Рисунок 2.8 -Принцип работы генератора постпроцессора

Бывают:

- внутренними, то - есть, создание УП идет непосредственно с управляющей траекторией прямо из внутреннего формата CAM-системы, на основе какого-то языка описания -Python(Тиграс), JScript\VBScript (PowerMILL(PM-Post)), Tcl (UG),AutoLisp (AutoCad), VB (Adem, Гемма, Техтран) или таблицы описания постпроцессора (T-Flex).

- внешними, то - есть, преобразующими CLDATA,APT - файл, через внешнюю программу иного разработчика. Промежуточный файл CL-DATA\APT выдается CAM-системой через специальную команду экспорта управляющей траектории.

UniGraphiCS имеет два типа постпроцессоров: - GraphicsPostprocessorModule (GPM) - на основе связки gpm(собственно постпроцессор) + mdf(a) (файл описания оборудования). - ManufacturingOutputManager (MOM) - под управлением модуля МОМ

([MachineOutputManager] = Модуль управления выводом). Этот модуль преобразует параметры операций и внутреннюю геометрию в переменные языка (Tcl), используя в качестве файла описания станка скрипт, сгенерированный системой на языке Tcl. Постпроцессор этого типа - можно написать вручную, а можно создать\изменять через генератор постпроцессоров (PostBuilder).Постпроцессор под данную систему ЧПУ настраивается один раз, далее при создании УП он используется как шаблон [32].

2.2.4 Основные этапы отладки постпроцессора

1. Сбор и анализ информации

Перед началом работы необходимо детально изучить оборудование с ЧПУ. Документация, подлежащая проработке, поставляется вместе с оборудованием фирмы - изготовителем системы ЧПУ и станка. Список необходимой документации:

- инструкция по ручному программированию и описание алгоритмов функционирования УЧПУ;

- паспортные данные станка;

- общая схема станка и инструкция по программированию.

Так же требуется изучить:

- правила кодирования управляющей информации;

- структуру кадра;

- рекомендуемую последовательность слов в кадре;

- рекомендации по использованию отдельных функций системы управления;

- рекомендации по объединению в один кадр, либо разнесению в разные кадры отдельных функций системы управления, а также рекомендуемую последовательность записи этих функций.

Функции системы подразделяются по критерию возможности автоматического изменения их значений в процессе выполнения управляющей программы. Функции любой системы ЧПУ классифицируются по следующим группам:

1) автоматически программно-управляемые:

- управление координатными движениями по осям станка X, Y, Z, U, V, W и т. д.;

- управление вращательными движениями вокруг осей станка А, В, С и т. д.;

- управление сменой инструмента;

- перемещения инструмента (подачей);

- управление выбором коррекционных установок;

- подготовительные операции (функции типа G);

- вспомогательные операции (функции типа М).

2) программно-управляемые с применением ручных способов:

- технологический останов;

- коррекцию размеров (компенсацию) инструмента;

- коррекцию величины подачи.

3) структурные или программно-неуправляемые возможности оборудования:

- структурных функций системы управления;

- выбор закона разгона-торможения;

- выбор величины ускорения разгона-торможения;

- режим ввода информации с носителя.

Функции станка, как и функции системы управления, можно подразделить на автоматически программно-управляемые, программно-управляемые с применением ручных способов и структурные. В качестве примеров можно привести следующие функции:

- координатные движения;

- вращательные движения вокруг осей станка;

- управление скоростью вращения шпинделя;

- выбор диапазона скорости шпинделя;

- управление сменой инструмента;

- управление охлаждением;

- управление нарезанием резьбы (согласование вращения шпинделя с подачей вдоль его оси);

- зажим и разжим осей.

В зависимости от конструкции станка одна и та же функция может относиться к любой из указанных выше групп. Так, смена инструмента может быть полностью автоматической, может требовать некоторых действий от оператора станка, может быть полностью ручной. Аналогичная структура для управления скоростью шпинделя, охлаждением, зажимами-разжимами осей и так далее [6].

2. Создание постпроцессора

Запускаем приложение PostBuilder программыNXCAM. Создаем новый файл с названием Fanuc_0i_MC (такое название носит система ЧПУ на предприятии), в графе description (описание) выбираем 3-х координатный фрезерный станок.

Библиотека NX содержит большое количество уже готовых шаблонов постпроцессоров под разные системы ЧПУ, поэтому создавать полностью новый постпроцессор не имеет смысла. Выбираем наиболее подходящий по функциям файл-это Fanuc_6М и на основе него проводим дальнейшую отладку. На рисунке 2.9 наглядно представлены выше описанные действия.



Рисунок 2.9 - Начало работы в PostBuilder

3. Ввод данных о станке

В этом пункте заносятся ограничения станка. Ограничения станка описываются по геометрическим и динамическим характеристикам, сюда относятся: пределы перемещений исполнительных органов станка; допустимые скорости перемещений исполнительных органов станка; допустимые мгновенные перепады скоростей перемещения исполнительных органов станка; допустимое ускорение перемещения исполнительных органов станка; совместимость перемещений исполнительных органов станка. Окно редактирования этого раздела представлено на рисунке 2.10.

Рисунок 2.10 - Ввод данных о станке

4. Назначение G и М функций под систему FANUC 0i-MC

Основные единицы любого кода управляющей программы - G и M команды. Между собой G-коды выделяются в отдельные группы, в пределах которых действие одной функции может отменяться другой. Функции с адресом (префиксом) M - называются вспомогательными и предназначены для управления различными устройствами станка, например включение/выключение шпинделя, охлаждения и так далее [5].

Используя документацию на систему ЧПУ FANUC 0i-MC, задаем значения для каждой подготовительной функции G и вспомогательной функции М. На рисунках 2.11 и 2.12 представлены окна редактирования этих функций.

Рисунок 2.11 - Окно значений G-функций

Рисунок 2.12 - Окно значений М-функций

6. Добавление и редактирование программных блоков

Согласно стандартам ISO 6983-1:1982, DIN 66025, ANSI/EIA RS-274-D, ГОСТ 20999-83 управляющая программа для станка с ЧПУ передается на станок в текстовом файле с кодировкой 8-ми битовый формат ASCII без контроля четности (8-bit no-parity ASCII format). Каждая строка программы называется кадром. Кадр состоит из блоков (команд) разделенных пробелами. В общем случае стойка ЧПУ работает только с одним кадром, который называется текущим. Все блоки кадра прочитываются и обрабатываются стойкой одновременно [13].

Поменять порядок вывода в управляющей программе программных блоков можно путем определения необходимой последовательности в окне редактирования PostBuilder на вкладке «Program and Tool Path» (программы и траектория инструмента) - рисунок 2.13.

Рисунок 2.13 - Редактирование блоков команд

7. Задание приоритета программным блокам

У каждой стойки ЧПУ есть свои особенности связанные с порядком обработки блоков в кадре, то есть их приоритетом. Это очень важно для постпроцессора, включать все необходимые команды до перемещения и отключать после. В закладке «WordSequencing» настраивается эта опция (рисунок 2.14).

8. Общее оформление кадра

В этом пункте настраивается оформление кадра: выбирается знак, которым заканчивается кадр, расстояние между блоками команд, порядок нумерации кадра и так далее (рисунок 2.15).

Рисунок 2.14 - Задание приоритета командным блокам



Рисунок 2.15 - Оформление кадра УП

Чтобы просмотреть правильность отлаженных функций можно перейти на вкладку «Output Settings» (Настройки вывода). В этой вкладке показывается то, как обрабатываются события или как постпроцессор будет выводить последовательность блоков определенной команды. При необходимости можно изменить эти настройки. Удобный графический интерфейс демонстрирует изменения в коде путем сопоставления двух окон «New Code» (новый код) и «Old Code» (старый код) (рисунок 2.16). Для данного постпроцессора обработку событий оставляем неизменной.

На этом этапе заканчивается отладка постпроцессора. Далее его необходимо сохранить в библиотеке шаблонов постпроцессоров и следующим шагом будет тестирование созданного файла, на примере вывода управляющей траектории для конкретной детали.

Рисунок 2.16- Настройки вывода УП



2.3 Технологическое обеспечение АРМ

2.3.1 Организация технологии сбора, передачи, обработки и выдачи информации

Технологический процесс обработки информации представляет собой совокупность операций, осуществляемых в строго определенной последовательности с начального момента появления данных до окончательного получения заданных результатов. Его можно подразделить на четыре основных этапа: первичный, подготовительный, основной и заключительный. На первичном этапе осуществляется сбор исходных данных, их регистрация и передача для ввода в ЭВМ. Подготовительный этап охватывает операции по приему, контролю и регистрации входной информации и переносу ее на машинные носители. Основной этап обеспечивает непосредственную обработку информации на персональном компьютере. На заключительном этапе осуществляется контроль, выпуск и передача результатной информации [35].

Технологический процесс АРМ технолога-программиста по подготовке управляющих программ можно представить как совокупность взаимосвязанных этапов.

1. Анализ полученной информации

2. Формирование стратегий обработки

3. Вывод управляющих программ

4. Сохранение и передача информации

На первом этапе происходит сбор исходной информации и ее обработка.

Сбор исходной информации включает в себя:

1) Информацию о назначении детали.

2) Информацию об особенностях поверхности, подвергающейся фрезерованию.

3) Требования к полученной детали после обработки.

Операция ввода информации в ЭВМ технолога-программиста осуществляется путем передачи данных от инженера-конструктора по локальной сети предприятия.

На этапе формирование стратегий обработки осуществляются следующие операции:

1) Загрузка модели в NXСАМ.

2) Выбор поверхностей обработки.

3) Выбор режущих инструментов детали.

4) Определение оптимальных режимов резания и подачи.

На этапе вывод управляющей программы осуществляется выбор разработанного файла постпроцессора, вывод УП, предварительная проверка листинга УП и по мере необходимости добавление комментариев в УП.

Последний этап включает в себя следующие действия:

1) Сохранение УП на компьютере и флеш-накопителе.

2) Передача данных оператору станка.

3) Загрузка УП на стойку.

2.3.2 Схема технологического процесса сбора, передачи, обработки и выдачи информации

Общая схема технологического процесса сбора, передачи, обработки и выдачи информации на рабочем месте технолога-программиста представлена на рисунке 2.17.



Рисунок 2.17 - Схема технологического процесса сбора, обработки и выдачи информации в АРМ

Необходимо отметить, что нормальное функционирование АРМ не возможно без грамотно настроенного постпроцессора. Постпроцессирующий файл играет важную роль в работе АРМ на этапе получения управляющей программы. Схема технологического процесса настройки постпроцессора представлена на рисунке 2.18.

Рисунок 2.18 - Схема технологического процесса отладки постпроцессора



3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Назначение и обоснование методики проведения эксперимента

После того как постпроцессор отлажен, следует провести проверку его работы на реальных программах обработки деталей с выходом на оборудование с ЧПУ.

Вопросы комплексной проверки постпроцессора тесно связаны с задачей тестирования, то есть с задачей создания комплекса тестовых задач, в достаточной степени обеспечивающих проверку правильности функционирования постпроцессора.

Можно рекомендовать следующую последовательность тестовых задач:

1) Простая задача, содержащая одно - два перемещения инструмента из точки в точку на небольшой подаче. С помощью этого теста проверяется правильность совместной работы основных блоков постпроцессора.

2) Задача, содержащая простые перемещения инструмента и различные операторы управления постпроцессором. Этот тест должен обеспечить проверку правильности комплексного функционирования блоков, занимающихся обработкой операторов управления постпроцессором.

3) Задача, содержащая простые перемещения инструмента при завышенных подачах, недопустимых перепадах составляющих скорости подачи, превышении пределов допустимых перемещений станка.

4) Задача, содержащая сложные перемещения инструмента. С помощью такой задачи проверяется детально работа блоков, тоже обрабатывающих данные о движении инструмента.

5) Комплексная задача, содержащая как сложные перемещения инструмента, так и различные операторы управления постпроцессором. Эта задача может впоследствии служить примером, используемым при передаче постпроцессора в опытную эксплуатацию [5].

При проведении эксперимента будет выполняться комплексная тестовая задача. Выбор этого метода основывается на том, чтобы проверить как можно больше функций работы постпроцессора и при выявлении ошибок и недочётов в полученной УП, доработать его.

3.2 Схема выполнения эксперимента

Для проведения эксперимента будет использоваться следующее техническое обеспечение: ПК технолога-программиста и фрезерный обрабатывающий центр с системой ЧПУ Fanuc0i-MC .

Эксперимент по проверке постпроцессора будет содержать следующие этапы:

1) Выбор подходящей детали, которая должна содержать как простые, так и сложные перемещения, работы на различных подачах для наиболее наглядного представления о правильной работе постпроцессора.

2) Создание траектории обработки детали в NXCAM.

3) Загрузка экспериментального постпроцессора для вывода управляющей программы.

4) Передача на станок с системой ЧПУ управляющей программы.

5) Проверка полученной детали после обработки на соответствие исходной конструкторской документации.

Для проведения эксперимента выбрана деталь Форма гайки, чертеж детали представлен в Приложении А. Данная деталь предназначена для отливки алюминиевой гайки, которая после прохождения токарной обработки крепится на пожарный рукав. Обработке на фрезерном станке будут подвергаться сложные фасонные участки, выделенные зеленым цветом на рисунке 3.1.

Трехмерная модель детали и чертеж, разработанный инженером-конструктором, передается по локальной сети предприятия на персональный компьютер технолога-программиста.

Необходимо открыть полученные файлы, установленной ранее программой Компас 3D-V14 (рисунок 3.1). После анализа геометрии детали и изучения требований, представленных в КД, трехмерная модель детали сохраняется в разрешении *.step.

Рисунок 3.1 - Модель детали Форма гайки

Открываем программу NXCAM 8.5 и импортируем сохраненную ранее деталь в генератор управляющих программ. Создаем заготовку, размерами приближенную к действительной детали. Выделяем участки, которые будут фрезероваться.

Обработка необходимых поверхностей будет происходить двумя режущими инструментами:

- фреза концевая - для черновой обработки;

- фреза сферическая - чистовой проход.

Для первой операции выбирается необходимый инструмент (рисунок 3.2) и задается его параметры: диаметр режущей кромки и ее длинна, материал инструмента, количество зубьев [1].

Далее назначаются режимы резания и стратегия обработки(рисунок 3.3), которые включают в себя следующие параметры: общая подача инструмента, подача на зуб, скорость вращения шпинделя, выбор траектории движения инструмента, выбор глубины резания и припуски.

В конце программа рассчитывает траекторию черновой обработки с использованием настроенных ранее параметров.

Рисунок 3.2 - Выбор и настройка инструмента

Рисунок 3.3 - Создание стратегии обработки детали

Визуализация траектории представлена на рисунке 3.4. К созданию чистовой обработки сферической фрезой применяется аналогичный подход.

После того как САМ-система рассчитала траекторию, для вывода управляющей программы необходимо выбрать, постпроцессор, соответствующий системе ЧПУ установленной на фрезерном станке.

Рисунок 3.4 - Визуализация процесса обработки

Выбираем разработанный нами постпроцессирующий файл Fanuc_0i_MC из библиотеки постпроцессоров (рисунок 3.5).

Рисунок 3.5 - Выбор постпроцессора Fanuc_0i_MC

Сгенерированный системой файл, содержащий информацию о положении и траектории инструмента, режимах резания и других технологических параметрах, обрабатывает выбранный постпроцессор и на основе этих данных формирует управляющую программу для необходимого станка.

На рисунке 3.5 показано окно вывода управляющей программы. Так же система выдает расчет времени на обработку, который соответствует реальным процессам фрезерования на станке. Для детали Форма гайки суммарное время обработки поверхностей составит 4 часа 40 минут (рисунок 3.5).

Следует обратить внимание на то, что листинг управляющей программы (Приложение Г) соответствует настроенным параметрам в PostBuilder. Командные блоки выведены в нужной последовательности, оформление соответствует требованиям системы Fanuc0i-MC, но окончательный вывод о работоспособности отредактированного постпроцессора можно сделать только после обработки детали на станке.

Рисунок 3.5- Вывод управляющей программы

3.3 Результаты проведения эксперимента

После получения управляющей программы (Приложение Г) САМ-системой, она сохраняется на персональном компьютере технолога-программиста и на флеш-накопителе, с помощью которого УП будет передаваться на стойку станка. Составляется технологическая документация на изготовление детали -это операционные и маршрутные карты (Приложение Б и В), для дальнейшей работы оператора фрезерного обрабатывающего центра [2].

После передачи необходимой документации оператору и загрузки УП в систему ЧПУ, происходит обработка детали. Присутствие технолога-программиста при этом не обязательно. Готовую деталь необходимо измерить и сравнить с исходными данными в конструкторской документации.

Деталь Форма гайки (рисунок 3.6), после фрезерной обработки соответствовала КД, а на основании этого можно сделать вывод: что настроенный постпроцессор Fanuc_0i_MC, отвечает нормам технологической документации на систему ЧПУ и его можно использовать как шаблон при дальнейшей разработке управляющих программ.

Рисунок 3.6 - Деталь Форма гайки после обработки

Общие выводы по эксперименту:

1) Настроенный постпроцессор значительно сократил время на получение УП, так как технологу-программисту не пришлось вручную изменять программу под конкретную комбинацию «станок -- система ЧПУ».

2) Его использование поможет избежать ошибок в листинге управляющей программы, тем самым не допустить поломку режущих инструментов и выпуск бракованных деталей.

3) Недостатком данной разработки является ее не универсальность, так как если поменяется прошивка системы ЧПУ или будет закуплено новое станочное оборудование, то постпроцессирующий файл придется создавать заново.

программный станок автоматизированный технологический



4. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

4.1 Технико-экономическое обоснование выбора темы проекта

Темой дипломного проекта является создание автоматизированного рабочего места подготовки управляющих программ для систем ЧПУ. Данная система позволит автоматизировать процесс разработки управляющих программ технологом-программистом.

Программное обеспечение, установленное на рабочее место технолога-программиста, позволяет:

- проанализировать данные об изделии;

- в автоматизированном режиме создавать стратегии обработки;

- получать управляющую программу, которая будет соответствовать данной системе ЧПУ;

Основными достоинствами разработанной автоматизированной системы являются: возможность создания управляющих программ для деталей со сложными фасонными поверхностями, сгенерированные САМ-системой управляющие программы не требуют ручной доработки под конкретную систему ЧПУ, сокращается количество ошибок в листинге УП.

4.2 Расчет затрат на разработку проекта

Одним из важнейших факторов, влияющих на принятие руководителем решения о внедрении автоматизированной системы, является экономическая эффективность такого внедрения и сроки окупаемости проекта. Для расчета срока окупаемости необходимо определить затраты на разработку.

Стоимостные затраты на выполнение проекта С складываются из пяти показателей:

С_зар - заработная плата исполнителей;

С_об- затраты на закупку оборудования и программное обеспечение;

С_м - затраты на расходные материалы;

С_орг - затраты на организацию рабочих мест;

С_накл - накладные расходы.

Для разработки АРМ будут использоваться рабочие места техническо-конструкторского отдела и уже имеющееся в нем вычислительное оборудование, поэтому затраты на накладные расходы и на организацию рабочих мест не включаются в расчет стоимостных затрат. Так же стоимостные затраты на закупку или аренду оборудования C_об, будут включать в себя только стоимость закупленного программного обеспечения [7].

Таким образом, имеем:

С = С_зар +С_об + С_м (4.1)

Полный цикл разработки АРМ включает в себя следующие этапы:

1) Исследование предметной области, изучение и формализация требований будущего пользователя системы.

2) Разработка технического задания (ТЗ).

3) Закупка необходимого программного обеспечения.

4) Непосредственное создание АРМ. Настройка технического обеспечения задачи, установка необходимого программного обеспечения, отладка постпроцессора под конкретную систему ЧПУ.

5) Тестирование отлаженного постпроцессора. Создание управляющей программы, проверка ее работоспособности на станке с ЧПУ «в холостую» (без соприкосновения инструмента с заготовкой).

6) Доработка системы в случае возникновения ошибок в синтаксисе управляющей программы.

7) Разработка документации.

В таблице 4.1 представлены данные о задействованном персонале и продолжительности работ.

Таблица 4.1

Этапы разработки АРМ

Этапы разработки	Продолжительность работы (дни)	Персонал
Анализ предметной области	5	Технолог-программист
Разработка ТЗ	4	Начальник отдела
Закупка необходимого ПО	14	Специалист по закупкам
Установка ПО и отладка постпроцессора	2	Технолог- программист
Тестирование постпроцессора. Создание УП	1	Технолог-программист
		Оператор станка с ЧПУ
Доработка системы	1	Технолог-программист
Разработка документации	3	Технолог-программист

Общая продолжительность реализации проекта составляет 30 дней. В связи с тем, что основную часть работ самостоятельно выполняет технолог-программист, сокращение сроков проекта за счет распараллеливания работ невозможно и зависит исключительно от собственных темпов исполнения работ указанного сотрудника. На рисунке 4.1 представлена диаграмма Ганта.

Рисунок 4.1 - Диаграмма Ганта для определения сроков разработки автоматизированного рабочего места.

На предприятии принимается 5-дневная рабочая неделя с 8-часовым рабочим днем. В таблице 4.2 представлены сведения о затратах на заработную плату. В таблице 4.3 расходы на необходимое программное обеспечение. В таблице 4.4 сумма затрат на расходные материалы.



Таблица 4.2

Затраты на выплату заработной платы (С_зар)

Должность	Час работы, (руб.)	Дн.оклад, (руб.)	Продолжительность работы (дни)	Заработная плата, (руб.)
Начальник отдела	280	2240	5	11200
Специалист по закупкам	140	1120	14	15680
Технолог-программист	190	1520	17	25840
Оператор станка с ЧПУ	160	1280	1	1280
Основная заработная плата Сз.осн	54000
Дополнительная заработная плата Сз.доп=0,2Сз.осн	10800
ИТОГО (Сзар=Сз.осн+Сз.доп)	64800

Таблица 4.3

Расходы на закупку программного обеспечения (C_об)

Наименование программного продукта	Стоимость (руб.)
Компас-3DV14 (3D-проектирование и конструирование изделий машиностроения), лицензия на одно рабочее место	94 000
CAMNX 8.5,базовый комплект + модуль 3х осевой фрезерной обработки, лицензия на одно рабочее место	280 000
ИТОГО:	374 000

Таблица 4.4

Материальные затраты (С_м)

Наименование	Единица измерения	Кол-во	Цена за единицу	Сумма, (руб.)
Бумага чистая А4	пачка	1	150	150
Бумага чертёжная А1	лист	8	15	120
Карандаш	штук	3	5	15
Ручка шариковая	штук	3	10	30
Линейка	штук	3	20	60
Ластик	штук	3	5	15
Картридж цветной	штук	1	900	900
Картридж чёрно-белый	штук	1	750	750
ИТОГО:	2040
Транспортные расходы- 20% от стоимости материалов	408
С учётом транспортных расходов:	2448



Подставив полученные данные в формулу (4.1) найдем общие затраты на проект

С=64800+374000+2448=441248 (руб.)

4.3 Экономическая эффективность проекта и расчет срока окупаемости

Эффективность автоматизированной системы определяется ее наполнением и качеством реализации. На практике внедрение АРМ по подготовке управляющих программ реализуется как автоматизация имеющихся процессов при имеющемся персонале. В этом случае можно говорить о таких эффектах от внедрения, как рост производительности персонала, повышение качества полученных деталей, увеличение отдачи от используемого оборудования.

В этом пункте будет оцениваться отдача от затрат на покупку автоматизированной системы и ее внедрение в соответствии с существующими процессами. Поэтому можно сказать, что при внедрении АРМ как программного продукта автоматизации процессов, предприятие и получит прямые эффекты категории снижения затрат [25].

Экономическая эффективность проекта складывается из двух составляющих:

- косвенный эффект;

- прямой эффект.

Косвенный эффект характеризуется увеличением прибыли, привлечением большего числа клиентов и так далее. Преимущества, которые обеспечивает косвенный эффект следующие:

- улучшения в доступе к информации;

- улучшения в качестве обслуживания заказчиков;

- более быстрое и качественное принятие решений;

- усиление степени контроля со стороны руководства;

- улучшение морального климата и степени удовлетворенности сотрудников своим трудом.

Прямой эффект характеризуется снижением трудовых и стоимостных показателей.

К трудовым показателям относятся следующее:

1) Абсолютное снижение трудовых затрат (? Т)

?Т=T₀-T₁, где (4.2)

Т₀-трудовые затраты на обработку информации по базовому варианту;

Т₁-трудовые затраты на обработку информации по предлагаемому варианту;

2) Коэффициент относительного снижения трудовых затрат (К)

К=?Т/Т₀ *100% (4.3)

3) Индекс снижения трудовых затрат или повышение производительности труда (Y):

Y=T₀/T₁ (4.4)

К стоимостным показателям относятся следующее:

1) Абсолютное снижение стоимостных затрат (?C):

?С = С₀ - С_1, где (4.5)

С₀ - стоимостные затраты на обработку информации вручную;

С₁- стоимостные затраты на обработку информации по предлагаемому проекту;

2) Коэффициент относительного снижения стоимостных затрат (К_С):

К_С =?С / С₀ * 100% (4.6)

3) Индекс снижения стоимостных затрат (Y_С):

Y_С = С₀/ С₁. (4.7)

Сравнительный анализ будет осуществляться на примере создания управляющей программы для детали, представленной в главе 3 данного дипломного проекта. Разработка УП до внедрения АРМ представляет собой ручной способ написания программы, после внедрения-работа в САМ-системе с отлаженным постпроцессором под конкретную систему ЧПУ [8].

К трудовым затратам будет относиться время работы технолога-программиста на разработку и отладку управляющей программы. Результаты расчетов приведены в таблице4.5 и на рисунке 4.2.

Таблица 4.5

Трудовые показатели

	Трудоемкость технолога-программиста (час)
Базовый вариант (Т0)	14
Проектный вариант(Т1)	4
Абсолютное изменение затратТ= Т0- Т1	10
Коэффициент изменения затрат Кт=	72%
Индекс изменения затрат Yт=	3,5

Рисунок 4.2 - Трудовые затраты

Стоимостные затраты будут определяться по двум критериями: расходы на заработную плату технолога-программиста и расход электроэнергии компьютером.

Расход по зарплате рассчитывается как произведение трудоемкости на час работы (таблица 4.2). Расход электроэнергии рассчитывается исходя из тарифной ставки для предприятия 1 кВт=3,2 руб. Потребление электроэнергии персональным компьютером вместе с монитором составляет 150 Вт/час. Затраты на электроэнергию будут рассчитываться как:

С_эн=(Потребление (кВт/час)* Трудочасы)*Тариф.ставку (4.8)

Для персонального компьютера технолога-программиста расход электроэнергии при базовом варианте составит - 8 руб., проектном-2 руб.

Результаты сравнительного анализа стоимостных показателей приведены в таблице 4.6 и на рисунке 4.3

Таблица 4.6

Стоимостные показатели

	Базовый вариант (С0)	Проектный вариант (С1)
Расход по зарплате технолога-программиста (руб.)	2660	760
Расход на электроэнергию, потребляемую ПК (руб.)	8	2
Суммарные расходы (руб.)	2668	762
Абсолютное изменение затрат?С=С0-С1=1906
Коэффициент изменения затрат Кс= 100%=71%
Индекс изменения затрат Yс==3,5

Таким образом, при внедрении АРМ трудоемкость и стоимость выполняемых операций уменьшается на 72% и 71% соответственно. Индекс изменения трудоемкости составил 3,5 это значит, что трудоемкость при базовом варианте в 3,5раза больше относительно проектного варианта.

Аналогично индекс изменения стоимости, который так же составил 3,5, означает, что денежные затраты на процесс получения управляющей программы при базовом варианте в 3,5 раза больше, чем при проектном. Теперь целесообразно рассчитать срок окупаемости проекта.

Рисунок 4.3 - Стоимостные затраты на создание управляющей программы

Срок окупаемости (величина, обратная коэффициенту эффективности) - показатель эффективности использования капиталовложений - представляет собой период времени, в течение которого произведенные затраты на программные изделия окупаются полученным эффектом [34].

Рассчитывается по формуле:

, где (4.9)

К_п-затраты на создание проекта,

?С -абсолютное изменение затрат [8].

В таблице 4.6 приведены данные об изменении затрат на разработку одной программы для детали со сложной геометрией, но учитывая то что на предприятии 8 часовой рабой день, технолог-программист сможет подготавливать как минимум 2 программы в день или больше (в зависимости от сложности поверхности обработки). Следовательно абсолютное изменение затрат ?С увеличится тоже в два раза и составит 3812 руб. в день.

Рассчитаем срок окупаемости проекта по формуле (4.3):

Т_ок = 409248(руб.) / 3812 (руб./день)=115 (дни).

Через 115 рабочих дней или 23 недели проект окупит свою себестоимость.

5. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

5.1 Безопасность жизнедеятельности

5.1.1 Определение оптимальных условий работы программиста

Проектирование рабочих мест относится к числу важнейших проблем эргономического проектирования в области вычислительной техники.

Рабочее место и взаимное расположение всех его элементов должно соответствовать антропометрическим, физическим и психологическим требованиям. При организации рабочего места программиста должны быть соблюдены следующие требования:

- оптимальное размещение оборудования, входящего в состав рабочего места;

- достаточное рабочее пространство, позволяющее осуществлять все необходимые движения и перемещения;

- необходимое искусственное и естественное освящение для выполнения поставленных задач;

- уровень акустического шума не должен превышать допустимого значения;

- достаточная вентиляция рабочего места.

Эргономическими аспектами проектирования рабочих мест являются: высота рабочей поверхности, размеры пространства для ног, требования к расположению документов на рабочем месте, характеристики рабочего кресла, регулируемость рабочего места и его элементов.

Важными частями рабочего места технолога-программиста являются письменный стол и кресло. Основным рабочим положение является положение сидя.

Грамотная планировка рабочего места предусматривает четкий порядок для размещения предметов, средств труда и документации. То, что требуется для выполнения своей работы программистом чаще всего, располагается в зоне легкой досягаемости [14].

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

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

Оптимальная зона- часть моторного поля рабочего места, ограниченного дугами описываемыми предплечьями при движениях в локтевых суставах с опорой в точке локтя с относительно неподвижным плечом. На рисунке 5.1.1 представлены зоны досягаемости рук.

Рисунок 5.1 - Зоны досягаемости рук в горизонтальной плоскости

Оптимальное размещение предметов труда в зонах досягаемости рук представлено на рисунке 5.2.

1. Дисплей размещается в зоне а (центр).

2. Клавиатура в зоне д, г.

3. Системный блок в зоне в (слева).

4. Принтер в зоне а (справа).

5. Документация:

- в зоне легкой досягаемости ладони -в (слева) литература и документация необходимая для работы;

- в выдвижных ящиках стола- литература, неиспользуемая постоянно.

Рисунок 5.2 - Размещение основных и периферийных составляющих ПК

Высота рабочей поверхности рекомендуется в пределах 680-760мм. Высота рабочей поверхности, на которую устанавливается клавиатура, должна быть 650 мм. Рекомендуемая высота сиденья над уровнем пола должна быть в пределах 420-550 мм. Поверхность сиденья рекомендуется делать мягкой, передний край закругленный, а угол наклона спинки - регулируемым.

Положение экрана определяется:

- расстоянием считывания (0,60+0,10 м);

- углом считывания.

Также должна предусматриваться возможность регулирования экрана:

- по высоте (±3 см);

- по наклону от 10до 20 относительно вертикали;

- в левом и правом направлениях.

Зрительный комфорт подчиняется двум основным требованиям:

- четкости на экране, клавиатуре и в документах;

- освещенности и равномерности яркости между окружающими условиями и различными участками рабочего пространства.

Характеристики используемого рабочего места:

- высота рабочей поверхности стола 750 мм;

- высота пространства для ног 650 мм;

- высота сиденья над уровнем пола 450 мм;

- расстояние от глаз до экрана 700 мм;

- расстояние от глаз до клавиатуры 400 мм;

- расстояние от глаз до документов 500 мм.

- возможность регулирование экрана по высоте, по наклону в левом и правом направлениях.

Создание комфортных условий труда и правильное эстетическое оформление рабочего места на производстве имеет большое значение, как для облегчения труда, так и для повышения его привлекательности, положительно влияющей на производительность. Окраска помещений и мебели должна способствовать созданию оптимальных условий для зрительного. В служебных помещениях, в которых выполняется однообразная умственная работа, требующая значительного нервного напряжения и большого сосредоточения, окраска должна быть спокойных тонов - малонасыщенные оттенки холодного зеленого или голубого цветов.

При разработке рабочего места программиста необходимо так же учитывать уровень шума, освещенность и микроклимат.

5.1.2 Освещенность рабочего места

Рациональное освещение рабочего места является одним из важнейших факторов, влияющих на эффективность трудовой деятельности человека, предупреждающих травматизм и профессиональные заболевания. Правильно организованное освещение создает благоприятные условия труда, повышает работоспособность и производительность труда. Освещение на рабочем месте программиста должно быть таким, чтобы работник мог без напряжения зрения выполнять свою работу. Утомляемость органов зрения зависит от ряда причин:

- недостаточность освещенности;

- чрезмерная освещенность;

- неправильное направление света.

Недостаточность освещения приводит к напряжению зрения, ослабляет внимание, приводит к наступлению преждевременной утомленности. Чрезмерно яркое освещение вызывает ослепление, раздражение и резь в глазах. Неправильное направление света на рабочем месте может создавать резкие тени, блики, дезориентировать работающего. Все эти причины могут привести к несчастному случаю или профзаболеваниям, поэтому столь важен правильный расчет освещенности.

Расчет освещенности рабочего места сводится к выбору системы освещения, определению необходимого числа светильников, их типа и размещения. Процесс работы программиста протекает в таких условиях, когда естественное освещение недостаточно или отсутствует. Исходя из этого, рассчитаем параметры искусственного освещения.

Искусственное освещение выполняется посредством люминесцентных ламп.

Люминесцентные лампы по сравнению с лампами накаливания имеют существенные преимущества:

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

- обладают более высоким КПД (в 1.5-2раза 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 54 м², ширина которой 9 м, длина 6м и высота - 3.2 м. Для расчета будем использовать методом светового потока [4].

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

, где (5.1)

F_Л- рассчитываемый световой поток, Лм;

Е - нормированная минимальная освещенность, Лк (определяется по таблице 1 Приложение Д). Работу технолога-программиста, в соответствии с этой таблицей, можно отнести к разряду точных работ, следовательно, минимальная освещенность будет Е = 300 Лк при газоразрядных лампах;

S - площадь освещаемого помещения (в нашем случае S = 54 м²);

Z - отношение средней освещенности к минимальной, обычно принимается Z = 1.1;

К_з - коэффициент запаса, учитывающий уменьшение светового потока лампы в результате загрязнения светильников в процессе эксплуатации (его значение определяется по таблице коэффициентов запаса для различных помещений (таблица 2 Приложение Д) и в нашем случае К_з = 1.2 для офисов и административных помещений);

?- 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 (с_с), пола (с_р) и потолка (с_п), значение коэффициентов с_с, с_р и с_п, определим по таблице зависимостей коэффициентов отражения от характера поверхности (таблица 3 Приложение Д): с_с=30%, с_п =50% , с_р =10%.

Значение ? определим по таблице коэффициентов использования различных светильников. Для этого вычислим индекс помещения по формуле:

_, где (5.2)

S - площадь помещения, S = 54 м²;

h - расчетная высота подвеса, h = 2,4 м;

a - ширина помещения, a = 9 м;

b - длина помещения, b = 6 м.

Подставив значения, получим I=1,5.

Зная коэффициенты отражения от потолка, пола и стен, а так же индекс помещения, (таблица 4 Приложение Д) находим коэффициент использования ?=0,35.

По формуле (5.1) рассчитаем световой поток, он равен F_Л=58618 Лк.

Для освещенности выбираем люминесцентные лампы типа ЛБ65, световой поток которых F=4325 Лк (таблица 5 Приложение Д).

Рассчитаем необходимое количество ламп по формуле:

, где (5.3)

N - определяемое число ламп. Получаем 12 ламп.

Расчетным путем было выяснено, что для данного помещения потребуется 12 осветительных приборов. Каждый светильник комплектуется 2 лампами. Размещаются светильники двумя рядами, по три в каждом ряду.

5.1.3 Комфортный уровень шума

Одним из неблагоприятных факторов производственной среды в помещениях с использованием ЭВМ является высокий уровень шума, создаваемый печатными устройствами, оборудованием для кондиционирования воздуха, вентиляторами систем охлаждения в самих ЭВМ.

Для решения вопросов о необходимости и целесообразности снижения шума необходимо знать уровнь шума на рабочем месте технолога-программиста. Уровень шума, возникающий от нескольких некогерентных источников, работающих одновременно, подсчитывается на основании принципа энергетического суммирования излучений отдельных источников:



(5.4)

где L_i - уровень звукового давления i-го источника шума;

n - количество источников шума.

Полученные результаты расчета сравнивается с допустимым значением уровня шума для данного рабочего места. Если результаты расчета выше допустимого значения уровня шума, то необходимы провести специальные мероприятия по снижению шума. К ним относятся: облицовка стен и потолка зала звукопоглощающими материалами, снижение шума в источнике, правильная планировка оборудования и рациональная организация рабочего места технолога-программиста.

Обычно рабочее место технолога-программиста оснащено следующим оборудованием: системный блок, включающий в себя процессор, вентилятор(ы) систем охлаждения ПК и жесткий диск, монитор, клавиатура, принтер.

Уровни звукового давления этих источников шума, действующих на технолога-программиста на его рабочем месте равны:

Жесткий диск	40 дБ
Вентилятор	45 дБ
Монитор	17 дБ
Клавиатура	10 дБ
Принтер	49 дБ

Подставив значения для каждого вида оборудования в формулу (5.4), найдем общий уровень шума:

L_?=10·lg(10^4+10^4,5+10^1,7+10^1+10^4,9)=50,83 дБ

Полученное значение не превышает допустимый уровень шума для рабочего места технолога-программиста, равный 65 дБ [15].

Следует отметить, что для создания более комфортных условий работы уровень шума следует понижать, а это можно сделать за счет облицовки стен и потолка звукопоглощающими материалами. Уровень вибрации в помещениях где используются ПК так же может быть снижен путем установки оборудования на специальные виброизоляторы.

5.1.4 Воздействие электромагнитных излучений

Электромагнитные поля, характеризующиеся напряженностями электрических и магнитных полей, оказывает вредное воздействие на организм человек. Основным источником этих проблем, являются мониторы, особенно с электронно-лучевыми трубками. Они представляют собой источники наиболее вредных излучений, неблагоприятно влияющих на здоровье работника. Электромагнитное поле имеет электрическую и магнитную составляющую. Считается, что магнитная составляющая вызывает большую реакцию, чем электрическая.

ЭВМ являются источниками таких излучений как: мягкого рентгеновского; ультрафиолетового 200 - 400 нм; видимого 400 - 700 нм, ближнего инфракрасного 700 - 1050 нм; радиочастотного 3 кГц - 30 МГц; электростатических полей.

При эксплуатации монитор компьютера излучает мягкое рентгеновское излучение. Опасность этого вида излучения связана с его способностью проникать в тело человека на глубину 1-2 см и поражать поверхностный кожный покров.

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

Ультрафиолетовое излучение в больших дозах приводит к дерматиту кожи, головной боли, рези в глазах. Инфракрасное излучение приводит к перегреву тканей человека (особенно хрусталика глаза), повышению температуры тела.

Уровни напряженности электростатических полей должны составлять не более 20 кВ/м. Поверхностный электростатический потенциал не должен превышать 500 В. При увеличенном уровне напряженности следует сократить время работы за компьютером, делать пятнадцатиминутные перерывы в течение полутора часов работы, обязательно применять защитные экраны, не размещать их концентрированно в рабочей зоне и выключать их, если на них не работают.

Может возникнуть опасность по уровням напряженности электромагнитного поля. На расстоянии 5-10 см от экрана и корпуса монитора уровни напряженности могут достигать 140 В/м по электрической составляющей, что значительно превышает допустимые значения СанПиН.

Для безопасной работы на ЭВМ необходимо находиться на расстоянии не менее 50 см от экрана дисплея. Для уменьшения воздействий всех видов излучения рекомендуется применять мониторы с пониженным уровнем излучения, устанавливать защитные экраны, а также соблюдать регламентированные режимы труда и отдыха.

Наряду с этим нужно устанавливать в помещении, где работает программист, ионизаторы воздуха, чаще проветривать помещение, проводить влажную уборку и хотя бы один раз в течение рабочей смены очищать экран от пыли.

Для защиты от статического электричества необходимо использовать нейтрализаторы и увлажнители, а полы должны иметь антистатическое покрытие. Допустимые уровни напряженности электростатических полей не должны превышать 20 кВ в течение 1 часа [33].

5.2 Параметры микроклимата на рабочем месте программиста

Жизнедеятельность человека сопровождается непрерывным выделением теплоты в окружающую среду. Ее количество зависит от степени физического напряжения (энерготрат) в определенных климатических условиях и составляет от 50 Вт (в состоянии покоя) до 500 Вт (при тяжелой работе). Для того чтобы физиологические процессы в организме протекали должным образом, выделяемая организмом теплота должна полностью отводиться в окружающую среду.

Нарушение теплового баланса может привести к перегреву либо к переохлаждению организма и, как следствие, к потере трудоспособности быстрой переутомляемости. Тепловое состояние человека, его работоспособность зависит от воздействия ряда параметров микроклимата.

К ним относятся:

- температура воздуха;

- температура поверхностей;

- относительная влажность воздуха;

- скорость движения воздуха;

- интенсивность теплового облучения

Вычислительная техника является источником больших тепловыделений, что может привести к повышению температуры и понижению 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 [16].

Работа технолога-программиста относится к категории I а (интенсивность энерготрат до 120 ккал/ч, производимая сидя и сопровождающаяся незначительным физическим напряжением). В таблице 5.4.1 приведены параметры микроклимата для помещений, где установлены компьютеры.



Таблица 5.4.1

Параметры микроклимата для помещений, где установлены компьютеры

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

5.3 Охрана окружающей среды

5.3.1 Утилизация персональных компьютеров и оргтехники

Средний срок жизни персонального компьютера еще 15 лет назад составлял четыре с половиной года, сегодня - не превышает двух лет. Каждый год в России выбрасывается до 20 миллионов старых компьютеров.

Сегодня проблема с отходами бытовой электроники приобрела глобальные масштабы. Она начала проявляться в конце восьмидесятых годов, и привела к подписанию международной Базельской конвенции, которая является единственным глобальным договором об утилизации мусора.

Основная опасность утилизации персональных компьютеров и периферийных устройств состоит в том, что электроника в своём составе содержит такие опасные вещества, как ртуть, свинец, мышьяк, бериллий, кадмий, сурьма, медь, никель, а также полибромированный бифенил, которые могут попасть в почву и подземные воды и нанести серьёзный вред здоровью и окружающей среде.

Устаревшие виды компьютеров и мониторов утилизирую следующим способом:

1) Первичный осмотр, разбор на запчасти.

2) Деление всех запчастей на 2 группы - рабочие и не рабочие.

3) Рабочим запчастям - вторую жизнь

4) Нерабочим запчастям - переработка

Рабочие запчасти покупают сервисные центры по ремонту и обслуживанию компьютеров, частные предприниматели, которые собирают из рабочих запчастей компьютеры и продают их по цене ниже рыночной.

Корпуса утилизированных компьютеров отправляют на переплавку, поскольку в нем много железа и алюминия. Материнские платы отчищают от креплений для подключения устройств, отпаивают все мелкие детали (чипы, транзисторы) и отправляют основы материнских плат на заводы по производству компьютеров - там им дают вторую жизнь. Чипы и транзисторы превращают в мелкую крошку и химическим способом извлекают из них кремний - основу для новых чипов.

Процессоры утилизируют отдельно от всех остальных плат, поскольку в них имеется в небольших количество чистого золота. Чистое золото является отличным проводником электричества, поэтому его использую в качестве основы для пайки.

Перед утилизацией жестких дисков их разбирают на 2 части - платы и жесткий накопитель. Все платы и чипы отправляют на переработку к запчастям от материнских плат, а жесткие диски переплавляют для создания новых накопителей.

От блоков питания отделяют провода и пластиковые части, после чего весь пластик перерабатывают в новую пластмассу, а провода переплавляют в металл. Чипы и основу под них отправляют на переплавку к материнским платам.

В настоящее время правительства многих стан культивируют у компаний-производителей, так называемое чувство ответственности за среду обитания. Например, в Соединенных Штатах общественное давление на производителей электронной оргтехники усиливается год от года. Оно состоит в том, чтобы они взяли на себя максимум ответственности за утилизацию устаревших изделий. Эксперты говорят, что свыше 90% деталей компьютеров можно использовать вторично вместо того, чтобы отправлять их на дорогостоящую переплавку с соблюдением всех природоохранных требований. Один из лидеров отрасли - компания Hewlett-Packard - заявила, что в текущем году переработает вдвое больше старых компьютеров и периферийных устройств, чем за предыдущие 20 лет. В последнее время компания предлагает потребителям подавать заявки на утилизацию компьютеров через Интернет.