен быть заземлен;

- должна использоваться система защитного отключения;

- нетоковедущие части должны быть изолированы;

- применение малых напряжений (большинство узлов ЭВМ использует напряжения 5, 12В);

- применение двойной изоляции (локальная изоляция и пластиковый корпус);

2. к конструкции питающей сети

- токоведущие части должны быть безопасно расположены и изолированы;

- применение коробов, скрывающих электропроводку;

- защитное заземление (подведение заземляющей жилы);

- защитное автоматическое отключение (предохранители).

Правила техники безопасности при эксплуатации ЭВМ:

- визуально проверить состояние изоляции и целостности заземляющей цепи;

- включать в электросеть, смонтированную специально для электропитания ЭВМ, какие-либо другие приборы и устройства категорически запрещаются;

- снимать кожухи ЭВМ включенную в сеть, не допускаются;

- запрещается включать ЭВМ при снятом кожухе;

- при эксплуатации ЭВМ исключить возможность прикосновения пользователя к токоведущим устройствам, к шинам заземления, батареям отопления и т.д.;

- запрещается во время работы отключать кабели соединяющие монитор с системой, а так же кабели ЛВС, клавиатуры и мыши;

- ремонтные и профилактические работы ЭВМ осуществляются только по отключению всех устройств;

- действия по изменению конфигурации ЭВМ производится только уполномоченным лицом, имеющим соответствующую квалификацию;

- при окончании работ ЭВМ должна быть отключена от сети.

Данные мероприятия техники безопасности имеют своей целью максимально обезопасить работу с привлечением ЭВМ и сопутствующим оборудованием.

Требования, которым должен отвечать обслуживающий персонал заключаются в следующем:

- допуск к работе лиц, не моложе 18 лет;

- предварительное и периодическое медицинское освидетельствование;

- обучение, аттестация персонала и присвоение квалификационной группы по электробезопасности не ниже II при эксплуатации, и не ниже III при ремонте и обслуживании.

В соответствии с ПУЭ, ПОТ РМ 016-2004 для предупреждения несчастных случаев должны проводиться и организационные мероприятия такие как:

- контроль за соблюдением работающими всех норм по технике безопасности;

- проведение обучения, инструктирования работающих безопасным приемам труда;

- организация рабочих мест в соответствии с требованиями нормативных документов.

3.2 Производственная санитария

Производственная санитария - это система организационных, санитарно-гигиенических мероприятий, технических средств и методов, предотвращающих или уменьшающих воздействие на работающих вредных производственных факторов до значений, не превышающих допустимые [15].

Состояние условий труда работников лаборатории вычислительной техники (ВТ) и его безопасности, на сегодняшний день, еще не удовлетворяют современным требованиям. Для более продуктивной работы должны обеспечиваться нормативные параметры микроклимата, чистоты воздуха, ионизации, шума, вибрации, освещения и излучения, т.к. видеотерминалы являются источниками: тепловыделений, повышенного уровеня шума, излучений, загрязнения воздушной среды токсичными веществами.

Собственно ЭВМ является источником примерно 20% всех вредных факторов, действующих на человека.

Перечислим вредные факторы только от ЭВМ.

Электромагнитные поля и излучения. ЭВМ генерирует в окружающее пространство широкий спектр электромагнитных полей (ЭМП) различной интенсивности. Кроме того, на рабочем месте пользователя всегда присутствует электромагнитный фон промышленной частоты.

Рентгеновское и ультрафиолетовое излучения практически полностью поглощаются внутри корпуса дисплея, а интенсивность излучений радиочастотного диапазона пренебрежимо мала, что подтверждается результатами многочисленных измерений, выполненных в нашей стране.

Источником электростатического поля является экран дисплея, несущий высокий электростатический потенциал (ускоряющее напряжение ЭЛТ). Заметный вклад в общее электростатическое поле вносят электризующиеся от трения поверхности клавиатуры и мыши. Электростатическое поле, помимо собственно биофизического воздействия на человека, обуславливает накопление в пространстве между пользователем и экраном пыли, которая затем с вдыхаемым воздухом попадает в организм и может вызвать бронхо-легочные заболевания и аллергические реакции. Кроме того, пыль оседает на клавиатуре ЭВМ и, проникая затем в поры пальцев, может провоцировать заболевания кожи рук.

Источниками переменных ЭМП являются узлы ЭВМ, работающие при высоких переменных напряжениях и больших токах. Следствием систематического воздействия переменных ЭМП с параметрами, превышающими допустимые нормы, являются функциональные нарушения нервной, эндокринной и сердечнососудистой систем. Указанные нарушения проявляются в виде повышенной утомляемости, головных болей, нарушений сна, гипертонии, заторможенности рефлексов. В отдельных случаях отмечаются изменения состава крови, помутнение хрусталика, нервно-психические и трофические заболевания (ломкость ногтей, выпадение волос).

Источником фоновых ЭМП промышленной частоты является электропроводка, независимо от того скрытая она или открытая, а также любое электрооборудование (щиты питания, розетки, выключатели). Напряженность фонового поля промышленной частоты обуславливает пространственную и временную нестабильности изображения на экране дисплея, что оказывают вредное воздействие на зрительный анализатор пользователя.

Перенапряжение зрительного анализатора. При работе за дисплеем глаз считывает информацию с излучателя, имеющего высокую фоновую яркость при низкой контрастности объектов различения. Для обеспечения оптимального контраста необходимо повышать яркость, что не только увеличивает интенсивность вредных излучений, но и утомляет глаз. Кроме того, изображение на экране в большей или меньшей степени искажено кривизной самого экрана (особенно для дисплеев старых типов), что обуславливает дополнительную нагрузку на мозг. Еще одна особенность работы за дисплеем - спектральная чувствительность глаза не совпадает со спектром излучения экрана. Таким образом, при работе за дисплеем наш зрительный анализатор длительно работает в несвойственном ему стрессовом режиме.

Избыточность энергетических потоков на орган зрения в оптическом диапазоне излучений экрана. Наличие избыточных синих и сине-фиолетовых потоков света вызывают снижение защитных сил организма, помутнение оптических сред глаз, снижает четкость изображения на сетчатке, увеличивая нагрузку на мозг, что проявляется в ослаблении внимания, повышении рассеянности, увеличении количества ошибок, общей усталости и др.

На рабочем месте могут проявляться следующие вредные производственные факторы.

Нерациональное освещение рабочего места (недостаток естественного света, низкая освещенность рабочего места, повышенные блесткость и яркость на столе, клавиатуре и др., при наличии ламп дневного света пульсации светового потока).

Некачественный состав воздуха рабочей зоны (наличие пыли и патогенной микрофлоры, недостаток легких отрицательных и избыток тяжелых положительных ионов).

Влияние повышенной концентрации пыли на организм человека проявляется в симптомах одышки, чихании, приступах астмы и т.д.

Несоответствие норме параметров микроклимата. В результате нагрева микросхем, в окружающее пространство выделяется значительное количество тепловой энергии. Тепловыделения являются причиной повышения температуры, снижения влажности воздуха на рабочем месте, вызывающих нарушение терморегуляции организма и важных жизненных функций. У персонала выявляется повышенная потливость, приступы удушья, возможны обмороки, повышенная утомленность.

Шум на рабочем месте. Высокий уровень шума является причиной снижения производительности труда, а также приводят к ухудшению слуха.

Повышенные нервно-психические и эмоциональные нагрузки.

Монотонность занятия в сочетании с повышенным напряжением внимания и зрения.

Гиподинамия и длительные статические нагрузки на кисти рук.

Так как вредные факторы оказывают отрицательное воздействие на человека, они нормируются. Значения нормативных параметров микроклимата, чистоты воздуха, ионизации, шума, вибрации, освещения и излучений представлены в таблицах 3.1-3.6.

Таблица 3.1 -- Параметры микроклимата (СНиП 2.2.2.542-96)

Помещение, рабочее место	Период года	Категория тежясти работ	Характер рабочих мест (постоян., не постоян.)	Температура, °С	Относительная влажность воздуха, %	Скорость движения воздуха, м/с
Лаборатория ВТ	холодное	легкая - 1а	постоянная	22-24	40-60	?0,1
	теплое	легкая - 1а	постоянная	23-25	40-60	?0,1

Таблица 3.2 -- Параметры чистоты воздуха (ГН 2.1.6.1338-03)

Помещение, рабочее место	Вредное вещество	Источник выделения вредных веществ	Агрегатное состояние вещества	Класс опасности	ПДК, мг/м3
Лаборатория ВТ	Бумажная пыль	работа с документами	газообразное	4	0,2
	Трифенил- фосфат	корпус монитора, платы в системном блоке	газообразное	2	1
	Бензол	при печати на принтере	газообразное	2	0,3
	Озон	копировальные работы	газообразное	1	0,16

Нормированные значения КЕО, еN, для зданий, располагаемых в различных районах, следует определять по формуле (3.1):

еN = еН mN, (3.1)

где N -- номер группы района по обеспеченности естественным светом (Хабаровск - 2-ой административный район);

еН = 1,2 % -- нормированное значение КЕО для первой группы административных районов (СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03);

mN = 0,85 -- коэффициент, учитывающий особенности светового климата района (южная ориентация окон).

еN = 1,2 0,85 = 1,02 %

Таблица 3.3 -- Параметры освещения (СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03, СанПиН 2.2.2.542-96, СНиП 23-05-95)

Помещение, рабочее место	Разряд, подразряд зрительной работы	Естественное освещение	Искусственное освещение
		Вид освещения	КЕО норм., %	Вид освещения	Вид источника света	Тип светильника	Освещенность норм. Ен, лк
Лаборатория ВТ	Б1	боковое	1,02	общее	люминесцентное	ЛБ	200

Таблица 3.4 -- Уровни ионизации воздуха помещений при работе на ЭВМ (СНиП 2.2.2.542-96)

Уровни ионизации	Число ионов на 1 см куб. воздуха
	n+	n-
Минимально необходимые	400	600
Оптимальные	1500-3000	3000-5000
Максимально допустимые	50000	50000

Таблица 3.5 -- Параметры шума и вибрации (СНиП 2.2.2.542-96)

Помещение, рабочее место	Шум	Вибрация
	Источник шума	Уровень звука, дБА	Источник вибрации	Уровень виброскорости, дБ
		факт.	ПДУ		ПДУ
Лаборатория ВТ	ЭВМ	49-52	50	принтер	75
	Принтер	45-49	50

Таблица 3.6 -- Параметры излучений (СанПиН 2.2.2.542-96)

Помещение, рабочее место	Вид излучения	Источник излучения	Контролируемый параметр	Единица измерения	ПДУ
Лаборатория ВТ	Неионизирующее электромагнитное	ЭВМ	Напряженность электромагнитного поля на расстоянии 50 см. вокруг ВДТ по электрической составляющей должна быть не более: -в диапазоне частот 5 Гц - 2кГц -в диапазоне частот 2 - 400 кГЦ	В/м	25 2,5
Помещение, рабочее место	Вид излучения	Источник излучения	Контролируемый параметр	Единица измерения	ПДУ
Лаборатория ВТ	Неионизирующее электромагнитное	ЭВМ	Плотность магнитного потока должна быть не более: -в диапазоне частот 5 Гц - 2кГц -в диапазоне частот 2 - 400 кГц	нТл	250 25
			Поверхностный электростатический потенциал не должен превышать	В	500
			Уровни напряженности электростатического поля не должны превышает	кВ/м	15
			Мощность экспозиционной дозы мягкого рентгеновского излучения в любой точке пространства на расстоянии 5 см. от поверхности ЭВМ не должна превышать	мкР/ч	100
			Интенсивность ультрафиолетового излучения не должна превышать -в диапазоне 200 - 315 нм -в диапазоне 315 - 400 нм	Вт/м2	0,01 0,1
	Электромагнитное		Интенсивность электромагнитного излучения не должна превышать -в видимом диапазоне 400-750 нм -в ближнем инфракрасном диапазоне 750 - 2000 нм	Вт/м2	0,1 4

1) Мероприятия по обеспечению нормативных параметров воздушной среды по микроклимату, чистоте водуха, ионизации.

Для обеспечения нормативных температур в холодное время года предусмотрено центральное водяное отопление с нормально нагретой водой. Если система отопления не справляется с обеспечением нормативных параметров, то дополнительно следует утеплять дверные и оконные проемы или использовать специальные обогревательные приборы.

В летнее время, для снижения температуры в лаборатории и очистки воздуха предусмотрена естественная система вентиляции. В дополнение к ней могут быть использованы кондиционеры для понижения температуры в лаборатории и более качественной очистки воздуха от вредных веществ. Ядовитые пыли способны вызвать отравления работников. Поэтому следует обеспечить максимально возможную очистку воздуха. В связи с этим могут быть использованы местные вытяжные системы для удаления вредных веществ, непосредственно от их источника и от рабочего места.

Наряду с этим нужно устанавливать в помещении с ВДТ ионизаторы воздуха, чаще проветривать помещение и хотя бы один раз в течение рабочей смены очищать экран от пыли.

2) Мероприятия по защите от шума и вибрации.

Для снижения шума и вибрации в помещениях вычислительных центров оборудование, аппараты необходимо устанавливать на специальные фундаменты и амортизирующие прокладки, предусмотренные нормативными документами. Кроме того, необходимо использовать подвесные акустические потолки и применять звукопоглощающие материалы при отделке помещений.

Защита от шума, создаваемого на рабочих местах, осуществляется правильной регулировкой, смазкой, регулярной чистко и своевременной заменой узлов механики вентиляторов в ЭВМ и в кондиционерах, а также применением вибродемпфирующих прокладок, при установке кондиционера в оконном проеме. Защите также способствует замена шумного оборудования на менее шумное (применение лазерных и струйных принтеров и вентиляторов с переменной скоростью вращения).

3) Мероприятия по защите от излучений.

Для предотвращения образования и защиты от статического электричества необходимо использовать нейтрализаторы и увлажнители, а полы должны иметь антистатическое покрытие.

В целях предосторожности следует обязательно использовать защитные экраны. Следует заменить мониторы с ЭЛТ на жидкокристаллические. А также использовать заземление.

Также защита от излучений осуществляется временем и расстоянием.

При вводе данных, редактировании программ, чтении информации с экрана, беспрерывная продолжительность работы перед экраном не должна превышать 4-х часов. В течение двух регламентированных перерывов по 10 минут, через 2 часа от начала рабочей смены и через 2 часа после обеденного перерыва, выполнять комплекс физических упражнений, релаксационной гимнастики и аутогенной тренировки.

Расстояние от пользователя до экрана должно составлять не менее 50 см, от задней стенки до другого видеомонитора не менее 2 м. В помещении с несколькими компьютерами, расстояние между боковыми поверхностями мониторов должно быть не менее 1,2 метров. Площадь одного рабочего места пользователя ЭВМ с ВДТ на базе электроннолучевой трубки должна составлять не менее 6 м2, а объем 20 м3.

4) Обеспечение нормальных зрительных условий труда.

Работе с ВТ подвергает органы зрения человека высокому напряжению. Поэтому необходимо создать оптимальную световую среду, т.е. рационально организовать естественное и искусственное освещение рабочих мест.

Естественное освещение создается природными источниками света (от солнечных лучей, рассеянных атмосферой). Основной поток естественного света должен быть слева. В помещениях используется естественное боковое освещение через световые проемы (окна) в наружных стенах. Окна в помещениях, где эксплуатируется вычислительная техника, преимущественно должны быть ориентированы на север и северо-восток.

Искусственное освещение в помещениях для эксплуатации ПЭВМ должно осуществляться системой общего равномерного освещения. В качестве источников света рекомендуется использовать люминесцентные лампы типа ЛБ или ЛХБ как наиболее эффективные и приемлемые с точки зрения спектрального состава. Допускается применение ламп накаливания в светильниках местного освещения.

Общее освещение следует выполнять в виде сплошных или прерывистых линий светильников, расположенных сбоку от рабочих мест, параллельно линии зрения пользователя при рядном расположении ВДТ и ПЭВМ. Применение светильников без рассеивателей и экранирующих решеток не допускается. Коэффициент пульсации источника света не должен превышать 5%. Для обеспечения нормируемых значений освещенности в помещениях для использования ПЭВМ следует проводить чистку стекол и светильников не реже двух раз в год и проводить своевременную замену перегоревших ламп.

Не менее важным является обеспечение нормативных параметров видеотерминалов приведенных в таблице 3.7.

Таблица 3.7 - Эргономические визуальные характеристики мониторов (СанПиН 2.2.2.542-96)

Наименование параметров	Значение параметров
Яркость знака (фона), кд/м2	от 35 до 120
Внешняя освещенность экрана, лк	от 100 до 250
Угловой размер знака, угл.мин	от 16 до 60
Неравномерность яркости элементов знака	не более ± 25
Неравномерность яркости рабочего поля экрана	не более ± 20
Формат матрицы знака	не менее 7*9 элементов
Для прописных букв и цифр	не менее 5*7 элементов
Отношение ширины знака к его высоте	От 0,7 до 0,9

Для обеспечения оптимальных условий труда необходимо соблюдать основные эргономические требования к организации и оборудованию рабочих мест с ВДТ и ЭВМ.

Рабочие места с ВДТ и ПЭВМ по отношению к световым проемам должны располагаться так, чтобы естественный свет падал сбоку, преимущественно слева.

Высота рабочей поверхности стола должна регулироваться в пределах 680-800 мм, если высота стола не регулируется, то должна составлять 750 мм. Модульными размерами рабочей поверхности стола для ПЭВМ, на основании которых должны рассчитываться конструктивные размеры, следует считать: ширину 800, 1000, 1200 и 1400 мм, глубину 800 и 1000 мм при нерегулируемой его высоте, равной 725 мм. Рабочий стол должен иметь пространство для ног высотой не менее 600 мм, шириной - не менее 500 мм, глубиной на уровне колен - не менее 450 мм и на уровне вытянутых ног - не менее 650 мм.

Конструкция рабочего стула должна обеспечивать: ширину и глубину поверхности сиденья не менее 400 мм; регулировку высоты поверхности сиденья в пределах 400-550 мм; высоту опорной поверхности спинки 300 +/- 20 мм, ширину - не менее 380 мм; угол наклона спинки в вертикальной плоскости в пределах +/- 30 градусов; стационарные или съемные подлокотники длиной не менее 250 мм и шириной - 50 - 70 мм; регулировку подлокотников по высоте над сиденьем в пределах 230 +/- 30 мм и внутреннего расстояния между подлокотниками в пределах 350 - 500 мм.

Клавиатуру следует располагать на поверхности стола на расстоянии 100 - 300 мм от края, обращенного к пользователю, или на специальной, регулируемой по высоте рабочей поверхности, отделенной от основной столешницы.

Расположение экрана должно быть в вертикальной плоскости под углом 300 от нормальной линии оператора.

3.3 Пожарная безопасность

Пожарная безопасность - это система средств и мероприятий организационно-технического и режимного характера, направленная на предупреждение и ликвидацию пожаров [15].

В помещении лаборатории расположены электронные приборы и вычислительная техника, поэтому пожар представляет собой большую опасность, так как может причинить ущерб здоровью людей и привести к материальным потерям.

Горючими компонентами в помещении являются: мебель, литература, изоляция силовых и питающих кабелей, изоляция соединительных проводов блоков и панелей стендов, обмотки радиодеталей, жидкости для очистки приборов и стендов от загрязнения. В соответствии с НПБ 105-03 лаборатория с вычислительной техникой по категории взрыво/пожароопасности относится к категории “В”. Определение категории обусловливается свойствами применяемых веществ. Целью категорирования помещений по пожарной опасности является определение противопожарного режима, выбор вида и средств пожаротушения.

Причины пожара могут служить:

- короткое замыкание, вызванное нарушением изоляции и искрение электрооборудования из-за неплотности контактов;

- перегрузки, обусловленные нарушением режимов работы оборудования;

- разряд статического электричества;

- разряд атмосферного электричества;

- нарушение правил пожарной безопасности обслуживающим персоналом, курение на рабочем месте;

- неправильное хранение легковоспламеняющихся материалов;

- образование взрывоопасных концентраций горючих веществ с воздухом из-за неисправности систем вентиляции, кондиционирования.

Для предупреждения загорания должны проводиться следующие мероприятия:

- контроль сопротивления изоляции токоведущих частей;

- подключение к питающей электросети расчетного числа потребителей;

- соблюдение режимов работы оборудования;

- применение отключающих устройств;

- заземление оборудования для снятия статического электричества;

- молниезащита;

- обучение правилам пожарной безопасности работающих;

- контроль соблюдения противопожарного режима;

- привлечение работающих к ответственности за нарушения противопожарного режима.

- организации специальных мест для курения;

- обеспечение эффективной работы систем вентиляции;

- своевременное техобслуживание оборудования.

На случай возникновения пожара предусмотрены первичные средства тушения пожара в помещении: сухой песок, пожарные инструменты и углекислотный огнетушитель ОУ-5. Эти огнетушители применяются для тушения жидких и твердых веществ, а также электроустановок, находящихся под напряжением. Достоинствами углекислотных огнетушителей являются высокая эффективность тушения пожара, сохранность электронного оборудования, диэлектрические свойства углекислого газа, что позволяет использовать эти огнетушители даже в том случае, когда не удается сразу обесточить электронное оборудование.

Система автоматической пожарной сигнализации (АПС) позволяет обнаружить начальную стадию загорания, быстро и точно оповестить службу пожарной охраны о времени и месте возникновения пожара. Кроме основных функций АПС могут самостоятельно отключать электроэнергию и включать автоматические системы пожаротушения. В помещениях в начале пожара при горении различных изоляционных материалов и пластмасс выделяется значительное количество дыма, поэтому такое помещение следует оборудовать дымовыми пожарными извещателями. При этом в одном помещении устанавливается не менее двух извещателей независимо от его площади. Объекты, содержащие дорогостоящее электронное и вычислительное оборудование, помимо систем АСП необходимо оборудовать установками автоматического пожаротушения.

Для обеспечения пожарной безопасности в зданиях предусматривается пожарное водоснабжение, которое может быть как внутренним, так и внешним. Внутреннее водоснабжение включает в себя внутренние водопроводы с установленными пожарными кранами. Применение воды в помещении ввиду опасности повреждения или полного выхода из строя электронного оборудования возможно только в исключительных случаях, когда пожар угрожает принять крупные размеры.

На случай возникновения пожара для лабораторий ВТ разрабатывается план эвакуации людей (рисунок 3.1), который удовлетворяет требованиям безопасности и времени эвакуации.

Рисунок 3.1 -- План эвакуации из помещения при пожаре

Помещение имеет один эвакуационный выход, что допустимо в помещениях категории “В” при количестве человек не более 25. Пути эвакуации должны быть обеспечены дверными проёмами не менее 2 м в высоту и 1 м в ширину. Полы должны быть ровные, не заставлены посторонними предметами.

В случае возникновения очага пожара следует немедленно оповестить об этом руководство подразделения и службы пожаротушения. Не дожидаясь прибытия пожарного подразделения приступить к ликвидации пожара имеющимися средствами тушения пожара.

3.4 Эргономика клавиатуры

Правильный выбор органов управления ПК не менее важен, чем выбор монитора. Операторы ПК должны иметь в виду, что их ежедневный интенсивный труд приводит не только к болезням глаз, но и к заболеваниям рук. Наиболее часто встречаются такие профессиональные недуги: синдром запястного канала, возникающий вследствие длительной интенсивной работы в условиях дефицита рабочего пространства для рук; крепитирующий тендовагинит вызывается профессиональным перенапряжением влагалищ сухожилий и окружающих тканей пальцев; «теннисный локоть», развивающийся в результате неправильного положения рук, как правило, расположенных выше, чем следует.

Когда пользователи выполняют различные операции на ПК, то они в зависимости от вида используемых органов управления обычно опираются: предплечьем -- при движениях кистью (мышь, джойстик, клавиатура); запястьем -- при движениях пальцами (клавиатура, трекбол, сенсорная панель).

Постоянно создаются новые, более эргономичные клавиатуры. Конструкция клавиатуры и место ее размещения в рабочей зоне, определяющиеся антропометрическими характеристиками человека-оператора, должны быть таковы, чтобы обеспечивались следующие условия:

- изменение наклона поверхности клавиатуры должно лежать в пределах от 5° до 15°;

- высота среднего ряда клавиш -- не более 30 мм;

- свободное пространство от нижнего ряда кнопок до передней кромки клавиатуры должно иметь ширину 80-100 мм тогда, когда кромка возвышается больше чем на 20 мм (для больших рук). Такая площадка может выполняться либо в виде специального «пристяжного» конструктивного элемента, либо в виде мягкого валика для поддержки кистей рук, наполненного гелеобразной массой;

- свободное пространство между кромкой клавиатуры и краем стола должно иметь ширину 80-100 мм в том случае, если высота передней кромки клавиатуры меньше 20 мм (для маленьких рук). Поэтому при выборе мебели уделяется внимание размерам столешницы;

- часто используемые клавиши должны располагаться в центре, внизу и справа, редко нажимаемые -- вверху и слева;

- группы функциональных клавиш должны выделяться размером, формой и местом расположения;

- функциональные клавиши для печати «слепым» методом должны кодироваться рисками и точечными бугорками, кодирование цветом нецелесообразно, поскольку при работе с клавиатурой в основном задействовано периферическое зрение;

- верхняя поверхность клавиши должна быть вогнута и профилирована по горизонтали, тогда подушечке пальца будет более удобно фиксировать ее;

- размер контактной плоскости клавиш по горизонтали должен быть не менее 13 мм, по вертикали -- 15 мм;

- шаг между клавишами, определяемый антропометрическими характеристиками кисти руки, должен быть не меньше диаметра ногтевой фаланги указательного или среднего пальца в расчете на 20,14 мм;

- расстояние между контактными плоскостями клавиш не может быть меньше 3 мм, что определяется точностью позиционирования пальцев и тремором рук;

- равный для всех клавиш рабочий ход -- 1,0-5,0 мм;

- ко всем клавишам должно прикладываться одинаковое усилие нажатия 0,25-1,5 Н;

- клавиатура должна иметь возможность перемещаться относительно монитора в пределах 0,5-1,0 м.

Следует выбирать все оборудование в комплекте, учитывая имеющийся или планируемый интерьер. При этом знаки на клавишах обязательно должны иметь прямой яркостный контраст и не вызывать постоянной переаккомодации глаз, приводящей к быстрой утомляемости. Надписи на клавишах должны иметь яркостный контраст в пределах 0,6-0,7. Минимальные угловые размеры знаков должны лежать в диапазоне 12-35°. Размер и яркостный контраст знаков станут оптимальными для восприятия при их полном совпадении с аналогичными светотехническими характеристиками текста на экране монитора. Яркостный контраст у современных ЖК-мониторов достигает значения 0,997-0,998, для монохромных ЭЛТ мониторов -- 0,33-0,67, для цветных -- 0,6-0,99.

Совершенствование способов представления информации, оптимизация средств диалога с ПК и правильная организации рабочего места, к сожалению, до конца не устраняют отрицательные последствия работы с машиной. Еще одним способом понизить утомляемость при работе с клавиатурой является выбор соответствующего режима труда и проведение профилактических упражнений.

4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ ПРОГРАММНОГО ПРОДУКТА

Проблема повышения эксплуатационных свойств деталей машин, приборов методами поверхностного легирования и упрочнения приобретает все большую актуальность. Достоинством электроискрового легирования является высокая прочность сцепления легированного слоя и материала основы, возможность нанесения на упрочняемую поверхность любых токопроводящих металлов, низкая энергоемкость процесса, простота выполнения технологической операции.

Разработанный программный продукт позволяет прогнозировать поведение материала в процессе обработки, получить более подробную информацию о влиянии входных параметров материала на процесс легирования. Что снизит затраты и время на производство покрытия, а также повысит качество этого покрытия.

В данной главе определяется экономическая эффективность разработанного программного комплекса по оптимизации параметров электроискрового легирования (ЭИЛ) для получения покрытий с заданными свойствами.

4.1 Выбор оптимального варианта проектирования

Сейчас существует огромное количество языков программирования, с помощью которых можно написать программы на любой вкус и для любых операционных систем. Все языки программирования значительно различаются как по внешнему виду так и по своим функциональным возможностям.

Так как при разработке данного программного комплекса производятся не сложные математические вычисления, то функциональные возможности не являются существенным критерием составления вариантов проектирования. Значительную роль при составлении вариантов играет знание самого языка программирования.

Рассмотрим варианты с использованием двух языков программирования С++ Builder и Delphi. Для расчета трудоемкости программирования существует несколько методик, каждая из которых позволяет рассчитать эту величину с разной степенью точности. Исходным во всех методиках является количество команд в программе, а остальные факторы дополняют или уточняют расчетную величину. Расчет трудоемкости сведем в таблицу 4.1 для языка С++ Builder и в таблицу 4.2 для Delphi, в них представим перечень операций, которые были произведены при проектировании прикладной программы.

Таблица 4.1 -- Трудоёмкость () при проектировании на языке С++ Builder

Вид работ	Трудоёмкость, чел./час
Приёмка и освоение технического задания	20
Анализ предстоящей работы	7
Разработка и изготовление первичной версии Программы	90
Корректировка программы	20
Изготовление окончательной версии программы	54
Изготовление технической документации	37
Обучение специалистов для работы с программой	5
Итого:	233

Таблица 4.2 -- Трудоёмкость () при проектировании на языке Delphi

Вид работ	Трудоёмкость, чел./час
Приёмка и освоение технического задания	20
Анализ предстоящей работы	7
Обучение языку программирования	85
Адаптация технического задания к языку программирования	13
Разработка и изготовление первичной версии программы	105
Корректировка программы	32
Изготовление окончательной версии программы	60
Изготовление технической документации	40
Обучение специалистов для работы с программой	5
Итого:	367

Из расчета трудоемкости приведенного в таблицах 4.1 и 4.2 видно, что использование языка программирования С++ Builder является оптимальным и дальнейшие вычисления следует проводить на основании этого варианта.

Теперь надо перевести трудоемкость из чел./час в чел./мес. для этого используем следующую формулу (рабочее время специалиста в месяц составляет 176 часов):

4.2 Расчет стоимости работ по проектированию

Стоимость работ по проектированию определяется на основании величины затрат. При проектировании имеем следующие затраты:

- на содержание проектировщика;

- на аренду машинного времени компьютера.

Затраты на содержание проектировщика зависят от трудоемкости работ, от месячного оклада проектировщика, доплат к заработной платы, налог по социальному страхованию и накладных расходов, связанных с содержанием рабочего места.

Затраты на аренду компьютера зависят от потребного машинного времени и стоимости аренды одного часа компьютера.

Суммарные затраты на разработку прикладной программы определяются по формуле (4.1):

, (4.1)

где - время, затрачиваемое на разработку данной ПП разработчиком i-ой квалификации (чел./мес.);

- основная заработная плата разработчика i-oй квалификации (9000 руб./мес.);

- коэффициент, учитывающий дополнительную заработную плату разработчика программного обеспечения, в долях к основной заработной плате (0,2);

- коэффициент, учитывающий начисления органам социального страхования на заработную плату, в долях к сумме основной и дополнительной заработной платы (0,26);

- коэффициент, учитывающий расходы организации, в которой разрабатывается данная ПП, в долях к основной заработной плате разработчика (0,6);

- машинное время ЭВМ, необходимое для отладки и тестирования данного программного продукта;

- эксплуатационные расходы, приходящиеся на 1 час машинного времени для данной ЭВМ.

Расчет машинного времени необходимого для отладки программы. Отладка программы производилась на ЭВМ в режиме системных тестов, т.е. вводились начальные данные, которые соответствуют параметрам установки легирования и проверялась правильность выходных данных.

Для вычисления времени, затраченного на отладку программы, воспользуемся методом количества команд в программе. Потребное машинное время для отладки программ по методу количества команд может быть определено по формуле:

, (4.2)

где - машинное время ЭВМ, потребное для отладки данной программы, чел./час;

- время, затрачиваемое на разработку данной программы разработчиком, чел./час;

- коэффициент, учитывающий отношение времени написания программы к времени ее отладки при заданном способе отладки.

Требуемое машинное время для отладки программы при значениях из таблицы 4.1 и (для отладки с помощью системных тестов) вычисляется по формуле (4.2):

.

Эксплуатационные расходы, приходящиеся на 1 час машинного времени ЭВМ находятся по следующей формуле:

, (4.3)

где - средняя стоимость одной ЭВМ;

- коэффициент, учитывающий расходы на техническое обслуживание и ремонт одной ЭВМ;

- коэффициент, учитывающий расходы на расходные материалы;

- среднее число рабочих дней в году;

- количество лет работы ЭВМ;

- длительность рабочей смены в вычислительном центре;

- коэффициент планового простоя ЭВМ за рабочую смену.

Учитывая, что руб, от средней стоимости ЭВМ, от средней стоимости ЭВМ, дней, лет, ч/день, от длительности рабочей смены в вычислительном центре, вычислим эксплуатационные расходы, приходящие на 1 час машинного времени по формуле (4.3):

.

В ходе выполнения дипломного проекта были разработаны алгоритмы, программы и произведена их отладка на ЭВМ.

Программу можно представить как алгоритм, написанный языком команд данной ЭВМ.

Суммарные затраты на разработку программы определяются по формуле (4.1):

4.3 Расчет затрат покупателя изделия на его покупку и эксплуатацию

Расчет цены разработанной программы. Цена разработанной программы (руб.) определяется по формуле:

, (4.4)

где - цена, по которой продается программа, руб.;

- суммарные затраты на разработку этой программы, руб.;

- норматив рентабельности, учитывающий прибыль организации, разрабатывающей данную программу, в долях ко всем затратам данной организации на разработку программы.

Используя формулу (4.4) вычислим цену разработанной программы, учитывая, что , :



Покупатель, приобретая изделие, несет капитальные затраты и в процессе использования изделия несет эксплуатационные затраты.

Капитальные затраты идут на приобретение изделия и равняются цене изделия.

Эксплуатационные затраты состоят из амортизационных отчислений из расчета 20% в год от понесенных капитальных затрат и затрат на аренду машинного времени компьютера. В целом эксплуатационные затраты для программных изделий равны:

, (4.5)

где - расходы, связанные с эксплуатацией программы, руб./год;

- машинное время ЭВМ, нужное данным потребителям для тех задач, которые они решают с помощью разработанной программы, час/год.

Машинное время ЭВМ, необходимое пользователю для решения задач с помощью данной программы определяется по следующей формуле:

, (4.6)

где - среднее число рабочих дней в году;

- длительность использования программы за рабочую смену;

- среднее количество рабочих, которые используют данную программу.

Исходя из (4.6) вычислим машинное время, необходимое для решения поставленных задач с помощью данного программного продукта при дней, часа, :

Вычислим эксплуатационные расходы по формуле (4.5):

.

4.4 Расчет экономической эффективности

Расчет экономической эффективности ведется на основании сравнения с изделием, которое новое изделие заменяет или технологическим процессом, которое оно улучшает, заменяемое изделие или процесс называют базовым изделием или процессом.

Расчёт экономической эффективности новых технических разработок, к которым относится данный программный комплекс, базируются на денежном измерении капитальных вложений и текущих (производственных и эксплуатационных затрат).

До введения программы трудоёмкость проведения исследовательских работ составляла в течении суток 8 часов. После применения программного комплекса трудоёмкость стала 4 часа. При внедрении программы наблюдается сокращение использования ЭВМ для проведения исследовательских работ на такое же время.

Тогда, основной эффект от автоматизации исследований:

1)Сокращение заработной платы персонала, производящего исследования, из-за сокращения времени исследований рассчитывается по формуле:

, (4.7)

где - заработная плата исследователя;

- среднее число рабочих дней в году;

- рабочее время специалиста в месяц;

- время, на которое сократились исследовательские работы.

Исходя из (4.7) вычислим сокращение заработной платы персонала при дней, часа,, :

.

2)Сокращение затрат на аренду машинного времени компьютера рассчитывается по формуле:

. (4.8)

Вычислим сокращение затрат на аренду машинного времени по формуле (4.8):

.

Суммарный экономический эффект можно рассчитать по следующей формуле:

.

Т.к. капитальные затраты равны цене программного комплекса, то период окупаемости этих затрат равен:

 .

Тогда, фактическая эффективность составляет:

.

Основные экономические показатели приведены в таблице 4.3.

Расчеты показывают экономическую эффективность данной разработки, хотя экономическая выгода не ставилась главой целью при разработке программного комплекса. Экономическая выгода подобных разработок дает достаточно оснований применять автоматизацию исследований.

Таблица 4.3 - Сводные экономические показатели по разработке программы

Экономический показатель	Стоимость	Размерность
Затраты на разработку программного комплекса,		руб.
Цена программного комплекса,		руб.
Капитальные вложения,		руб.
Эксплуатационные расходы,		руб./год
Экономическая эффективность,S		руб./год
Срок окупаемости,		год

Целесообразность создания данной системы очевидна, т.к. внедрение продукта в НИИ и лаборатории позволяет ускорить проведение экспериментов, расширить фронт исследований и получить объективные данные по параметрам протекающего процесса легирования без проведения эксперимента на дорогостоящих установках. В свою очередь, эта информация дает возможность усовершенствовать существующие, либо создать принципиально новые установки ЭИЛ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате реализации задач, поставленных в выпускной квалификационной работе, появляется возможность с помощью разработанного программного комплекса и без предварительных экспериментов, выбрать оптимальные параметры проведения процесса ЭИЛ. При этом в программном комплексе предусмотрен учет теплотехнических, геометрических параметров материалов электродов, а также параметров генераторов импульсов электроискровой установки.

Размещено на Allbest.ru