Разработка виртуальной лабораторной работы на базе виртуальной асинхронной машины в среде MATLAB

9.2 Влияние работы за компьютером на организм человека

Зрительная работа - уже в первые годы компьютеризации было отмечено специфическое зрительное утомление у пользователей дисплеев, получившее общее название "компьютерный зрительный синдром" (CVS-Computer Vision Syndrome). Причин его возникновения несколько. И, прежде всего - сформировавшаяся за миллионы лет эволюции зрительная система человека, которая приспособлена для восприятия объектов в отраженном свете (картин природы, рисунков, печатных текстов и т. п.), а не для работы с дисплеем. Изображение на дисплее принципиально отличается от привычных глазу объектов наблюдения - оно светится; состоит из дискретных точек; оно мерцает, т. е. эти точки с определенной частотой зажигаются и гаснут; цветное компьютерное изображение не соответствует естественным цветам (спектры излучения люминофоров отличаются от спектров поглощения зрительных пигментов в колбочках сетчатки глаза, которые ответственны за наше цветовое зрение). Но не только особенности изображения на экране вызывают зрительное утомление. При работе на компьютере часами у глаз не бывает необходимых фаз расслабления, глаза напрягаются, их работоспособность снижается. Большую нагрузку орган зрения испытывает при вводе информации, так как пользователь вынужден часто переводить взгляд с экрана на текст и клавиатуру, находящиеся на разном расстоянии и по-разному освещенные. В чем же выражается зрительное утомление? Сегодня уже миллионы пользователей жалуются на затуманивание зрения, трудности при переносе взгляда с ближних на дальние и с дальних на ближние предметы, кажущееся изменение окраски предметов, их двоение, неприятные ощущения в области глаз - чувство жжения, "песка", покраснение век, боли при движении глаз.

Микротравма - это постепенный износ организма в результате ежедневных нагрузок. Большинство нарушений в организме происходит из-за накапливающихся микротравм. Такой тип повреждений не возникает вдруг, как перелом руки или ноги (микротравма). Прежде, чем вы почувствуете боль, может пройти несколько месяцев сидения в неправильной позе или повторяющихся движений. Боль может ощущаться по-разному: в виде жжения, колющей или стреляющей боли, покалывания.

Повторяющиеся действия - приводят к накоплению продуктов распада в мышцах. Эти продукты и вызывают болезненные ощущения. Очень трудно предотвратить повторяющиеся движения кистей и ладоней при работе на компьютере, однако регулярные перерывы и упражнения на растягивание мышц могут это предотвратить.

Осанка - это положение, которое принимает ваше тело, когда вы сидите за компьютером. Последствия при неправильной осанки:

- головные боли,

- боль в шее,

- боль в руках и кистях.

Электромагнитное излучение - Спектр излучения компьютерного монитора включает в себя рентгеновскую, ультрафиолетовую и инфракрасную области, а также широкий диапазон электромагнитных волн других частот. Опасность рентгеновских лучей специалисты считают пренебрежимо малой, поскольку этот вид излучения поглощается веществом экрана. В настоящее время внимание исследователей привлекают биологические эффекты низкочастотных электромагнитных полей, которые до недавнего времени считались абсолютно безвредными, так как, в отличие от ионизирующих излучений, низкочастотные электромагнитные поля не могут расщеплять или ионизировать атомы, т.е. не обладают свойствами, которые ряд ученых связывают с возникновением опухолей и других заболеваний. Однако результаты сотен лабораторных экспериментов, начавшихся в 60-х годах и разросшихся в 70-х и 80-х, показывали, что электромагнитные поля с частотой 60 Гц могут инициализировать биологические сдвиги (вплоть до нарушения синтеза ДНК) в клетках животных. Эпидемиологические исследования и работы другого рода показали, что существует несомненная связь между нахождением в местах, где проходят линии электропередача, и возникновением опухоли у детей. Для того чтобы ограничить потенциально опасные излучения видео дисплейных терминалов пользователь может предпринять следующие шаги.

9.3 Физиологические меры безопасности работы человека за компьютером

Зрительная профилактика - плотно закрыть глаза руками так, чтобы через них не проходил свет. Следить при этом за тем, чтобы посадка была удобной. Особое внимание - на спину и шею, они должны быть прямыми и расслабленными. Закрыв глаза, попытаться увидеть перед глазами абсолютно черный цвет. Удастся это не сразу, скорее всего, постоянно будут возникать цветные полоски, ромбики и кляксы. Чем чернее будет цвет, тем лучше расслаблены глаза. Многие людей со слабой близорукостью могут добиться полного восстановления зрения сразу после выполнения этого упражнения.

Комплекс упражнений:

1. Плотно закрыть и широко открыть глаза 6 - 7 раз в течение 30 секунд.

2. Посмотреть вверх, вниз, вправо, влево, не поворачивая головы.

3. Вращать глазами по кругу вниз, вправо, вверх, влево и затем в обратную сторону.

4. Быстро-быстро моргать веками в течение 1-2 минут.

5. Закрыть веки, а затем массировать их круговыми движениями пальцев в течение минуты.

Повторять каждое упражнение 2-3 раза с интервалом 1-2 минуты. Второе и третье упражнения делать не только с открытыми, но и с закрытыми глазами. Делать упражнения регулярно.

Избавления от микротравм - цель упражнения: укрепление мышц задней стороны шеи для улучшения осанки и предотвращения болей в области шеи. Упражнение способствует предотвращению:

- синдрома запястного канала,

- втягиванию шеи вперед,

- дисфункции височно-нижнечелюстного сустава,

- грыжи межпозвоночных дисков шейного отдела,

- синдрома верхней апертуры грудной клетки.

Поза: сидя или стоя, взгляд направлен прямо, а не вверх и не вниз. Надавив указательным пальцем на подбородок, сделать движение шеей назад. В этом положении следует оставаться в течение 5 секунд.

Разминка - цель упражнения: растягивание мышц-разгибателей запястья и пальцев (мышц, проходящих через запястный туннель и входящих в кисть руки). Увеличение притока крови по сосудам, проходящим через запястье и ладонь.

Профилактика синдрома запястного канала:

Поза: сидя или стоя, левая рука вытянута на уровне плеч. Отогнув левую кисть назад, так, чтобы пальцы были направлены в потолок, правой рукой осторожно потянуть назад пальцы на левой руке, немного отгибая кисть назад. В этом положении следует оставаться в течение 10 секунд

Правильная осанка - при работе за компьютером лучше всего сидеть на 2,5 см выше, чем обычно. Уши должны располагаться точно в плоскости плеч. Плечи должны располагаться точно над бедрами. Голову нужно держать ровно по отношению к обоим плечам, голова не должна наклоняться к одному плечу. При взгляде вниз, голова должна находиться точно над шеей, а не наклоняться вперед.

Защита от электромагнитного излучения - поскольку источник высокого напряжения компьютера - строчный трансформатор - помещается в задней или боковой части терминала, уровень излучения со стороны задней панели дисплея выше, причем стенки корпуса не экранируют излучения. Пользователи должны находится не ближе чем на 1.2 м от задних или боковых поверхностей соседних терминалов. Ряд специалистов рекомендует сидеть на расстоянии 70 см от экрана своего дисплея. Кроме всего прочего на экран монитора рекомендуется устанавливать специальные фильтры. Хотя фильтры и не полностью поглощают магнитное поле, они все же частично экранируют его, а также устраняют статические поля. При этом следует отметить фильтры ERGOSTAR (на 99% ослабевающие электростатическое поле, на 95-99% (в зависимости от частоты) подавляющие электромагнитное поле, исключающие мерцание экрана и блики). Фильтр всегда должен быть заземлен. К иному классу болезней, связанных с работой на компьютере, являются болезни, связанные с переутомлением зрения. К их числу можно отнести возникновение близорукости и переутомления глаз, а также связанными с ними мигренями, головными болями, раздражительностью, нервному напряжению, стрессу и т.п. Для предотвращения этих болезней следует регулярно совершать перерывы в работе и делать упражнения, расслабляющие глаза. Следует также учесть, что оптимальный перепад яркости в поле зрения не должен превышать 10.

9.4 Технические методы увеличения безопасности работы за компьютером

Рабочее пространство - научная организация рабочего пространства базируется на данных о средней зоне охвата рук человека - 35 - 40 см. Ближней зоне соответствует область, охватываемая рукой с прижатым к туловищу локтем, дальней зоне - область вытянутой руки.

Работа с клавиатурой - неправильное положение рук при печати на клавиатуре приводит к хроническим растяжениям кисти. Важно не столько отодвинуть клавиатуру от края стола и опереть кисти о специальную площадку, сколько держать локти параллельно поверхности стола и под прямым углом к плечу. Поэтому клавиатура должна располагаться в 10 - 15 см (в зависимости от длины локтя) от края стола. В этом случае нагрузка приходится не на кисть, в которой вены и сухожилия находятся близко к поверхности кожи, а на более "мясистую" часть локтя. Современные, эргономичные модели имеют оптимальную площадь для клавиатуры за счет расположения монитора в самой широкой части стола. Глубина стола должна позволяет полностью положить локти на стол, отодвинув клавиатуру к монитору.

Расположение монитора - Монитор, как правило, располагается чрезмерно близко. Существует несколько научных теорий, по разному определяющих значимые факторы и оптимальные расстояния от глаза до монитора. Например, рекомендуется держать монитор на расстоянии вытянутой руки. Но при этом, человек должен иметь возможность сам решать, насколько далеко будет стоять монитор.

Именно поэтому конструкция современных столов позволяет менять глубину положения монитора в широком диапазоне. Верхняя граница на уровне глаз или не ниже 15 см ниже уровня глаз.

Внутренний объем - значимым фактором является под пространство столешницей. Высота наших столов соответствует общепринятым стандартам, и составляет 74 см. Также необходимо учесть, что пространства под креслом и столом должно быть достаточно, чтобы было удобно сгибать и разгибать колени.

Кресло - казалось бы, требования к нему сформулировать предельно просто, - оно должно быть удобным. Но это еще не все. Кресло должно обеспечивать физиологически рациональную рабочую позу, при которой не нарушается циркуляция крови и не происходит других вредных воздействий. Кресло обязательно должно быть с подлокотниками и иметь возможность поворота, изменения высоты и угла наклона сиденья и спинки. Желательно иметь возможность регулировки высоты и расстояния между подлокотниками, расстояния от спинки до переднего края сиденья. Важно, чтобы все регулировки были независимыми, легко осуществимыми и имели надежную фиксацию. Кресло должно быть регулируемым, с возможность вращения, чтобы дотянуться до далеко расположенных предметов.

Положение за компьютером - регулируемое, оборудование должно быть таким, чтобы можно было принять следующее положение:

- поставьте ступни плоско на пол или на подножку,

- поясница слегка выгнута, опирается на спинку кресла,

- руки должны удобно располагаться по сторонам,

- линия плеч должна располагаться прямо над линией бедер,

- предплечья можно положить на мягкие подлокотники на такой высоте, чтобы запястья располагались чуть ниже, чем локти,

- локти согнуты и находятся примерно в 3 см от корпуса,

- запястья должны принять нейтральное положение (ни подняты, ни опущены).

9.5 Требования, предъявляемые к помещениям для ЭВМ

Освещенность. Помещения для ЭВМ должны удовлетворять 1 разряду зрительной работы, подразряды В и Г. При этом, в силу специфики работы на ЭВМ, освещение должно быть искусственным. Нормы освещенности приведены в таблице 9.1 [10].

Таблица 9.1 - Нормы освещенности

Шум. В залах для ЭВМ предельно допустимый эквивалентный уровень шума не должен превышать 50 дБ. В помещениях, где работают инженерно-технические работники, осуществляющие лабораторный, аналитический или измерительный контроль эквивалентный уровень шума не должен превышать 50 дБ. В помещениях операторов ЭВМ без дисплеев эквивалентный уровень шума не должен превышать 65 дБ. Предельно допустимые уровни звукового давления по отдельным группам частот приведены в таблице 9.2 [11].

Таблица 9.2 - Предельно допустимые уровни звукового давления по отдельным группам частот

Электробезопасность. ЭВМ IBM PC с точки зрения электробезопасности не требует заземления или зануления. Предельно допустимые уровни токов и напряжений прикосновения приведены в таблице 9.3 [12].

Таблица 9.3 - Предельно допустимые уровни токов и напряжений прикосновения

Микроклимат. Предельно допустимые уровни температуры, относительной влажности и скорости движения ветра приведены в таблице 9.4 [13].

Таблица 9.4 - Предельно допустимые уровни температуры, относительной влажности и скорости движения ветра

Содержание вредных химических веществ в воздухе не должно превышать среднесуточных концентраций для атмосферного воздуха.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной дипломной работе были рассмотрены вопросы разработки виртуальных лабораторных работ по исследованию асинхронных двигателей серии 4А с короткозамкнутым и фазным ротором. Описаны устройство, принцип действия и способы регулирования скорости асинхронных двигателей.

Рассмотрено математическое описание обобщённой асинхронной машины и приведены уравнения для моделирования АД в неподвижной системе координат. По этим уравнениям составлена схема модели АД и проведён анализ переходных процессов в АД и сняты динамическая и статическая механические характеристики.

Поставленная задача реализована в наглядном и эффективном средстве визуального программирования моделей - пакете Simulink программы MATLAB.

Этот пакет также использовался при разработке методики выполнения виртуальных лабораторных работ по исследованию асинхронных двигателей серии 4А с короткозамкнутым и фазным ротором. По этой методике было проведено исследование переходных процессов, пусковых свойств, снятие естественных и искусственных механических характеристик при изменении питающего напряжения, частоты тока и вводе добавочного сопротивления в цепь фазного ротора, а также снятие рабочих характеристик.

Выполнение данной работы имеет практическое значение, и будет использоваться в лаборатории электрических машин кафедры АУТС.

Разработанные виртуальные лабораторные работы намного превосходят по техническим и экономическим возможностям реальную физическую лабораторную установку. В них имеется широчайший спектр возможностей по исследованию асинхронной машины в различных режимах работы, что в реальной лаборатории требует больших финансовых расходов из-за дороговизны необходимого оборудования. Но они не являются полной заменой реальной физической лаборатории, а только дополняют её, путём подготовки студентов, так как студенты должны получить практические навыки работы в лаборатории.

Большим плюсом разработанных лабораторных работ является то, что виртуальную лабораторную можно использовать в дистанционном обучении студентов и в различных учебных заведениях, где нет возможности поработать в реальной лаборатории. Единственное, что необходимо для работы виртуальной лабораторной, это наличие персонального компьютера, который в наше время является общедоступным и имеется в каждом учебном заведении.

Произведён расчёт стоимости затрат на разработку программного обеспечения и экономический эффект от использования виртуальных лабораторных работ.

Рассмотрена техника безопасности, эксплуатация и влияние работы за компьютером на организм человека.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Герман - Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0: Учебное пособие - СПб.: Корона принт, 2001. - 320 с.

2. Лазарев Ю. Моделирование процессов и систем в MATLAB. Учебный курс. - СПб.: Питер; Киев: Издательская группа BHV, 2005. - 512 с.

3. Китаев В.Е., Шляпинтох Л.С. Электротехника с основами промышленной электроники. Учебное пособие для проф.-техн. учебных заведений. Изд. 2-е, переработ. и доп. М., «Высш. школа», 1968. - 416 с.

4. Яковлев Г.С., Магаршак Б.Г., Маникин А.И. Судовые электрические ашины. Л., «Судостроение», 1972. - 384 с.

5. Сергеев В.Д. Методические указания к лабораторным работам №4 и №5 «Исследование трёхфазного асинхронного двигателя». Редакционно-издательский отдел ДВПИ, 1991. - 24 с.

6. Кравчик А.Э., Шлаф М.М., Афонин В.И., Соболенская Е.А. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник/А90 - М.: Энергоиздат, 1982. - 504 с.

7. Справочник по электрическим машинам: В 2т./С74. Под общ. ред. Копылова И.П. и Клонова Б.К. Т.1.-М.: Энергоатомиздат, 1988. - 456 с.

8. Типовые нормы времени на программирование задач на ЭВМ. - метод. указания М., Экономика 1989. - 125 с.

9. Охрана труда / Под ред. Б.А. Князевского. - М., 1992. - 311 с.

10. СНиП 23-05-95 Нормы освещенности.

11. ГОСТ 12.1.038-82 Предельно допустимые уровни токов и напряжений прикосновения.

12. ГОСТ 12.1.003-81 Предельно допустимые уровни звукового давления по отдельным группам частот.

13. СниП 2.2.2 542-96 Предельно допустимые уровни температуры, относительной влажности и скорости движения ветра.