Разработка критериев улучшения эксплуатационных свойств оборудования коммунально-бытового назначения

Эргономические параметры оборудования коммунально-бытового назначения включают в себя весь комплекс эксплуатационных свойств. Т.е., устройство должно быть безопасным, эстетичным, малошумным, без вредных выделений и пр.

При проектировании нового и при модернизации старого оборудования коммунально-бытового назначения всегда актуален вопрос об экономической целесообразности этих мероприятий. Часто экономическая целесообразность выступает в скрытом виде в социальном аспекте. На неэстетичном шумном, пылящем, загазованном оборудовании с большим числом визуально фиксируемых движущихся частей и передач тяжело, а часто опасно и даже страшно работать. Эксплуатация в бытовых условиях такого оборудование будет всегда снижена прямо или косвенно из-за "психологической” несовместимости человека с машиной, причиняющей социальный ущерб, связанного с возможной болезнью человека в результате кумулятивного эффекта.

Рассмотрим один из эксплуатационных факторов - воздушный шум, который определяется акустической мощностью источника и прямо излучаемой поверхности источника:

P = V ² ρ⋅ c ⋅ a ⋅ b ,                 (1)

где V 0 - среднеквадратичная скорость частиц воздуха; a и b - линейные разме-

ры стенки ограждения.

Акустическая мощность, излучае-

мая на одну сторону от механизма, считая что поле близко к свободному определяется формулой:

P=

V b ² ρ⋅ c ⋅ b ⋅ C u 4 δ n ⋅ f

β C где δ _n = ^u

- 2 δ n ⋅ fa

(1 - e ^Cu  ) ,

(2),

- логарифмический декре-

мент колебаний; β коэффициент

Cu =

h E

ω

12   ρ ( -σ )²

- пространственный затухания;

- фазовая скорость

изгибных колебаний; ϖ = 2 π f - круговая

частота возмущающей силы; h - толщина стенки ограждения; E - модуль Юнга конструкции; σ - коэффициент Пуассона; ρ - плотность материала ограждающей

конструкции.

Для оценки общего эффекта шу-моглушения:

ΔL = ΔL +ΔL +ΔL ,    (3), где ΔL - шумоглушение при увеличении площади абсорбентов на ограждении;

AL 2

AL 3

— при локальном демпфировании;

— при использовании улучшенных

абсорбентов.

Тогда:

A L i = 10lg —2

S ₁

—

—

^S 2 ²

S 3 ^2,

где A ,, S₂ — площади ограждений до и после применений обычных звукоизолирующих и S диссипативных ограждающих поверхностей, м²:

al 2 = ^ 1Olg <

S ’

•

S н

—

S ш

, , f Rd .

1 + I - — sin m

I

S

A L ₃

= 1Olg

1 — ^S ш S н

(

V ^н

f A ^ d

—

—

1 d _{ш n}

1 ^

d ш /

F ;   (.5)

,

где: R, — радиус положения локального демпфера относительно центра излучения, м; d₄ - сдвиг от центра излучения до точки приложения локального демпфирования, м; ф_; — угол — положение локального демпфера относительно оси машины; d _m „.- декремент колебания демпфера с диссипативным элементом; S_H, S m — площади ограждения с применением демпфирования или c диссипацией и без, м²; d и d - декременты колебаний задемпфированной конструкции и соответственно — металла ограждения.

В этой связи необходимо учитывать всю совокупность факторов при эксплуатации устройства. Условия эксплуатации бытового оборудования, его акустические параметры в существенной мере будут зависеть от характера звукового поля (свободное, диффузное или смешанное). и качества акустической обработки помещения. С учетом характера шума, излучаемого оборудованием, его спектры можно разделить на различные категорий в различной степени нарушающие здоровье человека в зависимости от степени превышения нормы в дневное или ночное время. Зная существующие зависимости можно оценить со- циально – экономический ущерб от вредного воздействия шума на субъект или присутствующих рядом людей (соседей).

Рассмотрим как связан социально - экономический (материальный) ущерб или, наоборот, материальный эффект с уровнем шума на старой - шумной или модернизированной машине. Стандартами и нормами России и ISO предусмотрено выражать шумность машины предельным спектром, дБ, уровнем звука, дБА или эквивалентным уровнем L e . Врачами — гигиенистами и акустиками разработана шкала допустимого времени пребывания человека в условиях повышенного шума т g ,.

Можно найти прямую зависимость между стоимостью «нормального» интервала времени (безприсутствия вредного фактора) и стоимостью времени пребывания, например, в условиях повышенного шума, если известна величина почасовой стоимости жизнеобеспечения среднестатистического гражданина. Если допустить, что при улучшении акустических условий жизни эквивалентный уровень снизится с L до L (акустический эффект A L_е = L_e — L_eг ), сокращаются потери и издержки обеспечения жизнедеятельности на

Разработка критериев улучшения эксплуатационных свойств оборудования коммунально- бытового назначения

^M = M 1(Le^ ) - M2(Ьег ) . (7)

Аналогично можно представить зависимость при сокращении времени пребывания в условиях повышенного шума

Δ M = M 1 ( τ g ) - M 2 ( τ g ) . (8)

Таким образом, имеем шкалу перехода от ΔLe к τg. Потери и издержки условно считаются равными нулю при эквивалентном уровне L (времени τ) не превышающем норму:

M ( L e ) = 0 при L e ≤ L e доп • ⋅ M ( τ g ) =

... = 0 при τ ≤ τ .

g₁        g ₂

...

Пересчет превышения уровня шума у машины, через показатель допустимого времени работы, производится по формуле приведения эквивалентного уровня к допустимому:

_{τ = 10} - 0.05( L e - Lе доп )

При модернизации оборудования может быть получен технико - акустический эффект ΔLe. Тогда время пребывания в комфортном слуховом режиме увеличивается на Δτg, и показатель социально - экономического эффекта шумоглу- шения станет:

δ τ = 10 ^{- 0.05( Le - Lе доп • )} ⋅ [ 10^{0,05 Δ Le} - 1 ]       (11)

В этой формуле, с учетом условия (11):

Δ L e - L е доп • при Δ L e ≥ L e - L е доп •    (12)

Данные критерии хорошо согласуется с законом Вебера - Фехнера, исследованиями Г. Селье о стрессе и анти- стрессе.

Используя традиционные экономические зависимости, можно определить годовой экономический эффект от модернизации по аналогии как при производстве продукции повышенного качества (то есть оборудования с улучшенными акустическими параметрами):

Э Т = ( п - E н ⋅ K ) А 2 ,     (13)

где П - прирост прибыли численно равный сокращению потерь и издержек жиз- недеятельности ΔМ, руб.; К - удельные капитальные вложения на модернизацию, руб.; ЕН - нормативный коэффициент окупаемости; А2 - годовой объем выпускаемого оборудования с улучшенными параметрами.

При определении условного прироста прибыли П = Δ М сокращение потерь и издержек достигается за счет экономии фонда жизнеобеспечения в результате увеличения допустимого времени работы бытового устройства в условиях пониженного шума. В соответствии с этим, скорректированный прирост прибыли определяется по формуле:

П ′= ЗП ⋅ Т ⋅ t ⋅Δτ ⋅ N , (14)

где ЗП - среднечасовая стоимость жизнеобеспечения гражданина, акустические условия жизни которого улучшились, руб.; Т - количество дней в году; t - длительность эксплуатации оборудования в день, час; Δτ g - временной показатель эффективности шумоглушения; N - количество людей эксплуатирующих оборудование.

Эффект шумоглушения нельзя рассматривать в отрыве от других неблагоприятных эргономических параметров, снижающих конкурентоспособность и работоспособность устройства с учетом человеческого фактора или, вернее, всей совокупности параметров, включая дизайн бытового и сервисного устройства. Таким же образом можно определить социально – экономический эффект по другим параметрам, например, выделение вредных веществ в воздушную среду, температурный и влажностный режим для бензопил, сенокосилок, культиваторов и пр.

Для получения оперативных данных по всем основным эргономическим показателям может использоваться методика демоскопических исследований. Определяются субъективные мнения граждан о параметрах машин с учетом их жизненного опыта, возраста, пола. Может быть выбран методический подход неожиданного опроса с разъяснениями лишь цели обследования: эргономические параметры машины, а точнее, “Насколько Вам удобно эксплуатировать данное бытовое устройство и какие неблагоприятные факторы Вам мешают комфортно на ней работать». Данные представляются графически в виде гистограмм или таблиц по результатам расчетов индекса помех.

Обращают на себя внимание два момента: большая величина индекса помехи от бытового шума по сравнению с другими неблагоприятными факторами, более критическое отношение женщин по всем факторам, чем мужчин. Фактор дизайна оборудования идет по значимости на третьем месте после запыленности и температурного режима, соизмеряясь по значимости с "неудобством обслуживания”, что характерно и подчеркивает корреляцию двух факторов.

Актуально создание комфортных условий труда с максимально возможной автоматизацией технологического процесса с преимущественным высвобождением людей от тяжелого, вредного, нетворческого, механического труда. Возрастает роль эргономических критериев и требований дизайна

Великий русский ученый, (основоположник кибернетики за 20 лет до Норберта Винера), П.А. Флоренский также являлся основоположником эргономики, называя ее "органопроекцией", считал, что машины и механизмы являются материализованной реализацией творческой энергии человека. Цель современного проектировщика - грамотно сформулировать задачу компьютеру, чтобы результат, в конечном итоге, был социально - экономически целесообразным. Подход, о возможности использовать отходы производства для выпуска качественных конкурентоспособных товаров и поиски скрытых резервов для проектирования малошумного оборудования, актуален как никогда.

Таким образом, можно взглянуть по – новому на вопросы эргономики и экологии быта с учетом современных требований эргономики, дизайна, комплексной увязки с другими аспектами.