Системы контроля состояния подсистем танкера, с использованием современной элементной базы

* температурный коэффициент смещения нуля: ±6 мкВ/'С;

* температурный коэффициент смещения шкалы: ±25 РРМ/°С;

* коэффициент ослабления помехи общего вида на частоте 50 Гц: не менее 92 дБ;

* встроенный сторожевой таймер;

* напряжение питания: от 10 до 30 В (постоянное нестабилизированное);

* потребляемая мощность: 1,2 Вт.

Модуль ADAM-4017 имеет все средства, необходимые для считывания аналоговых сигналов (8 channel multiplexer), преобразования в цифровой код (A/D converter), фильтрации (Filter l0Hz).

Для вывода управляющих сигналов на исполнительные механизмы будем использовать два одноканальных модуля аналогового вывода ADAM-4021 (удобнее было бы использовать двухканальный модуль вывода, но в серии ADAM-4000 такого устройства не предусмотрено).

5.4.5 Модули аналогового вывода серии ADAM-4000

Модуль аналогового вывода ADAM-4021

Модули аналогового вывода принимают по линии интерфейса RS-485 цифровые данные от системного компьютера. В зависимости от конфигурации модуля данные могут передаваться в технических величинах, в шестнадцатеричном дополнительном коде или в процентах шкалы диапазона. Затем, с помощью управляемого микропроцессором ЦАП, модули преобразуют цифровые данные в выходные аналоговые сигналы.

Модуль аналогового вывода ADAM-4021 имеет один канал аналогового вывода, который может функционировать в одном из нескольких диапазонов выходного тока или напряжения. Кроме того, имеется возможность программной установки начального значения и скорости изменения выходного сигнала. Для предотвращения последствий наличия гальванической связи с контролируемым оборудованием, а также снижения вероятности повреждения системы импульсными помехами и бросками напряжения в цепях питания модуль оснащен цепями гальванической развязки.

Модуль ADAM-4021 имеет в своем составе аналого-цифровой преобразователь, независимый от цифро-аналогового преобразователя. Поскольку указанный АЦП не предназначен для выполнения измерений с высокой точностью, на него возлагается задача проверки правильности функционирования канала вывода. Кроме того, данные, получаемые от АЦП, могут использоваться для выявления факта и определения причины возникшей неисправности.

Технические характеристики модуля вывода ADAM-4021:

* количество каналов: 1;

* диапазон выходного сигнала: 0...20 мА; 4...20 мА; 0...10 В;

* напряжение изоляции: 3000 В постоянного тока;

* основная погрешность: в режиме формирования тока не хуже ±0,1% полной шкалы; в режиме формирования напряжения не хуже ±0,2% полной шкалы;

* погрешность АЦП контроля выходного сигнала: не хуже ±1 % полной шкалы;

* температурный коэффициент смещения нуля: в режиме формирования тока ±0,2 мкВ/°С; в режиме формирования напряжения ±30,0 мкВ/°С;

* температурный коэффициент смещения шкалы ±25 РРМ/°С;

* скорость нарастания выходного сигнала (устанавливается программно): от 0,125 до 128 мА/с; от 0,0625 до 64 В/с;

* сопротивление нагрузки: 0...500 Ом;

* встроенный сторожевой таймер;

* требования по питанию;

* напряжение питания: от 10 до 30 В (постоянное нестабилизированное);

* потребляемая мощность: 1,4 Вт.

В связи с тем, что необходимо сопряжение ЭВМ и нижнего уровня управления, включающего в себя все выбранные модули ADAM, для организации автоматизированной системы управления необходимо использовать преобразователь интерфейса RS-485 в USB.

Модуль ADAM-4561 - преобразователь интерфейса RS-232/422/485 в USB

ADAM-4561 позволяет пользователям ЭВМ PC соединять модули ADAM в общую систему, использующую USB-интерфейс. ADAM-4561 обеспечивает очень высокую скорость передачи данных. Так как модуль питается с USB-порта, то не требуется использования дополнительного силового адаптера, загромождающего систему.

USB-интерфейс является стандартным для большинства современных компьютеров, так как имеет очевидные преимущества над ранее используемыми каналами передачи информации. Посредством USB-интерфейса можно соединять до 127 устройств, при этом скорость передачи данных будет до 12 мегабит в секунду.

Технические характеристики модуля ADAM-4561:

* соответствует спецификации USB v 1.1;

* поддержка портов RS-232/422/485;

* скорость передачи: 115200 бит/с;

* автоматический контроль направления передачи данных по RS-485;

* гальваническая изоляция 3000 В;

* максимальная длина кабеля USB до 4,5 м;

* не требует внешнего питания;

* программная поддержка в среде Windows, Linux;

* поддержка «горячего резервирования».

Схема соединения модулей разработанной системы управления представлена на чертеже ЦТРК 2101.980401.Э4-03.

Объединение устройств системы в сеть RS-485 предполагает установку терминаторных сопротивлений в начале и конце сети для согласования уровня сигнала. Значение сопротивлений для витой пары типа А или В выбирается равным 120 Ом.

Так как проектируемая система включает в себя всего 5 устройств (ADAM 4500, ADAM 4561, ADAM 4017 и два ADAM 4021), то предполагается установить все модули компактно в одном помещении, поэтому нет необходимости в повторителе.

5.5 Конструктивное исполнение разработки

В связи с тем, что техническую реализацию разработанной системы предлагается выполнить на стандартных устройствах: модулях серии ADAM производства фирмы Advantech, исполнительных механизмах МЭО-16-10, а также на конструктивно законченных датчиках, - то нет необходимости разрабатывать специальную конструкцию, вмещающую в себя все элементы системы управления.

Датчики технологических параметров, исполнительные механизмы и регулирующие органы устанавливаются непосредственно на объекте управления, поэтому рассмотрим возможные конструкции из модулей ADAM, которые будут располагаться в операторской.

Модули ADAM могут монтироваться автономно, на специальные монтажные скобы, на рельс типа DIN или могут устанавливаться пакетом (этажеркой). Прочное и компактное конструктивное исполнение модулей обеспечивает простоту и повышенные удобства их монтажа. Для присоединения внешних цепей к модулям предусмотрены извлекаемые клеммные соединители с винтовой фиксацией проводников, что облегчает процесс электрического монтажа, технического обслуживания и дальнейшей модернизации системы и позволяет существенно сократить время, необходимое для замены модулей.

Технология соединения модулей в сеть RS-485, вместе с использованием крепящихся винтами вставных разъемов, позволяет выполнять наращивание, реконфигурирование и ремонт системы без нарушения кабельной системы.

Установка на DIN-рейку приводит систему в соответствие с современными требованиями к монтажу промышленного контрольно-измерительного оборудования.

При необходимости автономной установки модуля ADAM используется плоская панель, имеющая габариты, идентичные габаритам модуля. Панель устанавливается на стенку помещения. Для монтажа модулей на панель используется специальный кронштейн. Также имеется возможность установки одного модуля поверх другого, которая идеальна в условиях ограниченного пространства. Это - так называемая комбинированная установка.

Габаритные размеры универсальны для всех модулей серии ADAM. Они указаны на рисунке 5.5.

а б



В г

а - вид спереди, б - вид сзади, в - вид сверху, г - вид сбоку

Рис. 5.5 Габаритные размеры модулей ADAM

Так как разработанная система управления требует для реализации 5 модулей серии ADAM, которые будут установлены в операторском помещении, то для монтажа модулей предлагается использовать удобный DIN-рейс, поставляемый вместе с модулями. Для фиксации модуля на DIN-рейсе используется специальный адаптер.

6. ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ

6.1 Реализация диспетчерского уровня системы

Для организации диспетчерского уровня системы контроля подсистем танкера выбрана интегрированная система TRACE MODE. Благодаря использованию современной интегрированной SCADA-системы TRACE MODE (версии 6.0) для организации верхнего уровня системы управления обеспечивается наглядное отображение в реальном времени процессов, происходящих в технологическом объекте [9].

TRACE MODE - это программный пакет для быстрой и эффективной разработки и внедрения систем управления производственным процессом.

Основными задачами, решаемыми с помощью TRACE MODE являются [18]:

* Сбор сигналов, определяющих состояние процесса в текущий момент времени (температура, давление, положение и т.д.) с промышленной аппаратуры (контроллеры, датчики и т.д.).

* Графическое отображение собранных данных на экране компьютера в удобной для оператора форме (на мнемосхемах, индикаторах, сигнальных элементах, в виде текстовых сообщений и т.д.).

* Автоматический контроль за состоянием контролируемых параметров и генерация сигналов тревоги, выдача сообщений оператору в графической и текстовой форме в случае выхода их за пределы заданного диапазона.

* Разработка и выполнение (автоматическое или по команде оператора) алгоритмов управления производственным процессом. Сложность алгоритмов не ограничена и может представлять собой любую комбинацию из математических, логических и других операций.

* Вывод (автоматически или по команде оператора) управляющих воздействий в промышленные контроллеры и исполнительные механизмы для регулировки непрерывных или дискретных процессов, а также подача сообщений персоналу на информационное табло.

* Контроль за действиями оператора путем регистрации его в системе с помощью имени и пароля, и назначения ему определенных прав доступа, ограничивающих возможности оператора (если это необходимо) по управлению производственным процессом.

* Автоматическое ведение журнала событий, в котором регистрируется изменение параметров с возможностью просмотра в графическом виде записанных данных, а также ведение журнала аварийных сообщений.

* Генерация отчетов и оперативных сводок.

Рис. 6.1 Мнемосхема системы контроля подсистем танкера

В TRACE MODE распределенная АСУ, включающая в себя операторские станции, АРМ руководителей, архивные серверы и контроллеры, рассматривается как один проект. База данных реального времени является распределенной и единой для всего проекта. Поэтому каждый узел (ПК или контроллер) в распределенной АСУТП, работающей под управлением TRACE MODE, имеет информацию об остальных узлах системы и в случае его модификации автоматически обновляет соответствующие базы на других узлах.

При помощи TRACE MODE возможно одновременно программировать задачи приема данных и управления в IBM-совместимых контроллерах и задачи супервизорного контроля и управления для АРМ диспетчеров на ПК. Вся разработка осуществляется в графическом редакторе, основанном на требованиях международного стандарта IEC-1131. Применяются визуальные, интуитивно понятные инженерам-технологам методы - язык функциональных блоков (Техно FBD) или язык инструкций (Техно IL).

Документация о ходе технологического процесса представляется в виде отчетов произвольной формы. Отчеты, генерируемые TRACE MODE, могут включать данные, как реального времени, так и исторические. Информация может быть представлена в текстовом, графическом или табличном виде.

TRACE MODE включает в себя библиотеку из более, чем 150 алгоритмов обработки данных и управления, в том числе такие алгоритмы контроля как фильтрация, проверка на технологические границы и достоверность.

Таким образом, очевидно удобство использования программы TRACE MODE для организации диспетчерского уровня системы контроля состояния подсистем нефтеналивного танкера. С помощью TRACE MODE было разработано визуализированное представление на экране компьютера технологического объекта (рис. 6.1) с выведением текущих значений переменных; создан журнал событий и тревог, в которых регистрируется изменение параметров объекта с возможностью просмотра в графическом виде записанных данных, а также выводятся сообщения, выдаваемые оператору в случае выхода параметров за пределы заданного диапазона.

На основании выбранных модулей ADAM составляем принципиальную схему системы контроля состояния подсистем танкера размещенную в приложении 3.

7. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА

7.1 Обоснование необходимости и актуальности работы

При проектировании системы управления технологическим объектом необходимо рассмотреть все возможные способы ее реализации и выбрать наиболее эффективный. Существуют различные типы управления системой диагностики подсистем танкера. Выбор алгоритма управления в первую очередь зависит от свойств самого объекта, поэтому имеет смысл сосредоточить внимание на известных системах регулирования конкретным объектом, в данном случае - системе диагностики подсистем кондиционирования, пожаротушения и затопления водой танкера "Barstorm".

Осушительно-балластные средства современного судна являются важной частью общесудовых систем и охватываются автоматизированной системой КАС. Комплекс осушительно-балластных средств с автоматикой управления может быть разделен соответственно иерархической структуре на ряд подсистем защиты от затопления (диагностики, сигнализации, откачки воды т. д., как основанные преимущественно на механической и пневмогидравлической технике).

Большое количество нефтеналивных танкеров нуждаются в системе идентификации и диагностики состояния судна. Большая часть аварий на танкерах возникала вследствие пожаров, которые вызывали пробоины судна и как следствие в большинстве случаев его гибель. По статистике за 2003 год на Российских танкерах возникало 568 пожаров. Это связано в первую очередь с несовершенством системы идентификации и диагностики. В связи с несвоевременной реакцией персонала судна на возникновение пожара за 2003 год возникло 267 пожаров. Стоимость таких несовершенных систем составляет в среднем около 100000 рублей (данные усреднены по 16 нефтеналивным танкерам водоизмещением более 85000 тонн). Высокая стоимость существующих систем связана в первую очередь с тем, что системы диагностики состояния построены в основном на аналоговой технике. Для повышения надежности приходится устанавливать большое количество дублирующих блоков и узлов. Среди недостатков особо стоит отметить отсутствие визуализации состояния судна в целом.

В отличие от существующих систем разрабатываемая система будет построена целиком на цифровой технике. Это дает возможность избежать дублирования частей системы, а также позволяет получать своевременную информацию о состоянии всего судна в целом.

7.2 Обоснование выбора аналога для сравнения

Рассмотрим наиболее часто встречающиеся реализации существующих систем диагностики состояния подсистем танкера.

а) ручное управление (БА-2) с использованием дискретных регуляторов на некоторых участках подсистемы. Такая система используется на танкерах водоизмещением до 4000 тонн и является не автоматической. При таком способе качество управления неудовлетворительно, так как оно не обеспечивает требуемой точности. Главный недостаток такой системы несвоевременная реакция на аварийную ситуацию.

б) система управления с одним регулятором (Кинг), где управляющей переменной является скорость повышения уровня воды, а главной регулируемой переменной расход воды откачиваемой осушительной системой. Введение обратной связи лишь по регулируемой переменной не в состоянии обеспечить нужное качество управления. Такая система используется на танкерах от 4000 до 20000 тонн и не обеспечивает требуемой скорости откачки воды.

в) система управления с регулятором состояния и наблюдателем (КАСО2-56) дает лучшее качество с точки зрения демпфирования и числа колебаний. Управляющей и регулируемыми переменными являются те же, что и в предыдущей системе. Такая система используется на танкерах от 20000 до 40000 тонн и не обеспечивает требуемой скорости откачки воды и своевременной реакции на аварийную ситуацию.

г) система управления с алгоритмом управления второго порядка с прямой связью (Ostin) использует информацию о скорости повышения уровня воды в затопляемых помещениях, и управляет числом подключаемых каскадов системы. Такая система используется на танкерах от 40000 до 85000 тонн и по сути своей является интеллектуальной. В зависимости от степени тяжести аварии последовательно подключаются части системы для борьбы с ней.

В силу того что, применение цифрового регулятора повышает качество управления, систему управления с алгоритмом управления второго порядка с прямой связью (Ostin) будем рассматривать как аналог разработанной системы оптимального управления, так как они имеют одни и те же регулируемые переменные и сопоставимые качественные характеристики.

7.3 Обоснование критериев сравнения разрабатываемого устройства с аналогом

Представим сравнительный анализ разработанной системы управления с аналогичной в виде таблицы 7.1. Выбор номенклатуры критериев качества будем производить в соответствии со стандартами Морского Регистра России от 18.06.2005 г раз. 18, ст. 9.

Расчет интегрального показателя качества разработки будем вести по формуле:

где qi - весовой коэффициент i-го параметра;

Kxi - значение i-го параметра в относительных единицах;

n - количество критериев;

IT - интегральный показатель качества разработки.

Таблица 7.1 Интегральный показатель качества разработки

№	Критерии качества	Вес	Новая разработка	Аналог
			Значение	Кх	q*Kx	Значение	Кх	q*Kx
1	Точность	0,4	99%	9	3,6	98%	8	3,2
2	Экономичность	0,2	5 т/ч	8	1,6	5 т/ч	8	1,6
3	Функциональность	0,1	+	6	0,6	+	6	0,6
4	Безопасность	0,05	+	7	0,35	±	6	0,3
5	Надежность	0,05	12тыс.ч	8	0,4	8тыс.ч	5	0,25
6	Габариты, вес	0,04	средние	8	0,32	большие	6	0,24
7	Быстродействие	0,15	150 мин	7	1,05	180 мин	6	0,9
8	Эргономичность	0,01	+	9	0,09	±	8	0,08
	1=1	1	Абс.пок.кач.	8,01	Абс.пок.кач.	7,17

На основании полученных данных (табл. 7.1) видно, что абсолютный показатель качества разработки составляет IT=8,01. Относительный показатель качества разработки равен: IT0=ITр/ITа=8,01/7,17=1,12>1, следовательно, разработанная система имеет преимущество перед аналогом и делает процесс диагностики подсистем более эффективным.

7.4 Расчет затрат на этапе проектирования

Для расчета затрат на этапе проектирования определим продолжительность каждой работы (начиная с составления технического задания (ТЗ) и до оформления документации включительно. Продолжительность работ рассчитаем по экспертным оценкам по формуле:

to = (3tmin +2tmax)/5,(7.1)

где to - ожидаемая длительность работы:

tmin и tmax - соответственно наименьшая и наибольшая, по мнению эксперта длительность работы.

Все расчеты сведем в таблицу (табл. 7.2).

Таблица 7.2 Ожидаемые длительности работ на этапе проектирования

Наименование работы	Длительность работы, дн.
	миним.	макс.	ожидаемая
1. Разработка ТЗ	2	4	3
2. Анализ ТЗ и работа с источниками	6	12	9
3. Разработка программного обеспечения	11	18	14
4. Выбор исполнительных органов и механизмов	2	4	3
5. Выбор датчиков	2	4	3
6. Оформление плакатов	2	4	3
7. Оформление пояснительной записки	17	20	19

Для определения продолжительности этапа проектирования Тп по данным таблицы 7.2 построим график организации работ во времени (рис. 7.2). При построении графика расположим работы с некоторой параллельностью.

Рис. 7.1. График организации работ на этапе проектирования

Капитальные затраты на этапе проектирования Кп рассчитаем по формуле:

Кп = Zп + Мп + Нп,(7.2)

где Zп -заработная плата проектировщика задачи на всем этапе проектирования Тп ;

Мп - затраты за использование ЭВМ на этапе проектирования;

Нп - накладные расходы на этапе проектирования.

Одним из основных видов затрат на этапе проектирования является заработная плата проектировщика, которую рассчитаем по формуле:

Zп = zд Тп (1 + ас /100) (1 + ап /100),(7.3)

где zд -дневная заработная плата разработчика задачи на этапе проектирования; ас - процент отчислений на социальное страхование (ас=37%); ап - процент премий.

Zп = 80*54*(1 + 37/100) (1 + 25/100)=7398 руб. (7.4)

При расчете Мп учтем время на подготовку исходных текстов программ, их отладку и решение контрольного примера.

М= Cп tп + Cд tд,(7.5)

где Cп и Cд - соответственно стоимость 1 часа процессорного и дисплейного времени; tп и tд - необходимое для решения задачи процессорное и дисплейное время соответственно (час).

Мп=36дней*8часов*9,35 руб/час=2688 руб. (7.6)

Накладные расходы на этапе проектирования будут составлять:

Нп=0,8*7398=5920 руб. (7.7)

Тогда капитальные затраты на этапе проектирования равны:

Кп =7398+2688+5920 = 16004 руб. (7.8)

7.5 Расчет трудоемкости разработки программного продукта

Определение трудоемкости t по этапам работ, связанных с разработкой ПП выполним по данным таблицы 7.3.

Таблица 7.3 Продолжительность этапов работ, в процентах

Наименование этапа разработки ПП	Размер ПП, n
	0 < n < 2
1. Формулирование и анализ требований	10
2. Проектирование ПП(разработка алгоритмов)	19
3. Программирование
3.1. исх.текст и его автономная отладка	21
3.2. отладка процедур	42
4. Отладка контрольного примера (моделирование и т.п.)	18

После корректировки длительностей работ следует по формуле (7.4) рассчитать новое значение заработной платы Z' за период Т' (в нашем случае 14 дней). Затем по формуле аналогичной (7.8) определяем суммарные затраты на разработку ПП по формуле:

К' = Z' + M' + H',

где Z' - заработная плата (за период Т'=14 дн.)

М' - затраты на машинное время (за период Т'=14 дн.)

Н' - накладные расходы (за период Т'=14 дн.).

Таким образом:

Z' = 80*14*(1 + 37/100) (1 + 25/100)=1924 руб.

Мп=14дней*8часов*9,35 руб/час=1047 руб.

Нп=0,8*1924=1540 руб.

К' = 1924+1047+1540=4550 руб.

Цена ПП определяется по формуле

S = K' (1+ p/100),

где р - прибыль, получаемая разработчиком ПП, %.

Рекомендуется значение р брать из интервала (15-30). Предельное значение р 50%.

Тогда окончательно, получим:

S = 4550 (1+ 30/100)=6000 руб.

Далее посчитаем капитальные затраты, как сумму затрат на этапе проектирования и этапе разработки программного продукта.

К'' =Кп+К'

К"=4550+16004= 20600 руб.

7.6 Стоимостная оценка разработки

Стоимостная оценка разработки потребует разбиения всех затрат при изготовлении системы на следующие экономические составляющие: затраты на покупные изделия, основная заработная плата производственных рабочих, накладные расходы, внепроизводственные расходы.

Калькуляцию каждой составляющей затрат производится на основе спецификаций комплекта конструкторской документации. Цены, тарифы и нормативы, использованные в расчетах, взяты усреднено в целом по отрасли «Судостроение». Транспортно-заготовительные расходы приняты в размере 10 % от стоимости покупных изделий (табл. 7.4).

Таблица 7.4 Затраты на покупные изделия

Наименование	Количество, шт.	Цена единицы, руб.	Стоимость, руб.
Кабель RS-15	8	165	1320
Стяжка пластиковая 100 шт./уп.	5	20	100
Модуль ADAM 4050	1	2324	2324
Модуль ADAM 4017	6	4256	25536
Модуль ADAM 4021	1	4004	4004
Модуль ADAM 4561	1	3080	3080
Датчик влажности TS15	18	1250	22500
Датчик положения YR-256S	6	980	5880
Датчик температуры HT188974e	18	1400	25200
Разъемы RG	100	4	400
Крепеж Г-образный	100	6	600
Транспортно-заготовительные расходы (10 %)	9095
Итого	90950

При расчете основной заработной платы производственных рабочих использованы усредненные расценки стоимости работ в целом по отрасли «Судостроение». Трудоемкость и перечень видов работ установлены экспертным путем исходя из конструктивных и технологических особенностей разработки (табл. 7.5).

Таблица 7.5 Расчет основной заработной платы производственных рабочих

Вид работ	Трудоемкость, чел/час	Средняя часовая тарифная ставка, руб.	Сумма, руб.
Монтаж кабелей	18,0	50	900,0
Установка датчиков	6,0	140	840,0
Монтаж модулей на стойки	2,0	140	280,0
Сборочные работы	12,0	90	1080,0
Контрольные операции	3,0	120	360,0
Пуско-наладочные операции	20,0	420	8400
Итого основная зарплата	11860

При выполнении калькуляции полной себестоимости разрабатываемого устройства сгруппируем дополнительно затраты по способу их отнесения на себестоимость единицы продукции: прямые материальные затраты, прямые трудовые затраты, накладные расходы и внепроизводственные расходы (табл. 7.6).

Величина дополнительной заработной платы составляет 8 %, а отчисления на социальные нужды, в соответствии с действующим законодательством, - 13% к основной заработной плате производственных рабочих. Накладные расходы определены в процентном отношении к основной заработной плате производственных рабочих исходя из конструктивных и технологических особенностей разработки следующим образом: расходы на содержание и эксплуатацию оборудования - 140 %, цеховые расходы - 50 %, общезаводские расходы - 100 %. Внепроизводственные расходы принимаем в размере 5% к производственной себестоимости.

Таблица 7.6 Калькуляция полной себестоимости устройства

Наименование статьи калькуляции	Сумма, руб.
1. Покупные комплектующие изделия	90950
Итого, прямые материальные затраты:	90950
3. Основная заработная плата	11860,0
4. Дополнительная заработная плата (8 %)	948,8
5. Социальные отчисления (13 %)	1541,8
Итого прямые трудовые затраты:	14350,6
6. Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования (140 %)	16604,0
7. Цеховые расходы (50 %)	5930,0
8. Общезаводские расходы (100 %)	11860,0
Итого, накладные расходы:	34394,0
Производственная себестоимость	140 000
9. Внепроизводственные расходы (5 %)	7000
Полная себестоимость	147 000

Исходя из назначения и области применения разработки, определим величину закладываемой прибыли в размере 40 % к полной себестоимости. Размер налога на добавленную стоимость (НДС) определяем как 20 % от продажной цены разработки за вычетом уже уплаченного НДС по приобретенным материалам и комплектующим (табл. 7.7).

Таблица 7.7 Определение возможной рыночной цены

Наименование статьи калькуляции	Сумма, руб.
Полная себестоимость	147 000
Закладываемая прибыль (40 %)	58 800
Итого, продажная цена без НДС	205 800
НДС, за вычетом уплаченного НДС по приобретенным материалам и комплектующим табл. 4.2 - 4.3 (20 %)	29400
Итого, продажная цена с НДС	235 200

Полученное расчетное значение рыночной цены соответствует оценкам экспертов, а структура цены разработки аналогична усредненной по отрасли «Судостроение».

В таблице 7.8 приведен расчет цены потребления аналога и разработки. При определении единовременных капитальных затрат экспертная оценка расходов на транспортировку монтаж устройства, стоимость комплекта запасных частей составит: для аналога - 15 %, для разработки - 5 % к рыночной цене и плюс затраты на проектирование. При оценке эксплуатационных расходов экспертная оценка затрат на обслуживание, ремонт и др. составит: для аналога - 15 %, для разработки - 5 % к рыночной цене. Интегральный стоимостный показатель определится как: Ic=K+Зэ.

Таблица 7.8 Вычисление интегрального стоимостного показателя

Наименование статьи калькуляции	Аналог Сумма, руб.	Разработка Сумма, руб.
Полная себестоимость	168 000	147 000
Рыночная цена	265 000	235 200
Итого, единовременные капитальные затраты	339 750	267 560
Итого, затраты на эксплуатацию за все время работы изделия	39 750	11 760
Итого, интегральный стоимостный показатель (цена потребления)	344 500	258 720

7.7 Расчет экономического эффекта

Ожидаемый экономический эффект определяется по формуле;

Э0=Эг - Ен Кп,(7.9)

где Эг - годовая экономия

Кп - полные капитальные затраты

Ен - нормативный коэффициент (Ен=0,15)

Годовая экономия Эг складывается из экономии эксплуатационных расходов и экономии в связи с повышением производительности труда пользователя. Таким образом, получаем;

Эг = (Р1 - Р2) +Рп, (7.10)

где Р1 и Р2 - соответственно эксплуатационные расходы до и после внедрения: Рп - экономия от повышения производительности труда пользователя. Эксплуатационные расходы до внедрения составляли 39 750 рублей. После внедрения они будут составлять 11 760 рублей.

Экономия, связанная с повышением производительности труда Рп пользователя определяется по формуле:

Рп = Zп (( Тj /(tj -Тj))100)/100, (7.11)

где Zп - среднегодовая заработная плата пользователя, tj - время, которое планировалось пользователю для выполнения работы j-го вида до внедрения разработанных программ (час).

Таким образом, получим:

Рп = 36000*10/100=36000 руб,

Эг =(39750- 11760)+36000=63 990 руб,

Э0=63 990 - 0,15 16004=61 590 руб.

7.8 Сравнительная технико-экономическая эффективность разработки

Интегральный технико-экономический показатель определяется как

,

где - интегральный технико-экономический показатель; - интегральный стоимостный показатель (цена потребления).

Сравнительная технико-экономическая эффективность разработки

,

где - сравнительная технико-экономическая эффективность разработки;

- интегральный технико-экономический показатель разработки;

- интегральный технико-экономический показатель аналога.

Подставив рассчитанные данные, имеем:

=(8,01/258720) / (7,17/344500) = 1,48

Рассчитанные технико-экономические показатели разработки и показатели аналога, взятые из стандартов Морского Регистра России от 18.06.2005 г раз. 18, ст. 9 сведем в единую таблицу 7.9.

Таблица 7.9 Сравнение технико-экономических показателей аналога и разработки

№ п/п	Параметры и характеристики	Значения аналога	Значения разработки
Технические показатели
1	Точность, %	99	98
2	Экономичность, т/ч	5	5
3	Функциональность, ±	+	+
4	Безопасность, ±	+	±
5	Надежность, тыс.ч.	12	8
6	Габариты	средние	большие
7	Быстродействие, мин	150	180
8	Эргономичность, ±	+	±
Экономические показатели
9	Полная себестоимость АС, руб	168 000	147 000
10	Рыночная цена Ц0, руб	265 000	235 200
11	Единовременные капитальные затраты К, руб	339 750	267 560
12	Затраты на эксплуатацию за все время работы изделия , руб	39 750	11 760
13	Интегральный стоимостный показатель Ic, руб	344 500	258 720
14	Экономический эффект Э0, руб	16 200	61 590
15	Сравнительная технико-экономическая эффективность Эср, ед	1,48

После выполнения расчетов технико-экономических показателей было получена сравнительная технико-экономическая эффективность равная 1,48, что свидетельствует о положительной оценке целесообразности внедрения разработки. Расчеты интегральных показателей выявили востребованность разработки с позиции потребителя. Рыночная цена разработки и применение в ней современных технологий делают систему диагностики состояния подсистем танкера особо привлекательной для потребителя относительно имеющихся аналогов.

8. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА

Рассмотрим безопасность разработки в процессе ее эксплуатации с точки зрения оператора системы контроля подсистем танкера.

Использование компьютеров в различных сферах производственной деятельности выдвигает проблему оптимизации условий труда оператора ПЭВМ, ввиду формирования при этом целого ряда неблагоприятных для человека факторов: высокая интенсивность труда, монотонность производственного процесса, гипокинезия и гиподинамия, специфические условия зрительной работы, наличие электромагнитных излучений, тепловыделений и шума от технологического оборудования.

Учитывая актуальность проблемы охраны здоровья человека при работе с ПЭВМ, необходимо рассмотреть требования к организации и условиям труда оператора системы контроля состояния подсистем танкера.

8.1 Оценка напряженности работы оператора ПЭВМ

Внедрение современных компьютеров имеет как положительные, так и отрицательные моменты. С одной стороны, это обеспечение более высокой эффективности производства за счет совершенствования технологического процесса и повышения производительности труда, а с другой, - увеличение нагрузки на работающих в связи с интенсификацией производственной деятельности и специфическими условиями труда.

Выполнение производственных операций с помощью ПЭВМ связано с восприятием изображения на экране и одновременным различением текста рукописных или печатных материалов, выполнением машинописных, графических работ и других операций.

Работа операторов требует повышенных умственных усилий и большого нервно-эмоционального напряжения, решения в ограниченное время сложных задач, высокой концентрации внимания и особой ответственности выполняемого задания.

Нагрузка на зрение и напряжённый характер труда вызывает у операторов нарушения функционального состояния зрительного анализатора и центральной нервной системы. В процессе работы у них снижается устойчивость ясного видения, электрическая чувствительность и лабильность зрительного анализатора, острота зрения и объем аккомодации, а также нарушается мышечный баланс глаз [24].

Повышенное зрительное напряжение при работе с ПЭВМ обусловлено не только напряженным характером труда, но и рядом неблагоприятных факторов, а именно: постоянной переадаптацией глаз в условиях наличия в поле зрения поверхностей различной яркости, приспособлением к различению разно удаленных объектов, недостаточной четкостью и контрастностью изображения на экране, строчностью его структуры, яркостными мельканиями, плохим качеством исходного документа, используемого при работе в режиме ввода данных. При этом зрительное напряжение усугубляется наличием ярких пятен за счет отражения светового потока на клавиатуре и экране, неравномерностью освещения рабочих поверхностей, большим перепадом яркости между рабочей поверхностью и окружающими поверхностями.

Выполнение многих операций при работе с ПЭВМ требует длительного статического напряжения мышц спины, шеи, рук и ног, что приводит к быстрому развитию утомления. Основными причинами этого являются: нерациональная высота рабочей поверхности стола и сидения, отсутствие опорной спинки и подлокотников, неудобные углы сгибания в плечевом и локтевом суставах, угол наклона головы, неудобное размещение документов, видеотерминала и клавиатуры; неправильный угол наклона экрана; отсутствие пространства и подставки для ног.

Для того чтобы оценить степень напряженности труда оператора, воспользуемся существующими «Гигиеническими критериями оценки условий труда по показателям вредности и опасности факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса». Проанализируем напряженность работы оператора, сгруппировав все показатели трудового процесса по видам нагрузок: интеллектуальные нагрузки, сенсорные нагрузки, эмоциональные нагрузки, а также дополнительно рассмотрим монотонность нагрузок и режим работы оператора.

1. Интеллектуальные нагрузки.

1.1. Содержание работы. Оператор решает сложные задачи с выбором действий по известным алгоритмам (класс условий труда 3.1).

1.2. Восприятие сигналов и их оценка. Так как программа, в которой разработан монитор управления процессом, сама отслеживает значения характеристик и сопоставляет их с требуемыми, то оператор только воспринимает сигналы от программы и корректирует свои действия в соответствии с ними (класс 2).

1.3. Распределение функций по степени сложности задания. Оператор осуществляет обработку, проверку и контроль за выполнением задания (класс 3.1).

1.4. Характер выполняемой работы. Работа оператора происходит по установленному предприятием графику (класс 2).

2. Сенсорные нагрузки.

2.1. Длительность сосредоточенного наблюдения. Так как при нормальном режиме работы сосредоточенного наблюдения за процессом не требуется, то в среднем оператор тратит на него 26-50% от времени смены (класс 2).

2.2. Плотность сигналов (световых, звуковых) и сообщений в среднем за 1 ч работы. Информационными сигналами для оператора являются графики и таблицы изменения параметров. Плотность сигналов - более 300 в час (класс 3.2).

2.3. Число производственных объектов одновременного наблюдения. Для оператора объектами одновременного наблюдения служат дисплей, клавиатура и т. п., всего около 5-и объектов (класс 1).

2.4. Размер объекта различения в мм при длительности сосредоточенного внимания. Этот параметр соответствует классу 2 для оператора.

2.5. Работа с оптическими приборами (микроскоп, лупа и т. п.) при длительности сосредоточенного наблюдения. Так как операторская работа не предполагает работы с оптическими приборами, то отнесем ее к классу 1.

2.6. Наблюдение за экраном видеотерминала. Оператор наблюдает информацию в буквенно-цифровом виде 2-3 часа в смену, а в графическом виде 3-5 часов (класс 2).

2.7. Нагрузка на слуховой анализатор. В операторской разборчивость слов и сигналов составляет 70-90 %, слышимость на расстоянии до 3,5 м (класс 2).

2.8. Нагрузка на слуховой аппарат. Суммарное количество часов, наговариваемых оператором в неделю, невелико - до 16 (класс 1).

3. Эмоциональные нагрузки.

3.1. Степень ответственности за результат собственной деятельности, значимость ошибки. Оператор несет ответственность за функциональное качество конечной работы. Его ошибка может повлечь за собой повреждение оборудования, остановку ТП (класс 3.2).

3.2. Степень риска для собственной жизни. Если условия, в которых работает оператор, соответствуют нормам безопасности, то риск для жизни оператора исключен (класс 1).

3.3. Степень ответственности за безопасность других лиц. Так как оператор отвечает за ход ТП, то он ответственен за безопасность других лиц (класс 3.2).

4. Монотонность нагрузок.

4.1. Число элементов (приемов), необходимых для реализации простого задания или в многократно повторяющихся операциях. Оно колеблется в пределах 6-9 (класс 2).

4.2. Продолжительность выполнения простых производственных заданий или повторяющихся операций. Для оператора этот показатель составляет от 25 до 100 секунд (класс 2).

4.3. Время активных действий. Оператор реагирует на возникновение предаварийной ситуации, что случается редко, поэтому время активности оператора составляет 5-9% от времени смены (класс 3.1).

4.4. Монотонность производственной обстановки. Оператор пассивно наблюдает за процессом 81-90% времени смены (класс 3.1).

5. Режим работы.

5.1. Продолжительность рабочего дня. Для операторов она составляет 8 часов (класс 2).

5.2. Сменность работы. Операторы работают в 3 смены (класс 3.1).

5.3. Наличие регламентированных перерывов и их продолжительность. При правильной организации труда введение перерывов на отдых в счет рабочего времени способствует улучшению функционального состояния организма работника и обеспечивает высокую производительность его труда. Рекомендуемая длительность перерыва: от 7% рабочего времени (класс 1).

Таким образом, в результате анализа напряженности труда оператора ТП выявлено 5 показателей, отнесенных к классу 3.1 и 3 показателя, отнесенных к классу 3.2. В соответствии с этим, труд оператора ТП относится к 3-му «вредному» классу 1-ой степени напряженности. Первая степень третьего класса (3.1) - это условия труда, характеризующиеся такими отклонениями уровней вредных факторов от гигиенических нормативов, которые вызывают функциональные изменения, восстанавливающиеся, как правило, при более длительном (чем к началу следующей смены) прерывании контакта с вредными факторами и увеличивают риск повреждения здоровья. В связи с этим необходимо разработать мероприятия по компенсации либо устранению негативного влияния вредных факторов производства.

8.2 Санитарно-гигиенические требования к условиям труда операторов

Условия труда операторов ПЭВМ характеризуются возможностью воздействия на них комплекса факторов: шума, тепловыделений, вредных веществ, ионизирующих и неионизирующих излучений, специфических условий зрительной работы, параметров технологического оборудования и рабочего места.

Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам и к организации работы с ними подробно изложены в СанПиН2.2.2.542-96. Приведем наиболее важные аспекты организации персонального места оператора, работающего за компьютером.

Высота рабочей поверхности стола оператора должна регулироваться в пределах 680-800 мм; при отсутствии такой возможности высота рабочей поверхности стола должна составлять 725 мм. Модульными размерами рабочей поверхности стола, 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. Рабочий стул (кресло) должен быть подъемно-поворотным и регулируемым по высоте и углам наклона сиденья и спинки, а так же - расстоянию спинки от переднего края сиденья. Конструкция его должна соответствовать нормам. 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.

Конструкция, дизайн и совокупность эргономических параметров дисплея должны обеспечивать надежное и комфортное считывание отображаемой информации. Конструкция монитора должна обеспечивать возможность поворота корпуса в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси в пределах ±30 градусов и в вертикальной плоскости вокруг горизонтальной оси в пределах ±30 градусов с фиксацией в заданном положении. Корпус монитора должен быть окрашен в спокойные мягкие тона с диффузным рассеиванием света. Корпус, клавиатура и другие блоки и устройства ПЭВМ должны иметь матовую поверхность одного цвета с коэффициентом отражения 0,4-0,6 и не иметь блестящих деталей, способных создавать блики. Конструкция дисплея должна предусматривать наличие ручек регулировки яркости и контраста. В целях защиты от электромагнитных и электростатических полей допускается применение приэкранных фильтров, специальных экранов и других средств индивидуальной защиты. Конструкция ПЭВМ должна обеспечивать мощность экспозиционной дозы рентгеновского излучения в любой точке на расстоянии 0,05 м от экрана при любых положениях регулировочных устройств, не превышающую 7,74x10 А/кг, что соответствует эквивалентной дозе, равной 0,1 мбэр/час (100 мкР/час).

Площадь на одно рабочее место должна составлять не менее 6,0 кв.м, а объем не менее 20,0 куб.м. Схемы размещения рабочих мест операторских должны учитывать расстояния между рабочими столами с видеомониторами, которое должно быть не менее 2,0 м, а расстояние между боковыми поверхностями видеомониторов - не менее 1,2 м.

Помещения с ПЭВМ должны иметь естественное и искусственное освещение. Естественное освещение должно осуществляться через светопроемы, ориентированные преимущественно на север и северо-восток и обеспечивать коэффициент естественной освещенности (КЕО) не ниже 1,2% в зонах с устойчивым снежным покровом и не ниже 1,5% на остальной территории. Искусственное освещение в помещениях эксплуатации ПЭВМ должно осуществляться системой общего равномерного освещения. Освещенность на поверхности стола в зоне размещения рабочего документа должна быть 300-500 лк.

Операторские не должны граничить с помещениями, в которых уровни шума и вибрации превышают нормируемые значения (механические цеха, мастерские, гимнастические залы и т.п.). В операторских уровень шума на рабочем месте не должен превышать 50 дБА. Шумящее оборудование (АЦПУ, принтеры и т.п.), уровни шума которого превышают нормированные, должно находиться вне помещения с ПЭВМ. Снизить уровень шума можно использованием звукопоглощающих материалов с максимальными коэффициентами звукопоглощения в области частот 63 - 8000 Гц для отделки помещений (разрешенных органами и учреждениями Госсанэпиднадзора России).

Помещения с ПЭВМ должны оборудоваться системами отопления, кондиционирования воздуха или эффективной приточно-вытяжной вентиляцией. Для внутренней отделки интерьера операторских должны использоваться диффузно-отражающие материалы с коэффициентом отражения для потолка - 0,7-0,8; для стен - 0,5-0,6; для пола - 0,3-0,5.

В операторских должны обеспечиваться оптимальные параметры микроклимата. Температура воздуха на рабочем месте в холодный период года должна быть от 22 до 24°С, и в теплый период года - от 23 до 25°С. Относительная влажность воздуха в операторской должна составлять 40 - 60%. Скорость движения воздуха должна быть 0,1 м/с. Содержание вредных химических веществ в производственных помещениях, работа на ПЭВМ в которых является основной, не должно превышать "Предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест".

Режим работы и продолжительность обеденного перерыва определяется действующим законодательством о труде. При 8-ми часовой рабочей смене оператора регламентированные перерывы следует устанавливать через 1,5-2,0 часа от начала рабочей смены и через 1,5-2 часа после обеденного перерыва продолжительностью 20 минут каждый или продолжительностью 15 минут через каждый час работы. Во время регламентированных перерывов с целью снижения нервно-эмоционального напряжения, утомления зрительного анализатора, устранения влияния гиподинамии и гипокинезии, предотвращения развития познотонического утомления целесообразно выполнять комплексы специальных упражнений. С целью уменьшения отрицательного влияния монотонии целесообразно измененять содержание работ.

Операторы должны проходить обязательные предварительные (при поступлении на работу) и периодические медицинские осмотры в порядке и в сроки, установленные Минздравмедпромом России и Госкомсанэпиднадзором России. К непосредственной работе с ПЭВМ допускаются лица, не имеющие медицинских противопоказаний.

8.3 Оценка возможности возникновения чрезвычайной ситуации

При проектировании любого объекта необходимо учесть его соответствие нормам безопасности, а также оценить возможность возникновения чрезвычайных ситуаций. Анализ появления негативных реакций системы в процессе ее эксплуатации удобно представить в виде так называемого «дерева отказов» [26].

Так как разработанный интерфейс предполагает его использование в реальных условиях функционирования системы, т.е., например, на нефтеналивном танкере, то возможным нежелательным событием связанным с работой оператора является возникновение аварии.

Построим «дерево отказов» (рис.35), в котором «Возникновение аварии» является головным событием. Для его предотвращения необходимо рассмотреть все возможные причины его появления.

Возникновение аварии подразумевает выход из строя оборудования, поэтому будем его рассматривать как событие, происходящее одновременно с одним из анализируемых ниже.

Взаимоисключающими событиями являются появление и отсутствие сообщения оператору о предаварийной ситуации. Предположим, оператор не получил сообщения. Причиной этого может стать обрыв канала связи между оператором и системой или отказ компьютера. Разберем подробнее причины отказа компьютера. Таковых существует несколько: отключение электроэнергии в операторской, скачок напряжения в сети; а также возможен случай, когда компьютер работает бесперебойно, но ввиду его загруженности (например, из-за большого количества одновременно работающих программ) не хватает оперативной памяти. Причины этой ветви «дерева отказов» исчерпаны, поэтому перейдем к следующей.

Допустим, сообщение дошло до оператора. К аварии в этом случае могут привести либо неправильные действия оператора, либо отсутствие его реакции вообще. Оператор мог нажать не на ту кнопку по сигналу тревоги, если: он неопытен, или низко квалифицирован (недостаток образования), или просто ошибся, причины чего разбирать не будем. Если оператор не отреагировал на сообщение о предаварийной ситуации, значит он по каким-то причинам находился вне операторской или был недостаточно внимательным в процессе работы. Причиной снижения бдительности оператора может быть утомление или нездоровье, а также внимание оператора могли отвлечь внешние раздражители.

Таким образом, мы подробно разобрали возможные причины возникновения аварии и пришли к следующим выводам. Для обеспечения нормальной работы системы необходимо:

* перед работой проверить состояние канала связи;

* обеспечить бесперебойную работу компьютера;

* запретить загружать одновременно несколько емких программ;

* производить тщательный отбор операторов;

* запретить оставлять монитор без присмотра;

* создать оптимальные условия труда оператора.

8.4 Экологичность проекта

Будем рассматривать экологичность проекта с позиции возникновения аварийной ситуации, которая может привести к затоплению судна и воздействие последствий аварии на окружающую среду.

По статистике нефтеналивные танкеры наиболее часто подвергаются воздействию пожаров, которые приводят к взрывам и, как следствие, затоплению судна. Пожароопасные ситуации чаще всего возникают на судах перевозящих легковоспламеняющиеся грузы. Это связано, во-первых, с несовершенством существующих систем диагностики состояния судна, во-вторых, с несвоевременным предупреждением персонала о возникновении пожара. На танкерах пожароопасные ситуации возникают преимущественно в танках, затем в машинном отделении и в последнюю очередь в жилых и подсобных помещениях. Как известно нефть содержит в своем составе огромное количество веществ. При вдыхании паров сырой нефти человеком может возникнуть раздражение верхних дыхательных путей. Одной из подсистем в системе пожаротушения является система инертных газов, закачиваемых в танки для уменьшения самовоспламенения. Инертные газы, также отрицательно могут влиять на окружающую среду, поэтому на танкерах осуществляется непрерывный контроль за давлением инертных газов в танках; ведется непрерывное слежение за возможными их утечками.

При сжигании нефтепродуктов возникает огромное количество неорганических продуктов сгорания, отрицательно влияющих на окружающую среду. За предупреждение процессов возгорания и горения в системе пожаротушения существует несколько подсистем, таких как: система пенотушения, система углекислотного тушения, система водотушения. При попадании тушащей пены в морскую воду происходит ее разложение на составляющие группы мыл, которые отрицательно влияют на флору и фауну. Для предупреждения растекания пены на судах в простенках между корпусами ставятся отстойно-очистительные цистерны.

Для предупреждения растекания нефтепродуктов в случае аварии судно выполняется с двумя корпусами, вложенными друг в друга. Также существует система распространения гранулированных компаундов поглощающих нефтепродукты, находящиеся на поверхности воды. Также нефтепродукты с поверхности собираются с помощью насосов, перекачивающих их в специальный отстойные танки, расположенные в носовой части корпуса судна.

При возникновении аварийной ситуации на пустом танкере, например идущем на погрузку, может возникнуть проблема растекания мазута по поверхности воды. Мазут как и нефть покрывает поверхность воды очень тонкой пленкой, единственной отличие состоит в том, что нефть по сравнению с мазутом более густая и поэтому мазут при растекании занимает большие площади. Методы борьбы с такого рода авариями точно такие же как и при растекании нефти - использование боновых заграждений, перекачка загрязненной воды в отстойные цистерны и танки, использование различных сорбентов поглощающих нефтепродукты.