Рис.2.19. Функциональная схема управления шиберами в тоннеле: U_П - напряжение питания механизма; U_У - сигнал управления исполнительным механизмом; б - угол поворота рычага; R_В - аэродинамическое сопротивление воздуха, Q - расход наружного воздуха.

Конструкция управляемых шиберов предусматривает «свободный» проход поездов при полностью открытых шиберах.

Рис.2.20. Схема регулятора воздухораспределения: 1 - шиберы,

2 - МЭО , 3 - передаточное устройство

Математическую модель управляемых шиберов можно представить в виде пропорционального (усилительного) звена. Следовательно, передаточная функция будет иметь вид:

(2.8)

Коэффициент усиления УШ К_УШ определяется из следующих условий: выходная величина R [] - аэродинамическое сопротивление участка, входная б [рад] - угол поворота управляемых шиберов. Значения аэродинамического сопротивления были рассчитаны по данным [8]. Данные представлены в табл.2.1.

Таблица 2.1

б, рад	0	0,26	0,52	0,79	1,05	1,31	1,57
RТ*,	1,6	1,748	1,832	2,046	2,327	2,791	3,304

По таблице 2.1 строим график зависимости R от б (рис.2.21).

Рис.2.21. Зависимость аэродинамического сопротивления регулятора R от угла поворота шиберов

Проведем линеаризацию несущественных нелинейностей и вычислим коэффициент регулятора, как отношение выходной величины к входной:

, .

Диапазон изменения: [].

Выбираем для предполагаемого диапазона рабочих углов шиберов номинальное значение данного коэффициента из полученного диапазона:

[].

Линеаризация характеристики УШ R_Т = f(б) требует ввода постоянной составляющей [].

Структурно УШ представлен на рис. 2.22.

Рис. 2.22 Структурная схема управляемых шиберов

2.3.3 Аэродинамический объект

Аэродинамический объект - это часть подсистемы, описывающая взаимосвязь расхода воздуха Q в тоннеле c аэродинамическим сопротивлением R участка тоннеля. Физически она представляет собой участок вентиляционной сети метрополитена, примыкающий к платформе станции, на котором установлен регулятор.

На основании работ [10,11] в качестве математической модели аэродинамического объекта было принято апериодическое звено первого порядка. Таким образом, передаточная функция запишется в виде:

(2.9)

где Т_А - постоянная времени, К_А - коэффициент, определяемый по аэродинамической характеристике, как тангенс угла наклона касательной.

Диапазон изменения Т_А : 0,4…2,2 с 10.

Строим график аэродинамической характеристики по расчетным данным [8], представленным в табл.2.2.

Таблица 2.2

RТ*,	1,6	1,748	1,832	2,046	2,327	2,791	3,304
QП ,	41,5	39,69	38,78	36,69	34,41	31,42	28,88

Рис.2.23. Зависимость расхода воздуха от аэродинамического сопротивления системы управляемых шиберов.

Как видно из графика (рис.2.23), зависимость Q от R имеет слабовыраженный нелинейный характер. При увеличении аэродинамического сопротивления расход воздуха уменьшается, что согласуется с физикой протекающих процессов. Значит, коэффициент К_А должен отражать обратно пропорциональную зависимость, т.е. быть отрицательным.

Рассчитаем коэффициент К_А :

, .

Диапазон изменения: []. Для расчета будем использовать номинальное значение: [], соответствующее ожидаемому рабочему диапазону изменения расхода воздуха в тоннеле.

Диапазон изменения Т_А: 0,4…2,2 с. 9.

Структурно аэродинамический объект представлен на рис.2.24.

Линеаризация статической характеристики аэродинамического объекта Q = f (R) требует ввода постоянной составляющей Q₀ = 53 .

2.3.4 Датчик расхода воздуха

В системе используется интеллектуальный датчик разности давлений серии Метран-100 (модель 1411) [13]. В пункте 2.2.5 представлено его подробное описание.

Передаточную функцию такого элемента можно представить в виде коэффициента усиления К_ДТВ, который рассчитывается из следующих соображений. Максимальное значение расхода воздуха достигает 53 , чему должен соответствовать максимальный выходной сигнал 10В, т.е.

(2.10)

Структурная схема датчика приведена на рис. 2.25.

Q_ТВ U_Q2

Рис.2.25 Структурная схема датчика расхода воздуха

2.3.5 Математическая модель САУ УШ

По рассмотренным выше математическим моделям звеньев, входящих в данную систему, составлена обобщенная математическая модель системы управления подвижными шиберами (рис.2.26).

Рис.2.26. Обобщенная математическая модель системы управления подвижными шиберами

Из рис.2.26 выведем выражение для объекта управления, которое будет иметь следующий вид:

(2.11)

Обозначим и перейдем от символической формы представления (2.11) к дифференциальному уравнению:

(2.12)

Теперь представим объект управления в форме Коши, для этого введем переменные состояния:

Тогда, исходя из (2.12), система уравнений в форме Коши примет вид:

2.4 Математическая модель системы управления тепловым режимом на станции

Систему управления тепловым режимом на платформе станции (рис.2.1) можно разделить на две подсистемы: система управления расходом воздуха ВТЗ (САУ ВТЗ) и система управления расходом воздуха управляемых шиберов (САУ УШ).

Передаточная функция САУ ВТЗ имеет вид:

Передаточная функция САУ УШ имеет следующий вид:

2.5 Выводы

В данной главе была исследована система вентиляции на станции «Речной вокзал» Новосибирского метрополитена. Приведены функциональные схемы и дано поэлементное описание системы управления производительностью вентилятора воздушно-тепловой завесы и системы управления шиберами.

Исследована математическая модель процесса воздухообмена и теплового режима на платформе станции. Математическая модель разделена на две подсистемы: подсистема управления производительностью вентилятора воздушно-тепловой завесы (САУ ВТЗ) и подсистема управления шиберами (САУ УШ), установленными в тоннеле метрополитена.

В результате составлена обобщенная структурная схема системы управления тепловым режимом на платформе станции. Полученные математические модели будут использованы при решении задачи синтеза САУ ВТЗ и САУ УШ.

3  СИНТЕЗ алгоритмов управления тепловым режимом на станции

3.1 Расчет регулятора САУ ВТЗ

3.1.1 Постановка задачи синтеза регулятора САУ ВТЗ

Целью функционирования синтезируемой системы управления является поддержание необходимого расхода воздуха в тоннеле метрополитена.

Требования, предъявляемые к качеству переходных процессов в системе управления производительностью вентилятора воздушно-тепловой завесы (САУ ВТЗ): t_п 10 с, 30%, 5%

Математическую модель объекта можно рассматривать как последовательное соединение двух апериодических звеньев и трех коэффициентов усиления. Звено второго порядка имеет постоянную времени T = 2.44 (c.) и коэффициент демпфирования d =1,0246. Передаточная функция объекта представляется в виде последовательного соединения двух апериодических звеньев и коэффициентов усиления:

(3.1)

T₁=3 с. , T₂=2 c.

3.1.2 Построение ЛАЧХ объекта для статической системы

Асимптотическая ЛАЧХ звена второго порядка при d=1.0246 имеет два «излома» на частотах щ₁=1/T₁ = 0.33 с^-1 , щ₂=1/T₂ = 0.5 с^-1 .

Объект управления представляет собой последовательную цепочку типовых звеньев (два апериодических звена), поэтому можно представить, суммируя ЛАЧХ отдельных звеньев. При этом будет производиться следующая процедура построения :

- на частоте щ = 1 фиксируем точку с амплитудой дБ;

- отмечается частота сопряжения ;

- до частоты сопряжения щ₁ строится низкочастотная асимптота , проходящая через точку L=16.97 дБ, далее происходит излом и до частоты щ₂ асимптотическая ЛАЧХ строится под наклоном -20 дБ/дек.;

-на частоте сопряжения щ₂ происходит излом асимптотической ЛАЧХ объекта. Асимптота проводится под наклоном -40 дБ/дек.

3.1.3 Построение желаемой ЛАЧХ

Желаемая ЛАЧХ строится по требованиям к качеству работы замкнутой системы в статике и динамике. Для удобства построения ЛАЧХ регулятора предлагается выровнять ЛАЧХ объекта и желаемую ЛАЧХ. При этом строится измененная характеристика объекта с учетом коэффициента регулятора (k_р), найденного из условий статики:

Это позволяет при построении желаемой ЛАЧХ ориентироваться только на требования динамики ().

Наибольшее влияние на свойства замкнутой системы оказывает средне частотная асимптота желаемой ЛАЧХ, которую выбирают по условиям динамики. Для того, чтобы обеспечить требуемые свойства, ее наклон всегда должен быть равен -20 дБ/дек.

Частота среза выбирается по заданному быстродействию замкнутой системы:

Выберем щ_с = 1 с^-1, lg щ_с=lg1=0 дек.

Длина среднечастотного участка желаемой ЛАЧХ ограничивается запасом устойчивости по модулю дБ, который откладывается вверх и вниз по оси ординат (находим по номограммам в зависимости от требуемого перерегулирования).

В области низких частот желаемая ЛАЧХ совпадает с ЛАЧХ объекта; в области высоких частот эти две характеристики параллельны.

Для удобства построения ЛАЧХ регулятора предлагается выровнять ЛАЧХ объекта и желаемую ЛАЧХ. При этом строится измененная характеристика объекта с учетом коэффициента регулятора (k_р), найденного из условий статики:

(3.2)

Для расчета , задается относительная ошибка по ускорению . И из выражения

(3.3)

определяется значение .

3.1.4 Расчет корректирующего звена

Асимптотическая ЛАЧХ корректирующего звена определяется в соответствии с основным соотношением частотного метода:

(3.4)

ЛАЧХ объекта, регулятора и желаемая ЛАЧХ приведены на рис.3.1

Рис.3.1. Логарифмические амлитудно - частотные характеристики

Затем по находится передаточная функция с помощью процедуры, обратной по отношению к порядку построения ЛАЧХ объекта

(3.5)



Рис.3.2. Структурная схема системы без регулятора

Результаты моделирования представлены на рис.3.3:

Рис.3.3. Переходный процесс в замкнутой системе без регулятора при постоянном возмущающем воздействии

При переменном возмущающем воздействии график переходного процесса представлен на рис. 3.4:



Рис.3.4. Переходный процесс в замкнутой системе без регулятора с переменным возмущающим воздействием

Рис. 3.5 Структурная схема замкнутой системы с регулятором

Результаты моделирования:



Рис.3.6. Переходный процесс в замкнутой системе с регулятором

Рис. 3.7 Переходный процесс в замкнутой системе с возмущающим воздействием, обусловленным поршневым эффектом.



Рис.3.8 Статическая ошибка в системе

Рис.3.9 Управляющее воздействие

Из рисунков видно, что переходный процесс в замкнутой системе соответствует заданным требованиям.

3.1.5 Построение ЛАЧХ объекта для астатической системы

Асимптотическая ЛАЧХ звена второго порядка при d=1.0246 имеет два «излома» на частотах щ₁=1/T₁ = 0.33, щ₂=1/T₂ = 0.5

Объект управления представляет собой последовательную цепочку типовых звеньев (два апериодических звена), поэтому можно представить, суммируя ЛАЧХ отдельных звеньев. При этом будет производиться следующая процедура построения :

- на частоте щ = 1 фиксируем точку с амплитудой дБ;

- отмечается частота сопряжения ;

- до частоты сопряжения щ₁ строится низкочастотная асимптота , проходящая через точку L=16.97 дБ под наклоном -20 дБ, далее происходит излом и до частоты щ₂ асимптотическая ЛАЧХ строится под наклоном -40 дБ/дек.;

-на частоте сопряжения щ₂ происходит излом асимптотической ЛАЧХ объекта. Асимптота проводится под наклоном -60 дБ/дек.

3.1.6 Построение желаемой ЛАЧХ

Желаемая ЛАЧХ строится по требованиям к качеству работы замкнутой системы в статике и динамике. Для удобства построения ЛАЧХ регулятора предлагается выровнять ЛАЧХ объекта и желаемую ЛАЧХ. При этом строится измененная характеристика объекта с учетом коэффициента регулятора (k_р), найденного из условий статики:

(3.6)

Это позволяет при построении желаемой ЛАЧХ ориентироваться только на требования динамики ().

Наибольшее влияние на свойства замкнутой системы оказывает средне частотная асимптота желаемой ЛАЧХ, которую выбирают по условиям динамики. Для того, чтобы обеспечить требуемые свойства, ее наклон всегда должен быть равен -20 дБ/дек.

Частота среза выбирается по заданному быстродействию замкнутой системы:

Выберем щ_с = 1 с^-1, lg щ_с=lg1=0 дек.

Длина среднечастотного участка желаемой ЛАЧХ ограничивается запасом устойчивости по модулю дБ, который откладывается вверх и вниз по оси ординат (находим по номограммам в зависимости от требуемого перерегулирования).

В области низких частот желаемая ЛАЧХ совпадает с ЛАЧХ объекта; в области высоких частот эти две характеристики параллельны.

Для удобства построения ЛАЧХ регулятора предлагается выровнять ЛАЧХ объекта и желаемую ЛАЧХ. При этом строится измененная характеристика объекта с учетом коэффициента регулятора (k_р), найденного из условий статики:

(3.7)

Для расчета , задается относительная ошибка по ускорению . И из выражения

(3.8)

определяется значение .

3.1.7 Расчет корректирующего звена

Асимптотическая ЛАЧХ корректирующего звена определяется в соответствии с основным соотношением частотного метода:

ЛАЧХ объекта, регулятора и желаемая ЛАЧХ приведены на рис.3.10

Рис.3.10. Логарифмические амлитудно - частотные характеристики

Затем по находится передаточная функция с помощью процедуры, обратной по отношению к порядку построения ЛАЧХ объекта

(3.9)

Рис. 3.11 Структурная схема замкнутой системы с регулятором

Результаты моделирования:

Рис.3.12 Переходный процесс в замкнутой системе с регулятором



Рис. 3.13 Переходный процесс в замкнутой системе с возмущающим воздействием, обусловленным поршневым эффектом

Рис.3.14 Ошибка в астатической системе

Из рис. 3.14 видно, что скоростная ошибка стремится к нулю по прошествии некоторого времени.



Рис.3.15 Управляющее воздействие

3.2 Расчет регулятора САУ УШ

3.2.1 Постановка задачи синтеза регулятора САУ УШ

Целью функционирования синтезируемой системы управления является поддержание необходимого расхода воздуха в тоннеле метрополитена.

Требования, предъявляемые к качеству переходных процессов:

(3.10)

Необходимо определить структуру и параметры регулятора, обеспечивающего требования статики и динамики при действии возмущения и помехи измерения величины расхода воздуха.

Из анализа математической модели данной системы, следует, что основным звеном, вырабатывающим сигнал управления, является реле. Эта особенность приводит к необходимости применения релейного закона управления объектом. Из-за неполной информации о модели объекта и действующих возмущениях решать задачу как задачу оптимального быстродействия затруднительно. Поэтому, синтез системы управления можно осуществить на основе организации скользящего режима, так как в этом случае вид переходного процесса зависит только от вида многообразия и не зависит от параметров объекта и возмущений. Основная идея синтеза состоит в следующем: обеспечивается желаемое движение в скользящем режиме за счет соответствующего выбора поверхности разрыва в пространстве состояния объекта управления, а затем управление выбирается таким образом, чтобы скользящие режимы по пересечению поверхностей разрыва были устойчивы, то есть траектории, начинающиеся на этом многообразии, уже не покидали бы его [12].

3.2.2 Формирование поверхности переключения

При синтезе системы со скользящим режимом математическую модель объекта управления необходимо представить в переменных состояниях (форме Коши). Имеем следующую систему:

,

где , .

Формируем желаемое дифференциальное уравнение на единицу меньшего порядка, чем уравнение объекта:

(3.11)

В статическом режиме y=V в силу свойств решения уравнения (3.11), где V - заданное входное воздействие на систему.

Параметр выбирается исходя из требований на время переходного процесса (3.10):

с^-1. (3.12)

Желаемое характеристическое уравнение примет вид:

.

Теперь формируется поверхность переключения . Вектор состояния переменных имеет вид:

.

Тогда уравнение поверхности скольжения можно записать в виде:

(3.13)

Если обеспечить выполнение условия , то показатели качества будут определяться свойствами решений дифференциального уравнения (3.11).

Для организации движения вдоль заданного многообразия (поверхности скольжения) управляющее воздействие формируется в виде:

, (3.14)

где - размах реле, соответствующий ограниченному ресурсу управления объекта.

3.2.3 Проверка устойчивости движения к поверхности переключения

Необходимо обеспечить устойчивость движения относительно поверхности переключения. Для проверки этого условия воспользуемся вторым методом Ляпунова. Выберем функцию Ляпунова - такую, чтобы . Этому условию удовлетворяет функция , где . Тогда будет стремиться к 0, если

(3.15)

Рассмотрим, когда в нашем случае выполняется условие (3.15):

(3.16)

Подставив известные параметры в уравнение (3.16), получим:

(3.17)

Теперь необходимо получить оценку параметра . Значение параметра получено путем обработки экспериментальных данных, представленных в [11]:

[].

Используя полученную оценку , подставим ее в (3.17):

=> .

Таким образом, - область значений параметра , определяющего быстродействие системы, при котором выполняется неравенство (3.17), а значит, система будет асимптотически устойчива относительно поверхности скольжения и, следовательно, в ней будет возникать скользящий режим.

3.2.4 Реализация закона управления. Расчет дифференцирующего фильтра

Для практической реализации закона управления (3.6) с целью оценки и ее производной можно использовать дифференцирующий фильтр 1-го порядка (ДФ). На рис.3.16 представлена структурная схема системы с ДФ 1-го порядка.



Передаточная функция ДФ имеет вид:

, (3.18)

где .

Малая постоянная времени выбирается исходя из того, чтобы процессы в ДФ были на порядок быстрее, чем в объекте и определяется из соотношения:

(3.19)

Поскольку в систему введено дополнительное устройство с малой инерционностью - ДФ, в ней возникают разнотемповые процессы, выделение которых производиться методом разделения движений. Для анализа свойств, процессов в замкнутой системе выделяется подсистема быстрых движений (ПБД), полученная методом расщепления ДФ, которой соответствует контур быстрых движений (КБД), представленный на рис.3.17.

Контур быстрых движений является нелинейным, для исследования его свойств используется метод гармонического баланса. В данной работе для нахождения параметров автоколебаний применяется способ Гольдфарба. Основная идея этого способа заключается в следующем: из основного уравнения метода гармонического баланса

(3.20)

выделяется частотная характеристика линейной части КБД

(3.21)

На основе этого уравнения графоаналитическим способом находятся параметры автоколебаний.

Согласно [12] передаточная функция гармонически линеаризованного нелинейного элемента имеет вид:

 (3.22)

Передаточная функция линейной части КБД (рис.3.17) с учетом (3.21), примет вид:

(3.23)

После замены p на jw и подстановки в (3.23), выделяются вещественная Re(jw) и мнимая Jm(jw) части. Затем на комплексной плоскости строится амплитудно-фазовая характеристика линейной части и АФХ нелинейного элемента (рис.3.18).

Рис.3.18. АФХ линейной части КБД (1) и обратная АФХ нелинейного элемента (2)

Таким образом, АФХ линейной части и обратная частотная характеристика нелинейного элемента , имеют точку пересечения в нуле (А=0, w=0), следовательно, автоколебаний в системе нет.

Полученные результаты согласуются с видом переходных процессов (рис.3.19-3.20), полученных моделированием системы с помощью пакета Matlab 6.5.

Рис.3.19. График управляющего воздействия

Рис.3.20. График расхода воздуха на выбранном участке вентиляционной сети метрополитена

На практике такой режим работы невозможен, т. к. высокая частота включения исполнительного механизма приведет к его преждевременному износу. Для исключения этого недостатка повысим порядок ДФ, что также сможет обеспечить фильтрацию помехи измерения.

В реальной ситуации частота переключения определяется малыми неучтенными инерционностями, а также параметрами дифференцирующего фильтра, применяемого для реализации закона управления.

Представим структурную схему системы с ДФ 2-го порядка.

Передаточная функция ДФ имеет вид:

.

, (3.24)

где - малая постоянная времени дифференцирующего фильтра (3.19), d - коэффициент, характеризующий требуемое по качеству управления распределение корней полинома (d=0.707).

Желаемые свойства системы можно получить только при условии асимптотической устойчивости КБД (рис.3.17). Контур стационарный, нелинейный. Так как используется ДФ 2-го порядка, линейная часть описывается уравнением 3-го порядка, поэтому характерным режимом работы контура являются автоколебания. Определим аналитически параметры автоколебаний способом Гольдфарба, аналогично тому, как они находились для ДФ 1-го порядка.

Передаточная функция линейной части будет иметь вид:

(3.25)

Заменим , получим:

(3.26)

Избавимся от комплексной переменной в знаменателе выражения (3.26), для этого обе части дроби домножим на комплексно - сопряженную величину:

(3.27)

Из выражения (3.27) выделим вещественную и мнимую части:

,

.

Приравниваем мнимую часть к нулю, откуда находим . Тогда линейная часть системы примет вид:

(3.28)

С учетом (3.21), (3.22) и (3.28), получим:

(3.29)

Сопоставим полученные значения А и w с полученными значениями графоаналитическим способом в пакете Mathcad. На комплексной плоскости строим амплитудно-фазовую характеристику линейной части и АФХ нелинейного элемента (рис.3.22).

Рис.3.22. АФХ линейной части КБД (1) и обратная АФХ нелинейного элемента (2)

Точка пересечения АФХ W_л(jw) и АФХ имеет координаты (-0.0063,0), следовательно, по (3.13):

,

откуда .

Частоту находим по АФХ линейной части, видя, что в точке пересечения характеристик W_л(jw) и мнимая часть W_л(jw)=0 воспользуемся соотношением:

(3.30)

Подставляя известные параметры в (3.30), определяем с^-1.

Таким образом, найденные параметры автоколебаний соответствуют значениям, рассчитанным выше, т.е. устойчивым автоколебаниям.

3.2.5 Численное моделирование переходных процессов в системе по управляющему и возмущающему воздействиям

В пакете MatLab6.5 проведено моделирование процессов замкнутой системы с дифференцирующим фильтром 2-го порядка (рис.3.21) при =2.12 с. и d=0.707.

Результаты моделирования переходных процессов по управляющему воздействию представлены на рис.3.23 - 3.25.



Рис.3.23. Графики управляющего Uy воздействия

Рис.3.24. График зависимости угла поворота управляемых шиберов от времени



Рис.3.25. График зависимости расхода воздуха на выбранном участке вентиляционной сети метрополитена от времени

Результаты моделирования переходных процессов по возмущающему воздействию представлены на рис. 3.26 - 3.29.

Рис.3.26. График возмущающего воздействия

Рис.3.27. График управляющего воздействия при действии возмущения

Рис. 3.28 График угла наклона шиберов при действии возмущения



Рис.3.29. График расхода воздуха на выбранном участке вентиляционной сети метрополитена

В результате что вид переходных процессов удовлетворяет требованиям к качеству регулирования и требованиям к МЭО.

На практике для продления срока службы исполнительного механизма целесообразно использовать реле с зоной нечувствительности, влияние которой нейтрализует автоколебательный режим и снизит частоту включения МЭО.

3.3 Выводы

В этой главе были поставлены и выполнены задачи синтеза для системы управления производительностью вентилятора воздушно-тепловой завесы (САУ ВТЗ) и системы управления шиберами, установленными в тоннеле метрополитена (САУ УШ). Расчет регулятора для САУ ВТЗ был выполнен на основе частотного метода синтеза. Синтез САУ УШ выполнен по методу, основанному на организации скользящего режима.

Численное моделирование проводилось в пакете MatLab 6.5.

4  ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

Целью задания на дипломный проект была разработка системы управления тепловым режимом на платформе станции «Речной вокзал» Новосибирского метрополитена. Процессы воздухообмена в вентиляционной сети метрополитена являются определяющими при рассмотрении вопросов повышения экономичности и безопасности проветривания. В настоящее время снижение затрат на вентиляцию метрополитена стало весьма актуальной проблемой, необходимость решения которой связана с ростом требований к энергосбережению вентиляционного оборудования при его эксплуатации.

4.1 SWOT-анализ разработки

Название данного метода анализа представляет собой аббревиатуру английских слов Strength (сила), Weakness (слабость), Opportunities (возможности), Threats (угрозы).

SWOT-анализ - это оценка слабых и сильных сторон анализируемого объекта, возможностей, стоящих перед ним, и угроз для него, а также написание заключения о развитии рассматриваемого объекта.

Целью SWOT-анализа разработки является вывод, на основе которого будут приниматься дальнейшие действия, а также четкая идентификация основных выбранных характеристик.

В первую очередь необходимо выявить сильные и слабые стороны разработки, возможности и угрозы.

4.1.1 Сильные стороны разработки

· Гибкость и универсальность разработки (возможность использовать в шахтах, метро и авто тоннелях)

· Взаимодействие со специалистами по различным направлениям

· Улучшение техникоэксплутационных показателей

· Высокая степень удовлетворения потребителя

· Снижение затраты на экнергопотребление

4.1.2 Слабые стороны разработки

· Ограниченность использования (используется только на внутреннем рынке)

· Недостаточность финансирования на внедрение проекта муниципальными властями

4.1.3 Возможности разработки

· Возможность внедрения разработки в смежные области

· Быстрый рост рынка, за счет решения актуальной на данный момент задачи

· Проведение продуманной рекламной кампании

4.1.4 Угрозы

· Медленное внедрение проекта на производство.

· Появление новых конкурентов. В современных условиях развития технологий есть угроза появления новых конкурентов, разрабатывающих более функциональные системы для снижения затрат на вентиляцию метрополитена.

· Повышение цен на расходные материалы.

· Замедление роста рынка сбыта (собственного)

4.1.5 Формирование и анализ SWOT-матрицы

Таблица 4.1
Сильные стороны	Возможности	Угрозы	Итого
	1.Возможность внедрения разработки в смежные области	2. Быст-рый рост рынка, за счет реше-ния актуальной на данный момент задачи	3.Проведение продуманной рекламной компании	1. Медлен-ное внедре-ние проекта на производство	2. Появление новых конкурентов	3. Повыше-ние цен на расход-ные материа-лы	4.Замедление роста рынка сбыта
1. Гибкость и универсальность разработки (возможность использовать в шахтах, метро и авто тоннелях)	++	++	++	-	++	++	+	+10
2.Взаимодействие со специалистами по различным направлениям	++	+	0	-	+	++	0	+5
3.Улучшение технико-эксплутацион-ных показателей	+	0	+	0	-	-	0	0
4.Снижение затраты на экнергопотребление	0	0	0	0	-	--	0	-3
Итого	+5	+3	+3	-2	+1	+1	+1	+12
Слабые стороны
1.Ограниченность использования (используется только на внутреннем рынке)	+	-	++	-	-	-	-	-2
2.Недостаточность финансирования на внедрение проекта муниципальными властями	0	-	-	-	-	--	0	-6
Итого	+1	-2	+1	-2	-2	-3	-1	-8
Общий итог	+6	+1	+4	-4	-1	-2	0	+4

Анализируя получившуюся SWOT-матрицу, можно сделать выводы о реализации конкретных возможностей в первую очередь. Если в наличие есть ресурсы, то реализуются несколько возможностей в соответствие с рангом. Отмечается от каких слабых сторон удалось избавиться в результате такого анализа. На основе взаимосвязей и оценок значимости и трудности достижения желаемых результатов делается заключение о перспективах разработки.

По результатам таблиц можно судить о следующем:

1. По общему рейтингу видно, что разработка имеет перспективы развития, так как в целом, положительные эффекты преобладают над нежелательными, но следует обратить внимание на угрозу появления на рынке конкурентов с более низкими ценами.

2. Также можно заключить, что грамотно используя возможности можно «сгладить» такие слабые стороны как: недостаточность финансирования на внедрение проекта, муниципальными властями и ограниченность использования (используется только на внутреннем рынке).

4.1.6 Заключение о перспективе разработки

На данный момент имеются определенные трудности во внедрении разработки в «жизнь» из-за недостаточного финансирования муниципальными властями. Но в случае преодоления отмеченных слабостей разработка может стать перспективной, так как у нее имеется ряд важных достоинств.

В целом разработка является перспективной, т.к. задача поддержания необходимого уровня температуры и воздухораспределения на станции метрополитена является актуальной на данный момент.

4.2 Калькуляция себестоимости научно-технической продукции

Калькулирование себестоимости научно-технической продукции производится согласно «Типовым методическим рекомендациям по планированию, учету и калькулированию себестоимости научно-технической продукции» (утв. Миннауки от 15.06.1994 РФ №ОР-22-2-46) .

1. Материалы.

Таблица 4.2
Наименование материальных затрат	Ед. изм.	Кол-во	Цена без НДС с учетом комиссионных вознаграждений, таможенных пошлин и транспортных затрат	Сумма
Научно-техническая литература	шт.	4	500	2000
Бумага для офисной техники Снегурочка А4, пачка 500 листов	шт.	1	100	100
Картридж для принтера HP LaserJet 1320	шт.	1	1700	1700
Канцелярские товары	Руб.	-	200	200
Итого				4000

2. Спецоборудование для научных (экспериментальных) работ.

Персональный компьютер с лицензионным программным обеспечением (Microsoft Windows XP Professional SP2, Microsoft Office XP SP2, MatLab 6.5) стоимостью 35000 рублей.

3. Затраты на оплату труда работников, непосредственно занятых созданием научно-технической продукции.

Разработка выполнялась инженером в течении 70 рабочих дней при восьмичасовом рабочем дне. Месячный фонд времени работы инженера 176 часов, среднемесячная заработная плата 12000 рублей.

Основная заработная плата инженера составила:

руб.

Дополнительная заработная плата составляет 20% от основной:

руб.

Затрата на оплату труда с учетом поясного коэффициента (20%):

руб.

4. Отчисления на социальные нужды.

Единый социальный налог.

- Отчисления в Пенсионный фонд (20% от затрат на оплату труда)

руб.

- Отчисления в Фонд Социального страхования (3.2% от затрат на оплату труда)

руб.

- Отчисления в Федеральный Фонд обязательного медицинского страхования (0.8% от затрат на оплату труда)

руб.

- Отчисления в Территориальный Фонд обязательного медицинского страхования (2% от затрат на оплату труда)

руб.

Итого единый социальный налог 14295.26 руб.

Страховой взнос на обязательное социальное страхование от несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний (0.2% от затрат на оплату труда)

руб.

Итого отчисления на социальные нужды 14405.22 руб.

5. Прочие прямые расходы.

Командировочные расходы составили 10000 руб.

6. Накладные расходы.

Накладные расходы составляют 30% от затрат на основную оплату труда

руб.

Форма 1-пн

Калькуляция составлена

"20" мая 200 7 г.

КАЛЬКУЛЯЦИЯ

плановой себестоимости

Многоканального регистратора импульсных сигналов

Основание для проведения работ (договор, заказ) заказ

Заказчик: Новосибирский Государственный Технический Университет

Срок выполнения работы: начало 1 апреля 2007 г.

окончание 31 мая 2007 г.



№	Наименование статей затрат	Сумма
1	Материалы	4000.00
2	Спецоборудование для научных (экспериментальных) работ	35000.00
3	Затраты на оплату труда работников, непосредственно занятых созданием научно-технической продукции	54981.81
4	Отчисления на социальные нужды	14405.22
5	Прочие прямые расходы	10000.00
6	Накладные расходы	11454.54
7	Итого:	129841.57
8	Затраты по работам, выполняемым сторонними организациями и предприятиями	0.00
9	Всего себестоимость	129841.57

5 ОХРАНА ТРУДА

5.1 Оздоровление воздушной среды в метрополитене

5.1.1 Государственные нормативные требования охраны труда

Правила, процедуры и критерии, направленные на сохранение жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности, устанавливаются нормативно-правовыми актами, содержащими государственные нормативные требования по охране труда.

Порядок разработки и утверждения нормативных актов об охране труда, а также сроки их пересмотра устанавливаются Правительством Российской Федерации. Постановление Правительства Российской Федерации от 23.05.2000 № 399 “О нормативных правовых актах, содержащих государственные нормативные требования охраны труда” обязывает все органы исполнительной власти, предприятия, учреждения, организации всех форм собственности при проектировании, строительстве (реконструкции) и эксплуатации объектов, конструировании машин, механизмов и оборудования, разработке технологических процессов, организации производства и труда соблюдать единые требования по охране труда, содержащиеся в нормативных актах.

В настоящее время действует около трёх тысяч нормативных правовых актов по охране труда. Нормативные правовые акты включают документы, основные виды которых приведены в таблице 5.1

Таблица 5.1 Основные виды правовых актов

Наименование вида нормативного правового акта	Органы, утверждающие нормативно- правовые акты
Полное	Сокращенное
Государственные стандарты системы стандартов безопасности труда	ГОСТ РССБТ	Госстандарт России, Минстрой России
Отраслевые стандарты системы стандартов безопасности труда	ОСТ ССБТ	Федеральные органы исполни- тельной власти
Санитарные правила Санитарные нормы Гигиенические нормативы Санитарные правила и нормы	СП СН ГН СаНПиН	Госкомсанэпид- надзор России
Строительные нормы и правила	СНиП	Минстрой России
Правила безопасности Правила устройства и безопасной эксплуатации Инструкции по безопасности	ПБ ПУБЭ ИБ	Федеральные органы надзора в соответствии с их компетенцией
Правила по охране труда межотраслевые	ПОТ М	Минтруда России
Межотраслевые организационно-методические документы (положения, методические указания, рекомендации)		Минтруда России, федеральные органы надзора
Правила по охране труда отраслевые	ПОТ О	Федеральные органы исполнительной власти
Типовые отраслевые инструкции по охране труда	ТОИ
Отраслевые организационно-методические документы (положения, методические указания, рекомендации)	ТОИ

Нормативные правовые акты конкретизируют и детализируют требования законодательных актов к конкретным предприятиям, производственным процессам, среде, оборудованию, должностным лицам; определяют обязанности, права и ответственность за нарушение требований законодательных и иных нормативных актов об охране труда.

Органы исполнительной власти субъектов Российской Федерации на основе государственных нормативных правовых актов, содержащих требования по охране труда, могут разрабатывать и утверждать соответствующие нормативные правовые акты по охране труда субъектов Российской Федерации

При необходимости, исходя из специфики производства, предприятия и организации разрабатывают стандарты предприятия, системы безопасности труда на основе государственных нормативных правовых актов и соответствующих нормативных правовых актов субъектов Российской Федерации.

Профессиональные союзы в лице соответствующих органов и иные уполномоченные работниками представительные органы имеют право принимать участие в разработке и согласовании нормативных правовых актов по охране труда. Координация проведения работ по разработке правил по охране труда. Координация проведения работ по разработке правил по охране труда осуществляется Министерством труда и социального развития РФ.

5.1.2 Система стандартов безопасности труда (ССБТ)

В целях комплексного решения проблемы создания безопасной техники, безопасных условий труда и эффективных средств защиты работающих создана система стандартов безопасности труда (ССБТ).

Стандартизация охватывает все уровни управления народным хозяйством и представляет комплекс стандартов, которые устанавливают нормы и требования по видам опасных и вредных производственных факторов, требования безопасности к производственным процессам, оборудованию, зданиям и сооружениям, а также требования к средствам защиты работающих. ССБТ обязывает включать разделы “Требования безопасности” в стандарты и технические условия всех категорий. Разработка ССБТ осуществляется поэтапно, начиная с 1973 года, на основе координационных планов, программ работ и отдельных графиков. Система стандартов безопасности труда непрерывно развивается и совершенствуется. В настоящее время она включает более 370 государственных и более 800 отраслевых стандартов.

Система стандартов безопасности труда - одна из систем государственной системы стандартизации (ГСС). Шифр (номер) этой системы в государственной системе стандартов - 12.

ССБТ - комплекс взаимосвязанных стандартов, содержащих требования, нормы и правила, направленные на обеспечение безопасности, сохранение здоровья и работоспособности человека в процессе труда, кроме вопросов, регулируемых трудовым законодательством.

ССБТ включает десять подсистем. В настоящее время используется шесть подсистем - 0…5. Остальные (подсистемы 6…9) в настоящее время являются резервными. В соответствии с ГОСТ 12.0.001-82. ССБТ. Основные положения, стандарты системы стандартов безопасности труда устанавливают цели, задачи и структуры системы, а также объекты стандартизации. ССБТ включает следующие подсистемы:

0 - Организационно- методические стандарты;

1 - Стандарты требований и норм по видам опасных и вредных производственных факторов;

2 - Стандарты требований безопасности к производственному оборудованию;

3 - Стандарты требований безопасности к производственным процессам;

4 - Стандарты требований безопасности к средствам защиты;

5 - Стандарты требований безопасности к зданиям и сооружениям.

Стандарты подсистемы “0” устанавливают:

- организационно-методические основы стандартизации в области безопасности труда (цели, задачи и структура системы, внедрение и контроль за соблюдением стандартов ССБТ, терминология в области безопасности труда, классификация опасных и вредных производственных факторов и др.);

- требования (правила) к организации работ, направленных на обеспечение безопасности труда (обучение работающих безопасности труда, аттестация персонала, методы оценки состояния безопасности труда и др.).

Стандарты подсистемы “1” устанавливают:

- требования по видам опасных и вредных производственных факторов, предельно допустимые значения их параметров и характеристик;

- методы контроля нормируемых параметров и характеристик опасных и вредных производственных факторов;

- методы защиты работающих от опасных и вредных производственных факторов.

Стандарты подсистемы “2” устанавливают:

- общие требования безопасности к производственному оборудованию;

- требования безопасности к отдельным видам производственного оборудования;

- методы контроля выполнения требований безопасности;

Стандарты подсистемы “3” устанавливают:

- общие требования безопасности к производственным процессам;

- требования безопасности к отдельным группам (видам) технологических процессов;

- методы контроля выполнения требований безопасности.

Стандарты подсистемы “4” устанавливают:

- требования к отдельным классам, видам и типам средств защиты;

- методы контроля и оценки средств защиты;

- классификация средств защиты.

Стандарты подсистемы “5” устанавливают:

- требования безопасности к зданиям и сооружениям.

Объектами стандартизации ССБТ являются правила, нормы и требования, направленные на обеспечение безопасности труда:

- основные положения системы стандартов безопасности труда;

- метрологическое обеспечение безопасности труда;

- классификация опасных и вредных производственных факторов;

- термины и определения основных понятий в области безопасности труда;

- общие требования безопасности по видам опасных и вредных производственных факторов (общие требования электробезопасности, пожаро- и взрывобезопасности и др.), а также методы защиты работающих от этих факторов;

- методы контроля нормируемых параметров опасных и вредных производственных факторов;

- предельно допустимые значения параметров опасных и вредных производственных факторов (предельно допустимые значения параметров опасных и вредных производственных факторов на рабочих местах устанавливаются в стандартах ССБТ по нормам, предложенным Минздравом РФ, и согласованию с министерствами и ведомствами не подлежат);

- общие требования безопасности к производственному оборудованию и к группам производственного оборудования, а также методы контроля и оценки выполнения требований безопасности;

- общие требования безопасности к комплексам производственного оборудования, работающим в автоматическом и (или) полуавтоматическом режимах, и методы контроля;

- общие требования безопасности к производственным процессам и видам технологических процессов, а также методы контроля выполнения требований безопасности;

- классификация средств защиты работающих;

- общие технические требования к классам и видам средств защиты работающих;

- методы контроля и оценки защитных и гигиенических свойств средств защиты работающих;

- номенклатура показателей качества классов и видов средств защиты работающих;

- общие требования к маркировке средств защиты работающих;

- требования к цветам и знакам безопасности.

Принятая структура обозначения стандартов СБТ:

ГОСТ ХХ.Х.ХХХ-ХХ

ХХ - номер системы в ГСС (12);

Х - номер подсистемы с ССБТ;

ХХХ - номер стандарта в подсистеме;

ХХ - год регистрации (утверждения);

Стандарты подсистем 0, 1, 2, 3, 4, 5 являются государственными (республиканскими) стандартами. В подсистеме стандартов “0” допускается разрабатывать стандарты предприятия (СТП).

Окончательная редакция проектов государственных (республиканских) стандартов ССБТ подлежат согласованию по ГОСТ 1.2. Окончательная реакция стандартов предприятий по безопасности труда обязательно согласовывается с профсоюзным комитетом предприятия (объединения) и учреждением санитарно-эпидемиологической службы, на обслуживании которого находится предприятие.

Система стандартов безопасности труда развивается на основе следующих принципов:

- плановость;

- директивность;

- комплексность;

- динамизм;

- контроль и надзор за внедрением и соблюдением стандартов;

- преемственность.

Плановость - стандарты в области безопасности труда - разрабатываются на основе перспективного и текущего планирования. Перспективное планирование - часть плана развития государственной системы стандартов (ГСС). Текущее (головное) планирование осуществляет разработки годовых планов.

В плане стандартизации предприятий отдельным разделом включается разработка стандартов предприятий по безопасности труда.

Директивность - позволяет в законодательном порядке обеспечить реализацию установленных стандартами норм, требований и положений. За невыполнение требований стандартов на виновных могут быть наложены административные и экономические санкции.

Комплексность - комплексность стандартизации в области безопасности труда выражается в установлении требований безопасности по всем этапам функционирования объема стандартизации (от этапа проектирования до этапов эксплуатации и ремонта).

Динамизм - выражается в периодическом обновлении содержания стандартов по безопасности труда в соответствии с темпами научно-технического прогресса.

Контроль и надзор - система государственного надзора и ведомственного контроля за внедрением и соблюдением стандартов безопасности труда, осуществляется территориальными органами Госстандарта совместно с инспекцией труда.

Преемственность - система стандартов безопасности труда учитывает опыт других систем государственной системы стандартизации.

Государственные нормативные требования охраны труда, установленные в нормативно-правовых актах, обязательны для исполнения всеми юридическими и физическими лицами при осуществлении ими любых видов деятельности на территории Российской Федерации.

5.1.3 Основные причины травматизма

Анализ производственного травматизма и профессиональных заболеваний показал, что основными причинами несчастных случаев являются организационные и технические недостатки при обеспечении безопасного производства работ, а также психофизиологические причины.

К организационным причинам травматизма при проведении работ являются:

- недостатки в обучении и инструктировании рабочих по безопасным приемам труда;

- неприменение средств индивидуальной защиты из-за неисправности, несоответствия или отсутствия спецодежды, спецобуви, и средств индивидуальной защиты;

- использование работающих не по специальности;

- работа около приводов, находящихся под напряжением;

- неудовлетворительная организация работ (включая нарушения режимов труда и отдыха), в том числе неудовлетворительная организация и содержание рабочих мест, проходов и нарушение правил техники безопасности администрацией;

- отсутствие технологического надзора при выполнении работ на высоте и при погрузо-разгрузочных работах.

К техническим причинам несчастных случаев следует отнести:

- конструктивные недостатки машин, механизмов, оборудования, приспособлений и инструментов, в том числе оградительных и предохранительных приспособлений и устройств на машинах и другом оборудовании;

- неисправность машин, механизмов, оборудования, приспособлений и инструментов, в том числе автомобильного транспорта, грузоподъёмного оборудования, оградительных и предохранительных приспособлений и устройств на машинах и другом оборудовании;

- неудовлетворительное техническое состояние зданий, сооружений и их элементов;

- несовершенство технологических процессов, в том числе из-за отсутствия необходимой технологической документации.

Психофизиологические (персональные) причины проявляются вследствие:

- пренебрежения требованиями безопасности;

- невнимательности;

- игнорирования средств индивидуальной защиты;

- выполнения работ в болезненном состоянии;

- физической и нервно-психической перегрузки.

Для обеспечения безопасных условий труда должны выполняться следующие требования:

К выполнению строительно-монтажных работ допускаются лица не моложе 18 лет, имеющие профессиональные навыки, прошедшие обучение безопасным методам и приемам этих работ и получившие соответствующие удостоверения. Установка вентиляционных агрегатов в вентиляционных камерах, расположенных ниже отметки уровня земли, относится к работам, на выполнение которых выдается наряд-допуск, подписанный должностным лицом метрополитена.

Рабочие места и проходы к ним на высоте 1,3м и более и расстоянии менее 2м от границы перепада по высоте должны быть ограждены временными ограждениями.

Лестницы и скобы, применяемые для подъёма или спуска работающих на рабочие места, расположенные на высоте или глубине более 5м, должны быть оборудованы устройствами для закрепления предохранительного пояса.

Средства подмащивания, рабочий настил которых расположен на высоте 1,3м и более от поверхности земли или перекрытия, должны иметь перильное и бортовое ограждения. Конструкции разъемных соединений должны иметь фиксирующие устройства, предохраняющие их от самопроизвольного разъединения.

Перед началом выполнения работ в каналах и стволах венткамеры необходимо провести анализ воздушной среды ввиду возможного скопления вредных газов, а также замеры величин вибрации и шума от движения поездов.

Колодцы и стволы венткамеры в местах возможного доступа людей должны быть закрыты крышками, прочными щитами или ограждены. В темное время суток ограждения должны быть обозначены электрическими сигнальными лампами напряжением не выше 42В.

Погрузо-разгрузочные работы должны выполняться механизированным способом. Строповку грузов следует производить инвентарными стропами или специальными грузозахваточными устройствами. Установленный в проектное положение вентагрегат тепловой завесы должен быть закреплен так, чтобы обеспечивалась его устойчивость. До выполнения монтажных работ необходимо установить порядок обмена условными сигналами между лицом, руководящим монтажом и машинистом (крановщиком). Основным ручным инструментом при установке вентиляторов является гаечный ключ. Ключи следует подбирать по размерам гаек и головок болтов. Работать с ключом большего размера, чем гайка и использование металлических прокладок между гранями гайки и ключа запрещается. Также запрещается удлинять ключи, присоединяя другой ключ или трубу. Слесарные молотки и кувалды должны иметь равную поверхность бойка, не имеющую выбоин и заусенцев.

5.1.4 Строительная готовность объекта под монтаж вентиляционных агрегатов тепловых завес

Для установки вентиляционного оборудования высота помещения должна быть не менее чем на 0,8м больше высоты оборудования и не менее 1,9м от пола до низа выступающих конструкций перекрытий в местах прохода обслуживающего персонала. Ширина прохода между выступающими частями оборудования и стенами или колоннами должна быть не менее 0,8м.

Перед началом монтажа вентилятора следует выполнить следующие подготовительные работы:

- принять под монтаж помещения вентиляционных камер, площадки, фундаменты и другие опорные конструкции;

- подготовить и установить грузоподъемные механизмы и приспособления, предварительно проверив их техническое состояние;

- проверить габариты всех монтажных проемов;

- смонтировать электрическое освещение в зоне монтажа;

- доставить в зону монтажа вентиляционное оборудование.

При приёмке под монтаж вентиляционных камер особое внимание следует уделить проверке соответствия проектным данным фактических размеров фундаментов, закладных деталей отверстий под анкерные болты для крепления оборудования, а также точности привязки фундаментов и площадок, которые должны быть ровными и строго горизонтальными. Фундаменты под вентиляционное оборудование с последующей подливкой раствором, перед монтажом должны быть забетонированы до уровня 50…80мм ниже проектной отметки опорной поверхности оборудования.