Разработка лабораторного практикума по моделированию физических полей в САПР ANSYS

Существует три вида освещения - естественное, искусственное и совмещенное (естественное и искусственное вместе) [24].

Естественное освещение - освещение помещений дневным светом, проникающим через световые проемы в наружных ограждающих конструкциях помещений. Естественное освещение характеризуется тем, что меняется в широких пределах в зависимости от времени дня, времени года, характера области и ряда других факторов.

Искусственное освещение применяется при работе в темное время суток и днем, когда не удается обеспечить нормированные значения коэффициента естественного освещения (пасмурная погода, короткий световой день). Освещение, при котором недостаточное по нормам естественное освещение дополняется искусственным, называется совмещенным освещением.

Искусственное освещение подразделяется на рабочее, аварийное, эвакуационное, охранное. Рабочее освещение, в свою очередь, может быть общим или комбинированным. Общее - освещение, при котором светильники размещаются в верхней зоне помещения равномерно или применительно к расположению оборудования. Комбинированное - освещение, при котором к общему добавляется местное освещение.

Согласно СНиП II-4-79 в помещений вычислительных центров необходимо применить систему комбинированного освещения.

При выполнении работ категории высокой зрительной точности (наименьший размер объекта различения 0,30,5мм) величина коэффициента естественного освещения (КЕО) должна быть не ниже 1,5%, а при зрительной работе средней точности (наименьший размер объекта различения 0,51,0 мм) КЕО должен быть не ниже 1,0%. В качестве источников искусственного освещения обычно используются люминесцентные лампы типа ЛБ или ДРЛ, которые попарно объединяются в светильники, которые должны располагаться над рабочими поверхностями равномерно [23].

Требования к освещенности в помещениях, где установлены компьютеры, следующие при выполнении зрительных работ высокой точности общая освещенность должна составлять 300лк, а комбинированная - 750лк аналогичные требования при выполнении работ средней точности - 200 и 300лк соответственно.

Кроме того все поле зрения должно быть освещено достаточно равномерно это основное гигиеническое требование. Иными словами, степень освещения помещения и яркость экрана компьютера должны быть примерно одинаковыми, т.к. яркий свет в районе периферийного зрения значительно увеличивает напряженность глаз и, как следствие, приводит к их быстрой утомляемости.

6.1.3.3 Параметры микроклимата

Параметры микроклимата могут меняться в широких пределах, в то время как необходимым условием жизнедеятельности человека является поддержание постоянства температуры тела благодаря терморегуляции, т.е. способности организма регулировать отдачу тепла в окружающую среду. Принцип нормирования микроклимата создание оптимальных условий для теплообмена тела человека с окружающей средой.

Вычислительная техника является источником существенных тепловыделений, что может привести к повышению температуры и снижению относительной влажности в помещении. В помещениях, где установлены компьютеры, должны соблюдаться определенные параметры микроклимата. В санитарных нормах СН-245-71 установлены величины параметров микроклимата, создающие комфортные условия. Эти нормы устанавливаются в зависимости от времени года, характера трудового процесса и характера производственного помещения (см. табл. 6.1) [22].

Объем помещений, в которых размещены работники вычислительных центров, не должен быть меньше 19,5м3/человека с учетом максимального числа одновременно работающих в смену. Нормы подачи свежего воздуха в помещения, где расположены компьютеры, приведены в табл. 6.2.

Таблица 6.1 Параметры микроклимата для помещений, где установлены компьютеры

Период года	Параметр микроклимата	Величина
Холодный	Температура воздуха в помещении Относительная влажность Скорость движения воздуха	22…24 0С 40…60 % до 0,1 м/с
Теплый	Температура воздуха в помещении Относительная влажность Скорость движения воздуха	23…25 0С 40…60 % 0,1…0,2 м/с

Таблица 6.2 Нормы подачи свежего воздуха в помещения, где расположены компьютеры

Характеристика помещения	Объемный расход подаваемого в помещение свежего воздуха, м3/на одного человека в час
Объем до 20 м3 на человека Объем 20…40 м3 на человека Объем более 40 м3 на человека	Не менее 30 Не менее 20 Естественная вентиляция

Для обеспечения комфортных условий используются как организационные методы (рациональная организация проведения работ в зависимости от времени года и суток, чередование труда и отдыха), так и технические средства (вентиляция, кондиционирование воздуха, отопительная система).

6.1.3.4 Шум и вибрация

Шум ухудшает условия труда оказывая вредное действие на организм человека. Работающие в условиях длительного шумового воздействия испытывают раздражительность, головные боли, головокружение, снижение памяти, повышенную утомляемость, понижение аппетита, боли в ушах и т. д. Такие нарушения в работе ряда органов и систем организма человека могут вызвать негативные изменения в эмоциональном состоянии человека вплоть до стрессовых. Под воздействием шума снижается концентрация внимания, нарушаются физиологические функции, появляется усталость в связи с повышенными энергетическими затратами и нервно-психическим напряжением, ухудшается речевая коммутация. Все это снижает работоспособность человека и его производительность, качество и безопасность труда. Длительное воздействие интенсивного шума [выше 80 дБ(А)] на слух человека приводит к его частичной или полной потере [24].

В табл. 6.3 указаны предельные уровни звука в зависимости от категории тяжести и напряженности труда, являющиеся безопасными в отношении сохранения здоровья и работоспособности

Таблица 6.3 Предельные уровни звука, дБ, на рабочих местах.

Категория напряженности труда	Категория тяжести труда
	I.Легкая	II.Средняя	III.Тяжелая	IV.Очень тяжелая
I.Мало напряженный	80	80	75	75
II. Умеренно напряженный	70	70	65	65
III.Напряженный	60	60	-	-
IV.Очень напряженный	50	50	-	-

Уровень шума на рабочем месте инженеров-программистов не должен превышать 50дБА, а в залах обработки информации на вычислительных машинах - 65дБА. Для снижения уровня шума стены и потолок помещений, где установлены компьютеры, могут быть облицованы звукопоглощающими материалами. Уровень вибрации в помещениях вычислительных центров может быть снижен путем установки оборудования на специальные виброизоляторы.

6.1.3.5 Электромагнитное и ионизирующее излучения

Большинство ученых считают, что как кратковременное, так и длительное воздействие всех видов излучения от экрана монитора не опасно для здоровья персонала, обслуживающего компьютеры. Однако исчерпывающих данных относительно опасности воздействия излучения от мониторов на работающих с компьютерами не существует и исследования в этом направлении продолжаются [22].

Допустимые значения параметров неионизирующих электромагнитных излучений от монитора компьютера представлены в табл. 6.4.

Максимальный уровень рентгеновского излучения на рабочем месте оператора компьютера обычно не превышает 10мкбэр/ч, а интенсивность ультрафиолетового и инфракрасного излучений от экрана монитора лежит в пределах 10…100мВт/м2.

Таблица 6.4 Допустимые значения параметров неионизирующих электромагнитных излучений (в соответствии с СанПиН 2.2.2.542-96)

Наименование параметра	Допустимые значения
Напряженность электрической составляющей электромагнитного поля на расстоянии 50см от поверхности видеомонитора	10 В/м
Напряженность магнитной составляющей электромагнитного поля на расстоянии 50см от поверхности видеомонитора	0,3 А\м
Напряженность электростатического поля не должна превышать: для взрослых пользователей для детей дошкольных учреждений и учащихся средних специальных и высших учебных заведений	20кВ/м 15кВ/м

Для снижения воздействия этих видов излучения рекомендуется применять мониторы с пониженным уровнем излучения (MPR-II, TCO-92, TCO-99), устанавливать защитные экраны, а также соблюдать регламентированные режимы труда и отдыха.

6.2 Эргономические требования к рабочему месту

Проектирование рабочих мест, снабженных видеотерминалами, относится к числу важных проблем эргономического проектирования в области вычислительной техники.

Рабочее место и взаимное расположение всех его элементов должно соответствовать антропометрическим, физическим и психологическим требованиям. Большое значение имеет также характер работы. В частности, при организации рабочего места программиста должны быть соблюдены следующие основные условия оптимальное размещение оборудования, входящего в состав рабочего места и достаточное рабочее пространство, позволяющее осуществлять все необходимые движения и перемещения.

Эргономическими аспектами проектирования видеотерминальных рабочих мест, в частности, являются высота рабочей поверхности, размеры пространства для ног, требования к расположению документов на рабочем месте (наличие и размеры подставки для документов, возможность различного размещения документов, расстояние от глаз пользователя до экрана, документа, клавиатуры и т.д.), характеристики рабочего кресла, требования к поверхности рабочего стола, регулируемость элементов рабочего места [25].

Главными элементами рабочего места инженера - программиста являются стол и кресло. Основным рабочим положением является положение сидя.

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

Моторное поле - пространство рабочего места, в котором могут осуществляться двигательные действия человека.

Максимальная зона досягаемости рук - это часть моторного поля рабочего места, ограниченного дугами, описываемыми максимально вытянутыми руками при движении их в плечевом суставе.

Оптимальная зона - часть моторного поля рабочего места, ограниченного дугами, описываемыми предплечьями при движении в локтевых суставах с опорой в точке локтя и с относительно неподвижным плечом.

Оптимальное размещение предметов труда и документации в зонах досягаемости:

Дисплей размещается в зоне а (в центре)

Системный блок размещается в предусмотренной нише стола

Клавиатура - в зоне г/д

Мышь - в зоне в справа

Сканер в зоне а/б (слева)

Принтер находится в зоне а (справа)

Документация необходимая при работе - в зоне легкой досягаемости ладони в, а в выдвижных ящиках стола - литература, неиспользуемая постоянно.

Рис 6.1. Размещение основных и периферийных устройств ПК

На рис. 6.1 показан пример размещения основных и периферийных составляющих ПК на рабочем столе программиста.

1 сканер, 2 монитор, 3 принтер, 4 поверхность рабочего стола,

5 клавиатура, 6 манипулятор типа мышь.

Для комфортной работы стол должен удовлетворять следующим условиям [25]

- высота стола должна быть выбрана с учетом возможности сидеть свободно, в удобной позе, при необходимости опираясь на подлокотники

- нижняя часть стола должна быть сконструирована так, чтобы программист мог удобно сидеть, не был вынужден поджимать ноги

- поверхность стола должна обладать свойствами, исключающими появление бликов в поле зрения программиста

- конструкция стола должна предусматривать наличие выдвижных ящиков (не менее 3 для хранения документации, листингов, канцелярских принадлежностей).

- высота рабочей поверхности рекомендуется в пределах 680-760мм. Высота поверхности, на которую устанавливается клавиатура, должна быть около 650мм.

Большое значение придается характеристикам рабочего кресла. Так, рекомендуемая высота сиденья над уровнем пола находится в пределах 420-550мм. Поверхность сиденья мягкая, передний край закругленный, а угол наклона спинки - регулируемый.

Необходимо предусматривать при проектировании возможность различного размещения документов сбоку от видеотерминала, между монитором и клавиатурой и т.п. Кроме того, в случаях, когда видеотерминал имеет низкое качество изображения, например заметны мелькания, расстояние от глаз до экрана делают больше (около 700мм), чем расстояние от глаза до документа (300-450мм). Вообще при высоком качестве изображения на видеотерминале расстояние от глаз пользователя до экрана, документа и клавиатуры может быть равным.

Положение экрана определяется

- расстоянием считывания (0,60,7м)

- углом считывания, направлением взгляда на 20 ниже горизонтали к центру экрана, причем экран перпендикулярен этому направлению.

Должна также предусматриваться возможность регулирования экрана

- по высоте +3 см

- по наклону от -10 до +20 относительно вертикали

- в левом и правом направлениях.

Большое значение также придается правильной рабочей позе пользователя. При неудобной рабочей позе могут появиться боли в мышцах, суставах и сухожилиях. Требования к рабочей позе пользователя видеотерминала следующие

- голова не должна быть наклонена более чем на 20,

- плечи должны быть расслаблены,

- локти - под углом 80100,

- предплечья и кисти рук - в горизонтальном положении.

Причина неправильной позы пользователей обусловлена следующими факторами нет хорошей подставки для документов, клавиатура находится слишком высоко, а документы - низко, некуда положить руки и кисти, недостаточно пространство для ног.

В целях преодоления указанных недостатков даются общие рекомендации лучше передвижная клавиатура должны быть предусмотрены специальные приспособления для регулирования высоты стола, клавиатуры и экрана, а также подставка для рук [25].

Существенное значение для производительной и качественной работы на компьютере имеют размеры знаков, плотность их размещения, контраст и соотношение яркостей символов и фона экрана. Если расстояние от глаз оператора до экрана дисплея составляет 60…80 см, то высота знака должна быть не менее 3мм, оптимальное соотношение ширины и высоты знака составляет 34, а расстояние между знаками 1520% их высоты. Соотношение яркости фона экрана и символов - от 12 до 115 [22].

Во время пользования компьютером медики советуют устанавливать монитор на расстоянии 50-60 см от глаз. Специалисты также считают, что верхняя часть видеодисплея должна быть на уровне глаз или чуть ниже. Когда человек смотрит прямо перед собой, его глаза открываются шире, чем когда он смотрит вниз. За счет этого площадь обзора значительно увеличивается, вызывая обезвоживание глаз. К тому же если экран установлен высоко, а глаза широко открыты, нарушается функция моргания. Это значит, что глаза не закрываются полностью, не омываются слезной жидкостью, не получают достаточного увлажнения, что приводит к их быстрой утомляемости.

Создание благоприятных условий труда и правильное эстетическое оформление рабочих мест на производстве имеет большое значение как для облегчения труда, так и для повышения его привлекательности, положительно влияющей на производительность труда.

6.3 Режим труда

Как уже было неоднократно отмечено, при работе с персональным компьютером очень важную роль играет соблюдение правильного режима труда и отдыха. В противном случае у пользователя отмечаются значительное напряжение зрительного аппарата с появлением жалоб на неудовлетворенность работой, головные боли, раздражительность, нарушение сна, усталость и болезненные ощущения в глазах, в пояснице, в области шеи и руках [22].

В табл. 6.5 представлены сведения о регламентированных перерывах, которые необходимо делать при работе на компьютере, в зависимости от продолжительности рабочей смены, видов и категорий трудовой деятельности с ВДТ (видеодисплейный терминал) и ПЭВМ (в соответствии с СанПиН 2.2.2 542-96 Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам и организации работ).

Таблица 6.5 Время регламентированных перерывов при работе на компьютере

Категория работы с ВДТ или ПЭВМ	Уровень нагрузки за рабочую смену при видах работы с ВДТ	Суммарное время регламентированных перерывов, мин
	Группа А, количество знаков	Группа Б, количество знаков	Группа В, часов	При 8-часовой схеме	При 12 - часовой схеме
I	до 20000	до 15000	до 2	30	70
II	до 40000	до 30000	до 2	50	90
III	до 60000	до 40000	до 2	70	120

Примечание. Время перерывов дано при соблюдении указанных Санитарных правил и норм. При несоответствии фактических условий труда требованиям Санитарных правил и норм время регламентированных перерывов следует увеличить на 30%.

В соответствии со СанПиН 2.2.2 546-96 все виды трудовой деятельности, связанные с использованием компьютера, разделяются на три группы:

группа А: работа по считыванию информации с экрана ВДТ или ПЭВМ с предварительным запросом

группа Б: работа по вводу информации

группа В: творческая работа в режиме диалога с ЭВМ.

Эффективность перерывов повышается при сочетании с производственной гимнастикой или организации специального помещения для отдыха персонала с удобной мягкой мебелью, аквариумом, зеленой зоной и т.п.

6.4 Расчет искусственного освещения для учебной лаборатории

6.4.1 Введение

Большое количество информации, получаемой человеком из внешнего мира, поступает через зрительный канал.

Качество получаемой информации, получаемой посредством зрения, во многом зависит от освещения.

Неудовлетворительное освещение может исказить информацию; кроме того, оно утомляет не только зрение, но вызывает утомление организма в целом. Неправильное освещение может также являться причиной травматизма: плохо освещенные опасные зоны, слепящие лампы и блики от них, резкие тени ухудшают или вызывают полную потерю ориентации работающих.

Кроме того, при неудовлетворительном освещении снижается производительность труда и увеличивается брак в работе.

6.4.2 Действие освещения на человека

Высокая зрительная работоспособность и производительность труда тесно связана с рациональным производственным освещением [27].

Для зрительного анализатора (ЗА) многообразие окружающего мира представлено различием предметов, объектов, характеризующихся размером, светлотой, контрастом с фоном и удаленностью от глаз.

Чем меньше размер объекта (до определенного предела) и контраст его с фоном и чем ближе его необходимо рассматривать, тем он труднее воспринимается глазом. Также трудно воспринимать объект большого размера и находящийся далеко, но плохо освещенный.

Следовательно, для нормальной работы ему необходимо предъявлять объекты не менее определенного размера и контраста с фоном и при достаточной освещенности.

Для зрительного анализатора как функциональной системы конечным результатом действия является восприятие окружающего мира, которое возможно только при наличии света ( рис.6.2.) [26].

Рис.6.2. Восприятие отраженного света глазом

1 - освещенность, 2 - яркость.



Неудовлетворительное освещение может исказить информацию; кроме того, оно утомляет не только зрение, но и вызывает утомление организма в целом.

В основе интегральной функции лежит световая и контрастная чувствительность.

Световая чувствительность - способность сетчатой оболочки глаза реагировать на видимое излучение. Световая чувствительность глаза тем выше, чем меньше световая энергия, которая способна вызвать в ощущение света. Световая чувствительность может изменяться в весьма широких пределах воспринимаемых яркостей. Эта способность называется зрительной адаптацией.

Контрастная чувствительность характеризует различительную функцию глаза. Условием, позволяющим увидеть объект, является наличие яркостного контраста между ним и фоном. Способность глаза различать едва заметные разности яркостей обозначается термином контрастная чувствительность. Она характеризуется тем минимальным различием в уровнях яркости детали и фона, при котором глаз в состоянии воспринимать объект данного размера при заданной яркости фона.

При зрительной работе важна и скорость различения объекта.

В производственных условиях необходимо, чтобы детали и мелкие предметы, которые обрабатываются, различались в возможно более короткий промежуток времени, то есть особую роль играет скорость или быстрота зрительного восприятия. Проявление интегральной функции зрительного аппарата - остроты восприятия - во времени характеризует зрительную работоспособность.

Выполнение зрительной работы при недостаточной освещенности может привести к развитию некоторых дефектов глаза.

Дефекты глаза делят на два основных вида:

а) близорукость ложная и истинная;

б) дальнозоркость истинная и старческая.

6.4.3 Виды производственного освещения

Существуют следующие виды производственного освещения:

· естественное,

· искусственное,

· совмещенное.

Естественное освещение - освещение помещений светом неба (прямым или отраженным), проникающим через световые проемы в наружных ограждающих конструкциях.

Естественное освещение подразделяется на:

· боковое - естественное освещение помещения через световые проемы в наружных стенах;

· верхнее - естественное освещение помещения через фонари, световые проемы в стенах в местах перепада высот здания;

· комбинированное (верхнее и боковое) - сочетание верхнего и бокового естественного освещения.

Помещения с постоянным пребыванием людей должны иметь, как правило, естественное освещение.

Без естественного освещения допускается проектировать помещения, которые определены соответствующими главами Строительных Норм и Правил.

Процесс проектирования естественного освещения производственных помещений осложняется рядом обстоятельств, присущих естественному источнику света. К ним относится, прежде всего, непостоянство естественного света. На естественное освещение производственных помещений оказывают влияние эксплуатационные условия, характер застекления светопроемов, загрязнение стекол и др.

Искусственное освещение - освещение помещения только источниками искусственного света.

Искусственное освещение подразделяется на следующие виды:

· рабочее - освещение, обеспечивающее нормируемые осветительные условия (освещенность, качество освещения) в помещениях и в местах производства работ вне зданий;

· аварийное - разделяется на освещение безопасности и эвакуационнное освещение;

· охранное - освещение в нерабочее время;

· дежурное - освещение в нерабочее время.

Искусственное освещение может быть двух систем:

· общее освещение - освещение, при котором светильники размещают в верхней зоне помещения равномерно (общее равномерное освещение) или применительно к расположению оборудования (общее локализованное освещение);

· комбинированное освещение - освещение, при котором к общему освещению добавляется местное; местное освещение - освещение, дополнительное к общему, создаваемое светильниками, концентрирующими световой поток непосредственно на рабочих местах. Применение одного местного освещения производственных рабочих мест не допускается.

Искусственное рабочее освещение предназначено для создания необходимых условий работы и нормальной эксплуатации зданий и территорий. Рабочее освещение следует предусматривать для всех помещений зданий, а также участков открытых пространств, предназначенных для работы, прохода людей и движения транспорта.

Совмещенное освещение - освещение, при котором недостаточное по нормам естественное освещение дополняется искусственным.

Совмещенное освещение производственных зданий следует предусматривать:

· для производственных помещений, в которых выполняются работы I - III разрядов;

· для производственных и других помещений в случаях, когда по условиям технологии, организации производства или климата в месте строительства требуются объемно-планировочные решения, которые не позволяют обеспечить нормированное значение КЕО.

КЕО - это отношение естественной освещенности, создаваемой в некоторой точке заданной плоскости внутри помещения светом неба (непосредственно или после отражений), к одновременно измеренному значению наружной горизонтальной освещенности, создаваемой светом полностью открытого небосвода, выраженное в процентах.

6.4.4 Особенности освещения рабочих мест, оснащенных компьютерами

Повсеместное распространение персональных компьютеров (ПЭВМ) привело к тому, что у их пользователей возникает целый ряд жалоб на здоровье.

Наибольшее число жалоб связано с термином «компьютерный зрительный синдром» (КЗС). Люди, проводящие большую часть времени за экраном видеомонитора предъявляют жалобы на жжение, рези и ощущение песка в глазах, покраснение глазных яблок, боли в области глазниц, лба и при движении глаз. Довольно часто отмечается затуманивание зрения, замедленная перефокусировка с ближних объектов на дальние и обратно, двоение предметов, быстрое утомление при чтении. Эти явления обычно объединяют термином «астенопия» (что буквально переводится, как «отсутствие силы зрения»).

Такие жалобы встречаются в 40 - 60 % случаев у значительной части пользователей ПЭВМ и сильно зависят как от времени, проведенного у экрана видеомонитора, так и от характера работы на ПЭВМ.

Наибольшее утомление для глаз возникает при работе в диалоговом режиме. Наименьшая нагрузка возникает при считывании информации, наибольшая - при ее вводе.

Особую нагрузку для зрительного анализатора представляет компьютерная графика, особенно выполнение и корректировка чертежей на экране видеомонитора.

Длительная работа с компьютером не вызывает органических заболеваний глаз. Единственное изменение, происходящее в органах зрения - проявление или прогрессирование близорукости.

В результате длительного исследования зрительных функций у людей, работающих с компьютером в течение нескольких лет, выявлено уменьшение объема аккомодации (наведение на резкость хрусталика) по сравнению с возрастной нормой и увеличение процента близорукости по сравнению с людьми того же возраста, не работающими на компьютере.

За рабочую смену у пользователя ПЭВМ происходит уменьшение объема аккомодации глаз. У некоторых пользователей развивается временная близорукость. Кроме того, наблюдается сдвиг мышечного равновесия глаз, снижение контрастной чувствительности зрения и другие зрительные нарушения.

Очевидно, возникновение расстройств зрительного анализатора связано с характером экранного изображения и организацией освещения рабочего места, оборудованного ПЭВМ.

У компьютерного изображения есть несколько отличий от изображения нанесенного на бумагу:

компьютерное изображение - самосветящееся, а не отраженное;

оно имеет значительно меньший контраст, который уменьшается еще более за счет внешнего освещения;

не является непрерывным и состоит из отдельных точек - пикселей;

является мерцающим (мелькающим), т.е. эти точки с определенной частотой зажигаются и гаснут;

не имеет таких четких границ, как изображение на бумаге, потому, что у пикселей не ступенчатый, а плавный перепад яркости с фоном.

Именно эти особенности экранного изображения видеомониторов затрудняют аккомодацию глаза. Светимость создает иллюзию удаленности, низкий контраст обуславливает снижение аккомодационного ответа, точечность изображения вызывает увеличение амплитуды нормальных колебаний аккомодации, мелькание уменьшает точность восприятия, а размытость границ заставляет непрерывно искать точку ясного видения.

В настоящее время в России действуют несколько государственных стандартов, в которых сформулированы жесткие требования к визуальным эргономическим параметрам видеомониторов, используемых в ПЭВМ; в санитарных правилах и нормах СанПиН 2.2.2/2.4.1340 - 03 «Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы» сформулированы гигиенические требования к видеомониторам.

При организации рабочих мест, оснащенных ПЭВМ особое внимание уделяется освещению.

Освещение при работе с ПЭВМ имеет свои особенности. Это связано с тем, что зрительный анализатор (глаз) при работе за компьютером, как правило, воспринимает как отраженный от клавиатуры и документов световой поток, так и прямой световой поток с видеомонитора.

Помещения для эксплуатации ПЭВМ должны иметь естественное и искусственное освещение, соответствующее требованиям действующей нормативной документации.

Коэффициент естественной освещенности КЕО в помещениях с использованием ПЭВМ должен быть не ниже 1,2%.

Рабочие столы следует размещать таким образом, чтобы видеомониторы были ориентированны боковой стороной к световым проемам, чтобы естественный свет падал преимущественно слева. Оконные проемы должны быть оборудованы регулируемыми устройствами типа занавесей, внешних козырьков, жалюзи и т.д.

Искусственное освещение в помещениях для эксплуатации ПЭВМ должно осуществляться системой общего равномерного освещения. В производственных и административно-общественных помещениях, в случаях преимущественной работы с документами, следует применять системы комбинированного освещения (к общему освещению дополнительно устанавливаются светильники местного освещения, предназначенные для освещения зоны расположения документов).

При этом освещенность на поверхности стола в зоне размещения рабочего документа должна составлять 300 - 500 лк. Освещение не должно создавать бликов на поверхности экрана. Освещенность поверхности экрана не должна быть более 300 лк.

Следует ограничивать прямую блесткость от источников освещения, при этом яркость светящихся поверхностей (окон, светильников и др.), находящихся в поле зрения, должна быть не более 200 кд/м2.

Следует ограничивать отраженную блесткость на рабочих поверхностях (экран, стол, клавиатура и др.) за счет правильного выбора типов светильников и расположения рабочих мест по отношению к источникам естественного и искусственного освещения, при этом яркость бликов на экране ПЭВМ не должна превышать 40 кд/м2 и яркость потолка не должна превышать 200 кд/м2.

Показатель ослепленности для источников общего искусственного освещения в производственных помещениях должен быть не более 20.

Показатель дискомфорта в административно-общественных помещениях не более 40, в дошкольных и учебных помещениях не более 15.

Яркость светильников общего освещения в зоне углов излучения от 50 до 90 градусов с вертикалью в продольной и поперечной плоскостях должна составлять не более 200 кд/м2, защитный угол светильников должен быть не менее 40 градусов.

Светильники местного освещения должны иметь не просвечивающийся отражатель с защитным углом не менее 40 градусов.

Следует ограничивать неравномерность распределения яркости в поле зрения пользователя ПЭВМ, при этом соотношение яркости между рабочими поверхностями не должно превышать 3:1 - 5:1, а между рабочими поверхностями и поверхностями стен и оборудования 10:1.

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

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

Применение светильников без рассеивателей и экранирующих решеток не допускается.

При отсутствии светильников с ЭПРА лампы многоламповых светильников или рядом расположенные светильники общего освещения следует включать на разные фазы трехфазной сети.

Коэффициент запаса для осветительных установок общего освещения должен приниматься равным 1,4. (Коэффициент запаса (Кз) - расчетный коэффициент, учитывающий снижение КЕО и освещенности в процессе эксплуатации вследствие загрязнения и старения светопрозрачных заполнений в световых проемах, источников света (ламп) и светильников, а также снижение отражающих свойств поверхностей помещения.)

Коэффициент пульсации не должен превышать 5%.

Общее освещение при использовании люминесцентных светильников следует выполнять в виде сплошных или прерывистых линий светильников, расположенных сбоку от рабочих мест, параллельно линии зрения пользователя при рядном расположении видеомониторов. При расположении ПЭВМ по периметру помещения линии светильников должны располагаться локализовано над рабочим столом ближе к его переднему краю, обращенному к оператору.

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

6.4.5 Расчет искусственного освещения

6.4.5.1 Введение в расчет

При проектировании осветительной установки необходимо решить следующие основные вопросы:

· выбрать систему освещения и тип источника света,

· установить тип светильников,

· произвести размещение светильников,

· уточнить количество светильников.

При этом следует учитывать, что освещенность любой точки внутри помещения имеет две составляющие: прямую, создаваемую непосредственно светильниками, и отраженную, которая образуется отраженным от потолка и стен световым потоком.

Исходными данными для светотехнических расчетов являются:

нормируемое значение минимальной или средней освещенности,

тип источника света и светильника,

высота установки светильника,

геометрические размеры освещаемого помещения или открытого пространства,

коэффициенты отражения потолка, стен и расчетной поверхности помещения.

Существуют различные методы расчета искусственного освещения, которые можно свести к двум основным: точечному и методу коэффициента использования светового потока [26].

Точечный метод предназначен для нахождения освещенности в расчетной точке, он служит для расчета освещения произвольно расположенных поверхностей при любом распределении освещенности. Отраженная составляющая освещенности в этом методе учитывается приближенно. Точечным методом рассчитывается общее локализованное освещение, а также общее равномерное освещение при наличии существенных затенений.

Наиболее распространенным в проектной практике является метод расчета искусственного освещения по методу коэффициента использования светового потока.

Расчет освещения по методу коэффициента использования светового потока.

Освещаемый объем помещения ограничивается ограждающими поверхностями, отражающими значительную часть светового потока, попадающего на них от источников света. В установках внутреннего освещения отражающими поверхностями являются пол, стены, потолок и оборудование, установленное в помещении. В тех случаях, когда поверхности, ограничивающие пространство, имеют высокие значения коэффициентов отражения, отраженная составляющая освещенности может иметь также большое значение и ее учет необходим, поскольку отраженные потоки могут быть сравнимы с прямыми и их недооценка может привести к значительным погрешностям в расчетах.

Рассматриваемый метод позволяет производить расчет осветительной установки (ОУ) с учетом прямой и отраженной составляющих освещенности и применяется для расчета общего равномерного освещения горизонтальных поверхностей, равновеликих полу, при светильниках любого типа.

Под коэффициентом использования светового потока (или осветительной установки) принято понимать отношение светового потока, падающего на расчетную плоскость, к световому потоку источников света

(1)

где Фр - световой поток, падающий на расчетную плоскость; Фл - световой поток источника света; n - число источников света.

Коэффициент использования ОУ, характеризующий эффективность использования светового потока источников света, определяется, с одной стороны, светораспределением и размещением светильников, а с другой - соотношением размеров освещаемого помещения и отражающими свойствами его поверхностей.

Потребный поток источников света (ламп) в каждом светильнике Ф, для создания нормированной освещенности, находится по формуле:

(2)

где Е - заданная минимальная освещенность, лк; Кз - коэффициент запаса; S - освещаемая площадь (площадь расчетной поверхности), м2; z - отношение Еср/Емин; N - число светильников; Uоу - коэффициент использования в долях единицы.

По рассчитанному значению светового потока Ф и напряжению сети выбирается ближайшая стандартная лампа, поток которой не должен отличаться от Ф больше чем на -10 - +20%. При невозможности выбора с таким приближением корректируется N.

При выбранном типе светильника и спектральном типе ламп поток ламп в каждом светильнике Ф1 может иметь различные значения. Число светильников в ряду N определяется как:

(3)

где Ф1 - поток ламп в каждом светильнике.

Суммарная длина N светильников сопоставляется с длиной помещения, причем возможны следующие случаи:

· суммарная длина светильников превышает длину помещения: необходимо или применить более мощные лампы (у которых поток на единицу длины больше), или увеличить число рядов;

· суммарная длина светильников равна длине помещения: задача решается устройством непрерывного ряда светильников;

· суммарная длина светильников меньше длины помещения: принимается ряд с равномерно распределенными вдоль него разрывами между светильниками. Рекомендуется, чтобы не превышало примерно 0,5 расчетной высоты (кроме случая использования многоламповых светильников в помещениях общественных и административных зданий).

Входящий в (2) коэффициент z, характеризующий неравномерность освещения, является функцией многих переменных и в наибольшей степени зависит от отношения расстояния между светильниками к расчетной высоте (L/h), с увеличением которого z резко возрастает. При L/h, не превышающем рекомендуемых значений, можно принимать z равным 1,15 для ламп накаливания и ДРЛ и 1,1 для люминесцентных ламп при расположении светильников в виде светящихся линий. Для отраженного освещения можно считать z = 1,0.

Для определения коэффициента использования Uоу находится индекс помещения i и предположительно оцениваются коэффициенты отражения поверхностей помещения: потолка - rп, стен - rс, расчетной поверхности или пола - rр (табл. 4.3) [22].

Индекс помещения i находится по формуле:

(4)

где А - длина помещения, В - его ширина, h - расчетная высота.

Для помещений практически не ограниченной длины можно считать i = B/h.

Для упрощения определения i служат специальные справочные таблицы, такие как, например, табл.4.4 [22].

Во всех случаях i округляется до ближайших табличных значений; при i > 5 принимается i = 5.

С увеличением значения индекса помещения повышается коэффициент использования светового потока, так как при этом возрастает доля светового потока, непосредственно падающего на освещаемую поверхность. Коэффициент использования также повышается с увеличением коэффициентов отражения потолка, стен, расчетной поверхности, которые можно ориентировочно определить по приведенным в табл.4.3[26] характеристикам материалов.

При расчетах ОУ со стандартными светильниками Uоу определяется из справочных таблиц с учетом коэффициентов отражения стен, потолка, пола и индекса помещения. Значения коэффициентов использования для светильников с типовыми кривыми силы света (КСС) приводятся в табл. 4.5. [26]

Порядок расчета ОУ методом коэффициента использования светового потока следующий:

· определяется расчетная высота помещения hр, тип и число светильников в помещении;

· по таблицам находят коэффициент запаса Кз и поправочный коэффициент z;

· для зрительной работы, характерной для заданного помещения, по табл. 4.1. [26] определяется нормируемое значение освещенности в расчетной плоскости Е;

· для заданного (с определенными геометрическими размерами) помещения по табл. 4.4 определяют индекс помещения i;

· по справочным таблицам, например по табл. 4.5 [26], в зависимости от типа светильника, коэффициентов отражения потолка, стен, расчетной поверхности определяют коэффициент использования Uоу;

· по формуле (2) рассчитывают световой поток Ф в светильнике, необходимый для создания на рабочих поверхностях освещенности Е не ниже нормируемой на все время эксплуатации осветительной установки;

· по рассчитанному значению светового потока Ф и напряжению сети выбирается ближайшая стандартная лампа, поток которой не должен отличаться от Ф больше чем на -10 - +20%. При невозможности выбора с таким приближением корректируется N.

6.4.5.2 Расчет

Расчет освещенности рабочего места сводится к выбору системы освещения, определению необходимого числа светильников, их типа и размещения. Исходя из этого, рассчитаем параметры искусственного освещения.

Обычно искусственное освещение выполняется посредством электрических источников света двух видов: ламп накаливания и люминесцентных ламп. Будем использовать люминесцентные лампы, которые по сравнению с лампами накаливания имеют ряд существенных преимуществ [23]:

- по спектральному составу света они близки к дневному, естественному свету;

- обладают более высоким КПД (в 1,5-2 раза выше, чем КПД ламп накаливания);

- обладают повышенной светоотдачей (в 3-4 раза выше, чем у ламп накаливания);

- более длительный срок службы.

Расчет освещения производится для комнаты площадью 15м2 , длина которой 5м, ширина - 3 м. Воспользуемся методом светового потока [22].

Для определения количества светильников определим световой поток, падающий на поверхность по формуле:

где

Ф - рассчитываемый световой поток, Лм;

Е - нормированная минимальная освещенность, Лк (определяется по таблице). Работу программиста, в соответствии с этой таблицей, можно отнести к разряду точных работ, следовательно, минимальная освещенность будет Е = 300Лк;

S - площадь освещаемого помещения (в нашем случае S = 15м2);

z - отношение средней освещенности к минимальной (обычно принимается равным 1,1...1,2 , пусть Z = 1,1);

Кз - коэффициент запаса, учитывающий уменьшение светового потока лампы в результате загрязнения светильников в процессе эксплуатации (его значение зависит от типа помещения и характера проводимых в нем работ и в нашем случае Кз = 1,5);

Uoy - коэффициент использования, (выражается отношением светового потока, падающего на расчетную поверхность, к суммарному потоку всех ламп и исчисляется в долях единицы; зависит от характеристик светильника, размеров помещения, окраски стен и потолка, характеризуемых коэффициентами отражения от стен (РС) и потолка (РП)), значение коэффициентов РС и РП были указаны выше: РС=40%, РП=60%. Значение Uoy определим по таблице коэффициентов использования различных светильников. Для этого вычислим индекс помещения по формуле:

где

h - расчетная высота подвеса, h = 2.92 м;

A - ширина помещения, А = 3 м;

В - длина помещения, В = 5 м.

Подставив значения получим:

i = 2,95

Зная индекс помещения i, по таблице 4.5 [26] находим Uoy = 0,9

Подставим все значения в формулу для определения светового потока Ф

Для освещения выбираем люминесцентные лампы типа ЛБ40-1, световой поток которых Ф1 = 4320 Лк.

Рассчитаем необходимое количество светильников в ряду по формуле:

N - определяемое число ламп;

Ф - световой поток, Ф = 8250 Лм;

Ф1 - световой поток лампы, Ф1 = 4320 Лм.

N = 2

При выборе осветительных приборов используем светильники типа ОД. Каждый светильник комплектуется двумя лампами.



7. Заключение

Тепловое, механическое и электромагнитное воздействия -- одни из важнейших факторов, приводящих к преждевременному выходу из строя электронных компонентов и систем.

Они проявляет себя по-разному:

Тепловое, как превышение предельно допустимой температуры корпусов отдельных транзисторов и микросхем, нарушение контакта в местах паек выводов компонентов, разрушение конструктивных элементов за счет многократно повторяющегося сжатия и расширения материалов.

Механическое, как деформации корпусов отдельных транзисторов и микросхем, нарушение контакта в местах паек выводов компонентов, разрушение конструктивных элементов за счет изгибных колебаний печатного узла.

Электромагнитное, как превышение уровня помех, приводящих к искажению аналоговой или дискретной информации в изделии во время ее хранения, преобразования, обработки или передачи.

Прежде чем запускать в производство изделие, разработчик должен получить представление о его рассеивающих свойствах, способе отвода тепла, рассчитать запасы на прочность и помехозащищенность. Это упростит разработчику решение сложных задач, связанных с поиском оптимального рабочего режима устройства. Это особенно важно при разработке преобразователей постоянного тока для блоков питания таких бытовых электронных приборов, как портативные компьютеры и мобильные телефоны, ведь данного вида устройства становятся все миниатюрнее, при том, что число выполняемых ими функций растет.

Производители все чаще обращаются к программам температурного, механического и электромагнитного моделирования, которые позволяют определить многие характеристики прибора и решить проблемы, связанные с отводом тепла, запасами на прочность и помехозащищенность, еще до создания опытных образцов. Это позволяет производителю существенно сэкономить время, так как изготовление и испытания опытного образца занимают, как правило, около двух недель, а моделирование с применением моделей различных сред -- два дня или меньше. Более того, доработка опытного образца или изготовление нового, который также нужно тестировать, отнимает у инженера еще две недели.

Сложность моделирования эффектов данных сред в электронных устройствах определяются многими факторами: свойствами материалов, из которых изготовлены печатная плата, корпуса элементов и радиаторов, количеством слоев печатных плат.

Многие задачи, с которыми приходится в настоящее время сталкиваться исследователям и инженерам, не поддаются аналитическому решению либо требуют огромных затрат на экспериментальную реализацию. Зачастую единственной возможностью экспрессного анализа инженерной проблемы является компьютерное математическое моделирование. Прогресс в разработке численных методов позволил существенно расширить круг задач, доступных анализу. Полученные на основе этих методов результаты используются практически во всех областях науки и техники.

Среди конструкторов радиоэлектронной аппаратуры все большей популярностью пользуется метод конечных элементов, который открывает широкие возможности применения ПЭВМ для расчетов тепловых процессов в различных конструкциях.

В данной работе был рассмотрен обширный программный комплекс ANSYS, который позволяет решать большое число задач. Было проведено исследование ряда аналогичных пакетов программ, с помощью которых можно решать задачи моделирования полей различных сред.

С применением ANSYS было разработано методическое пособие, в котором был решен ряд задач по моделированию теплового, механического и электромагнитного полей интегральной схемы и печатного узла. В частности, были получены несколько графиков температурных зависимостей, рассчитано поле распределения температур для теплового поля, распределение электрического и магнитного полей для электромагнитного поля, получены расчеты по первым формам колебаний для механического поля. А также приводилась возможность наглядно проследить влияние расположения элементов, различной формы, структуры, текстуры и формы конструкции на ее тепловые, механические и электромагнитные характеристики. Результаты расчетов представлены в виде графиков и карты распределения температур, магнитных и электрически полей, а также в виде форм изгибных колебаний.

Проведенные расчеты показали, что ANSYS является удобным средством для анализа полей различных сред. В нем можно решать задачи и непосредственно из графического интерфейса, и путем написания программ на языке APDL. ANSYS предоставляет широкие возможности построения геометрических моделей. Он содержит большое число команд, позволяющих строить различные геометрические объекты, проводить над ними логические операции и операции масштабирования. В состав данного пакета входит удобный инструмент построения и реформирования сетки. ANSYS позволяет детально анализировать результаты решения задачи путем построения контурных графиков и векторных полей. Мы можем получить и проанализировать результаты моделирования полей различных сред в любой интересующей нас части модели, в том числе в произвольном узле сетки, выводить решение вдоль выбранного пути или в сечении модели. Таким образом, ANSYS может быть применен, как для решения учебных задач, так и для проведения сложных практических расчетов.

8. Список литературы

1. Маквецов Е.Н. Модели из кубиков. М: Сов.радио,1978.-192с.:ил.

2. Андреева Е.Г., Шамец С.П., Колмогоров Д.В. Конечно-элементный анализ стационарных магнитных полей с помощью программного пакета ANSYS: Учеб.пособие. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2002,92с.

3. Segerlind L. Primenenie metoda konechnyh elementov., 1976,392с.

4. Руководство по основным методам проведения анализа в программе ANSYS. Режим доступа: [http:// www.ans.com.ru]

5. Справочная система программы ANSYS.

6. Применение продуктов ANSYS и LMS при проектировании газотурбинных двигателей. Режим доступа: [http://www.sapr.ru/Archive/SG/2005/5/15/]

7. Нефтехимическая и газовая отрасли: Инженерно-технический журнал «Solutions»,2006. Режим доступа: [http://www.ansyssolutions.com/ANSYS_Solutions_WINTER_2006.pdf]

8. Подсистема анализа и обеспечения тепловых характеристик радиоэлектронной аппаратуры "АСОНИКА-Т". Режим доступа: [http://www.chip-news.ru/archive/chipnews/200106/10.html]

9. Программный комплекс ТРиАНА. Режим доступа: [http://www.triana.ire.krgtu.ru/]

10. Электронные САПР BETASoft. Режим доступа: [http://www.electrontrade.ru/index.sema?a=pages&id=188]

11. Системы автоматизированного проетирования BETASoft. Режим доступа: http://www.rodnik.ru/htmls/f_1_14.htm]

12. http://www.sauna.com

13. Tool targets thermal analysis. Режим доступа: [Ошибка! Недопустимый объект гиперссылки.]

14. Ошибка! Недопустимый объект гиперссылки.

15. Design-Class Thermal Analysis for Electronics. Режим доступа: [http://www.flomerics.com/flotherm/prod_info/]

16. Ошибка! Недопустимый объект гиперссылки./appinfo/power/webench

17. Виртуальный проектировщик Webench от компании National Semiconductor. Режим доступа: [<http://terraelectronica.ru/files/ notes/Webench%20National%20Semiconductor.doc>]

18. Чигарев А.В. ANSYS для инженеров: Справ.пособие. М.: Машиностроение-1, 2004, 512 с.

19. Д. Норри, Ж. де Фриз. Введение в метод конечных элементов. М.:Изд-во Мир, 1981,304с.

20. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств / Под редакцией В.И. Вольмана.- М.:Радио и связь.-1982 г.

21. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03.

22. Н.А. Белова. Безопасность жизнедеятельности.. - М. Знание, 2000 - 364с.

23. Самгин Э.Б. Освещение рабочих мест. - М.: МИРЭА, 1989. - 186с

24. Справочная книга для проектирования электрического освещения. / Под ред. Г.Б. Кнорринга. - Л.: Энергия, 1976.

25. Е.Я. Юдина, Е.Я. Юдин, Л.А. Борисов М. Борьба с шумом на производстве. Справочник Машиностроение, 1985. 400с., ил.

26. Зинченко В.П. Основы эргономики. М. МГУ, 1979. 179с.

27. Интернет источник: http://bgd.alpud.ru/