национальный исследовательскийтомский политехнический университет
 Скачать 2.13 Mb.
|
|
3.3. Фильтр Для устранения аномальных значений в массивах данных, уменьшения выбросов и импульсных помех, в алгоритме используется медианный фильтр. Медианный фильтр — один из видов цифровых фильтров, широко используемый в цифровой обработке сигналов и изображений для уменьшения уровня шума. Медианный фильтр представляет собой скользящее по полю измерений окно с нечетным количеством измерений. Значения внутри окна фильтра сортируются в порядке возрастания (убывания); и значение, находящееся в середине упорядоченного списка, поступает на выход фильтра [3]. Для реализации фильтрации определяются три массива (рисунок 3.5). Рисунок 3.5 – Определения массивов X[5] – входной массив B[5] – массив для хранения Y[5] –выходной массив Измеренные значения поступают в массив Х. Затем копируются в массив В с одновременной сортировкой в порядке возрастания. Фрагмент программы представлен на рисунке 3.6. Затем вычисляется среднее значение массива B. Результат вычислений копируется в массив Y. Фрагмент программы представлен на рисунке 3.7. 34 Рисунок 3.6 – Заполнение массива В с одновременной сортировкой по возрастанию Рисунок 3.7 – Вычисление среднего и заполнение массива Y На рисунках 3.8 и 3.9 приведен практический эффект от фильтрации. 35 Рисунок 3.8 – Входной сигнал Рисунок 3.9 – Результат фильтрации 3.4 Определение средней точки Алгоритм определения средней точки предназначен для решения задачи захвата объекта. Смысл алгоритма заключается в измерении фронтального размера объекта с последующим перемещением манипулятора в середину объекта и захватом. На рисунке 3.10 представлена графическая интерпретация метода. Рисунок 3.10 – График поиска объекта 36 1 и 2 – граница поворота платформы манипулятора; 3 и 4 – граница измерения; 5 – среднее положение Весь процесс поиска делится на три операции. Первая часть алгоритма – определение положения 3 (leftpoint). Вторая - определение положения 4 (rightpoint ) и третья – определение среднего между левым и правым положением Блок-схема алгоритма представлена на рисунке 3.11. Рисунок 3.11 – Блок-схема алгоритма определения средней точки Для определения средней точки сначала определяется крайняя левая точка, а затем крайняя правая точка. Фрагмент программы приведён на рисунке 3.11. 37 Рисунок 3.12 – Определение средней точки 38 4. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ. В настоящее время перспективность научного исследования определяется главным образом коммерческой ценностью разработки, а не только ее ресурс - эффективностью и высокотехнологичными свойствами, которые в начале разработки продукта бывает достаточно трудно оценить. Высокая коммерческая ценности разработки является необходимым условием при поиске источников финансирования для проведения научного исследования и коммерциализации его результатов. Эти моменты важно учитывать разработчикам, которые должны представлять высокие перспективы проводимых научных исследований. Таким образом, целью работы является проведение таких научных исследований, тема которых актуальна на сегодняшний день и отвечает современным требованиям в области ресурсосбережения и ресурсоэффективности. Достижение цели обеспечивается решением ряда задач: - оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения научного исследования; - планирование научно-исследовательской работы; - определение возможных альтернатив проведения научного исследования, отвечающих современным требованиям в области ресурсосбережения и ресурсоэффективности. 4.1 Календарный план работ и оценка времени их выполнения Для выполнения исследований по данной работе создана рабочая группа, состоящая из руководителя и студента. По каждому виду запланированных работ устанавливается соответствующая должность исполнителей. Был составлен перечень этапов и работ в рамках проведения научного исследования, проведено распределение исполнителей по видам работ. Порядок составления этапов и работ, а также распределение исполнителей по 39 данным видам работ приведен в таблице 1. В таблице 2 представлен календарный план выполнения работ. Таким образом, был оценен объем необходимых работ, составлен календарный план их проведения и распределены обязанности участников проекта: участниками являются 2 человека - научный руководитель и инженер. Научный руководитель участвует в работе в течении 13 дней, инженер- 154 дней. 4.2 Смета затрат на проект Затраты на выполнения проекта (К пр ) складываются из следующих составляющих: / .о. , пр мат ам з пл с пр накл К К К К К К К где - материальные затраты на выполнение проекта; мат К -амортизация компьютерной техники; ам К -затраты на заработную плату; / з пл К -затраты на социальные нужды; .о. с К -прочие затраты; пр К -накладные расходы. накл К 4.2.1 Материальные затраты Материальные затраты принимаем в размере 5000 рублей на канцелярские товары. 4.2.2 Амортизация компьютерной техники Рассчитаем амортизацию компьютерной техники : ам К 1 , исп кт ам кт кал сл Т К Ц Т Т 40 где Т исп.кт - время использования компьютерной техники; Т кал - календарное время( 365 дней); Ц кт -цена компьютерной техники; Т сл - срок службы компьютерной техники (5 лет). Затраты и время работы компьютерной техники сведены в таблицу 4. Таблица 4 – Стоимость и время работы компьютерного оборудования Объект Стоимость, руб. Время использования, дней. Компьютер 50000 105 Тогда амортизация составит К ам.компьютера = Т исп.кт Т кал × ц кт × 1 Т сл = 105 365 × 50000 × 1 5 = 2877 руб К ам = К ам.компьютера = 2877 руб 4.2.3 Затраты на заработную плату Заработная плата рассчитывается для инженера и научного руководителя: К з/пл = ЗП инж + ЗП нр где ЗП инж – заработная плата инженера; ЗП нр - заработная плата научного руководителя. Заработная плата за месяц: ЗП мес = ЗП 0 × к 1 × к 2 где – месячный оклад, руб; о ЗП – коэффициент, учитывающий отпуск (10%); 1 k 41 – районный коэффициент (30%). 2 k Заработная плата инженера (10 разряд): ЗП инж = ЗП 0 × к 1 × к 2 = 17000 × 1,1 × 1,3 = 24310 руб Заработная плата научного руководителя (15 разряд): ЗП нр = ЗП 0 × к 1 × к 2 = 26300 × 1,1 × 1,3 = 37609 руб Рассчитаем заработную плату за количество отработанных дней по факту: ЗП инж.фак. = ЗП инж 21 × 𝑛 = 24310 21 × 154 = 178273 руб ЗП нр.фак. = ЗП нр 21 × 𝑛 = 37609 21 × 13 = 23282 руб где n- фактическое число дней работы в проекте. В итоге затраты на оплату труда руководителя ВКР и инженера составят: К з/пл = ЗП инж.фак. + ЗП нр.фак. = 178273 + 23282 = 201555 руб 4.2.4 Затраты на социальные нужды Затраты на социальные отчисления составляют 30% от и равны: / з пл К К с.о. = К з/пл × 0,3 = 201555 × 0,3 = 60467 руб 4.2.5 Прочие затраты Прочие затраты принимаем в размере 10% от суммы материальных и амортизационных затрат, затрат на заработную плату, а также затрат на социальные отчисления: К пр = ( К мат + К ам + К з/пл + К с.о. ) × 0,1 42 = ( 5000 + 2877 + 201555 + 60467 ) × 0,1 = 26990 руб 4.2.6 Накладные расходы Накладные расходы принимаем в размере 200% от затрат на заработную плату : / з пл К К накл = К з/пл × 2 = 201555 × 2 = 403110 руб Составим итоговую смету затрат на выполнения проекта: Таблица 5 – Смета затрат на проект Элементы затрат Стоимость, руб. Материальные затраты 5000 Амортизационные затраты 2877 Затраты на заработную плату 201555 Социальные отчисления 60467 Прочие затраты 26990 Накладные расходы 403110 Итого: 699999 4.3 Смета затрат на материалы для реализации проекта В таблице 6 представлено подробное описание расходов на материалы, необходимые для реализации проекта: Таблица 6 - Расходы на материалы Статьи расходов Единица измерения Цена, руб Объем потребления Итого, руб. Серводвигатель Шт. 950 4 3800 Ультразвуковой датчик Шт 250 1 250 43 измерения расстояния якри Шт. 400 1 400 Контроллер Arduino Uno Шт. 1000 1 1000 Набор отверток Шт. 300 1 300 Итого: 5750 В результате выполнения выпускной квалификационной работы проведены исследования манипулятора, выполненного на базе Arduino. При выполнении ВКР решены следующие задачи: - разработана физическая модель манипулятора «механическая рука»; - разработана и реализована электрическая схема и система управления на базе микроконтроллера Arduino; - разработаны алгоритмы определения расстояния до объекта и средней точки объекта; - разработанные на основе алгоритмов программы опробованы на физической модели. Для повышения достоверности измерений и устранения аномальных значений в массивах данных использована фильтрация. Основным результатом следует считать хорошие результаты управления манипулятором. При этом следует отметить следующий недостаток: если объект расположен на границе измерения, алгоритм поиска средней точки не работает. Предложенные алгоритмы достаточно просты и надёжны, но их применение ограничено конструкцией манипулятора. 44 5. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ Социальная ответственность - это сознательное отношение субъекта социальной деятельности к требованиям социальной необходимости, гражданского долга, социальных задач, норм и ценностей, понимание последствий осуществляемой деятельности для определенных социальных групп и личностей, для социального прогресса общества. В данной ВКР представлено исследование работы реального управления манипулятора, который состоит из ультразвукового датчика измерения расстояния, с ерводвига телей, контроллер Arduino Uno. Рабочее место представляет собой место оператора и включает в себя рабочий стол и персональный компьютер с помощью которого производится управление и настройка технического оборудования. В текущем разделе указаны основные вредные и опасные факторы рабочей зоны, их анализ и способы защиты от них, аспекты охраны окружающей среды, защиты от чрезвычайных ситуаций, а также правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности. 5.1 Техногенная безопасность 5.1.1Производственная санитария Рабочая зона данного объекта характеризуется следующими вредными факторами: 1) шум； 2) электромагнитное излучение; 3) освещение; 4) микроклимат; 5.1.1.1 Шум Шумом называют любой нежелательный звук или совокупность таких звуков. Звук представляет собой волнообразно распространяющийся в упругой среде колебательный процесс в виде чередующихся волн сгущения и 45 разряжения частиц этой среды - звуковые волны. . Воздействие шумового фактора на человека состоит из двух составляющих: нагрузки на орган слуха как систему, воспринимающую звуковую энергию, - ауральный эффект, и воздействие на центральные звенья звукового анализатора как систему приема информации - экстраауральный эффект. Для оценки первой составляющей есть специфический критерий - «утомление органа слуха», выражающийся в смещении порогов восприятия тонов, которое пропорционально величине звукового давления и времени экспозиции. Вторая составляющая получила название неспецифического влияния, которое можно объективно оценить по интегральным физиологическим показателям. Как и в любом случае, ответ на воздействие состоит из компонентов специфического и неспецифического характеров. Какова доля каждого из этих элементов в процессе утомления - вопрос нерешенный. Однако нет никаких сомнений в том, что воздействие шума и напряженности труда нельзя рассматривать одно без учета другого. В связи с этим эффекты, опосредованные через нервную систему (утомление, снижение работоспособности), как для шума, так и для напряженности труда имеют качественное сходство. Производственные и экспериментальные исследования с использованием социально-гигиенических, физиологических и клинических методов и показателей подтвердили указанные теоретические положения. На примере изучения разных профессий была установлена величина физиолого-гигиенического эквивалента шума и напряженности нервно-эмоционального труда, которая находилась в пределах 7-13 дБА, т.е. в среднем 10 дБА на одну категорию напряженности. Следовательно, оценка напряженности трудового процесса оператора является необходимой для полноценной гигиенической оценки шумового фактора на рабочих местах. 46 Мероприятия по борьбе с шумом могут быть техническими, архитектурно-планировочными, организационными и медико-профи- лактическими. Технические средства борьбы с шумом: - устранение причин возникновения шума или снижение его в источнике; - ослабление шума на путях передачи; - непосредственная защита работающего или группы рабочих от воздействия шума. Наиболее эффективным средством снижения шума является замена шумных технологических операций на малошумные или полностью бесшумные. Большое значение имеет снижение шума в источнике. Этого можно добиться усовершенствованием конструкции или схемы установки, производящей шум, изменением режима ее работы, оборудованием источника шума дополнительными звукоизолирующими устройствами или ограждениями, расположенными по возможности ближе к источнику (в пределах его ближнего поля). Одним из наиболее простых технических средств борьбы с шумом на путях передачи является звукоизолирующий кожух, который может закрывать отдельный шумный узел машины (например, коробку передач) или весь агрегат в целом. Кожухи из листового металла с внутренней облицовкой звукопоглощающим материалом могут снижать шум на 20-30 дБ. Увеличение звукоизоляции кожуха достигается за счет нанесения на его поверхность вибродемпфирующей мастики, обеспечивающей снижение уровней вибрации кожуха на резонансных частотах и быстрое затухание звуковых волн. 5.1.1.2 Электромагнитное излучение При работе дисплея регистрируется рентгеновское, микроволновое, ультрафиолетое, инфракрасное, изучения, низко- и ультранизкочастотное электромагнитное поле. Персональное компьютер содержит в себе два источника излучения: монитор и системный блок. 47 Электромагнитное излучение — распространяющееся в пространстве возмущение (изменение состояния)электромагнитного поля. Среди электромагнитных полей вообще, порождённых электрическими зарядами и их движением, принято относить собственно к излучению ту часть переменных электромагнитных полей, которая способна распространяться наиболее далеко от своих источников – движущихся зарятов, затухая наиболее медленно с расстоянием. Электромагнитные волны подразделяется на: - Радиоволны (начиная со сверхдлинных); - Видимый свет; - ИК излучение; - Терагерцовое излучение; - УФ излучение; - Рентгеновское излучение; - Гамма - излучение. Электромагнитное излучение имеет способность распространяться практически во всех средах. В вакууме электромагнитное излучение распространяется без затуханий на неограниченно больше расстояния, но зачастую достаточно хорошо распространяется и в пространстве, заполненном веществом, но несколько изменяя своё поведение. В данной выпускной квалификационной работе настройка параметров регулятора и мониторинг текущего состояния процесса регулирования уровня осуществляется с помощью персонального компьютера с установленным необходимым программным обеспечением. Таким образом, работа на данном объекте подразумевает использование компьютера, а соответственно и наличие такого вредного фактора., как электромагнитное излучение. Длительная работа с ЭВМ приводит к снижению уровня внимания и восприятия, ухудшению обработки информации оператором, утомлению и 48 мигрени, возникновению депрессии. Интенсивная продолжительная работа а компьютере может быть причиной профессиональных забивании из-за повторяющихся нагрузок, а также из-за высокого расположения клавиатуры, неправильной высоты кресла, положения кистей рук во время работы или высокого положения поверхности стола. Все это проводит к возникновению болезней нервов, мышечных тканей и сухожилий, таких как ущемление медиального нерва. Хронические боли в щей ном в поясничном отделе позвоночника в силу неизменной рабочей зоны. Электромагнитные излучения ухудшают работу сосудов головного мозга, что называет ослабление остроты зрения и памяти. Наблюдается также рост заболеваний ЦНС в 4,5 раза чаще, ем у работающих на других производствах, сердечно- сосудистой - в 2,1 раза, верхних дыхательных путей - в 4,1 раза, желудочаавно-кишечного тракта - в 2,опорно-двигательной системы - в 3 раза. Также доказано, что работа кровеносных сосудов головного мозга ослабляется на 8% за 2 часа непрерывной работы и на 20% -за 4часа, сосудов глаз - соответственно на 16 и 43%. Необходимо отметить, что все нормы рассчитаны для здоровых людей, а если у человека имеет определённые патологические отклонения, то степень поражения резко возрастает. 5.1.1.3 Освещение Освещение-получение, распределение и использование световой энергии для обеспечения благоприятных условий ведения предметов и объектов. Является определяющим фактором эффективности труда, влияющим на зрение т общее самочувствие человека. Классифицируя освещение по типу источника, освещение может быть трех видов: естественное, искусственное и смешанное. Для гигиенической оценки освещение используются светотехнические характеристики, принятые в физике. Видимое излучение - участок спектра электромагнитных колебаний в диапазоне длин волн от 380до 770 нм, которые различает глаз человека. 49 Световой поток F - мощность лучистой энергии, оцениваемая по производимому зрительномуощущению. Единица измерения - люмен (лм). Сила света I - пространственная плотность светового потока: Освещенность - поверхностная плотность светового потока. Единица измерения - плюс (лк). Яркость D - поверхностная плотность силы света в определенном направлении. Яркость равна отношению силы света в произвольном направлении к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикуляторную к этому направлению. Единицей измерения яркости является кд/м 2 это яркость такой поверхности, которая в перпендикулярном направлении излучает силу света в 1 кд с площади 1 м 2 Искусственное освещение устанавливается в помещениях, в которых испытывается недостаток естественного света, а также для освещения помещения в те часов, когда естественная освещенность отсутствует. По принципу организации искусственное освещения можно разделитьна два вида: комбинированное и общее. Общее освещение предназначено для освещения всего помещения, он может быть равномерным или локализованным. Общее равномерное освещение создает условия для выполнения работ в любом месте освещаемого пространства. При общем локализованном освещении светильники размещают в соответствии с расположением оборудования, что позволяет создать повышенную освоенность на рабочих местах. Комбинированное освещение состоит из общего и местного. Местное освещение предназначено для освещения только рабочих поверхностей и не создает необходимой освещенности даже на прилегающих к ним участкам. По функциональному назначению искусственное освещение подразделяется на: Рабочее аварийное, эвакуационное и охранное. Рабочее освещение предусматривается для всех помещений производственных зданий, а также участков открытых пространств, 50 предначначенных для работы, прохода людей и движения транспорта. Аварийное освещение в помещениях и на местах производства работ необходимо предусмотривать, если отключение рабочего освещения и связанное с этим нарушение облуживания может привести к взрыву, пожару, длительному нарушению технологического процесса или работы объектов жизнеобесбечения. Наименьшая освещенность, создаемая аварийным освещением, должна составлять 5%освещенность, нормируемой для рабочего освещения, но не менее 2 лк внутри зданий и не менее 1 лк для территории предприятий. Эвакуационное освещение следует предусматривать в местах, отведенных для прохода людей, в проходах и на лестницах, служащих для эвакуации людей в количестве более 50 человек. Это освещение должно обеспечивать на полу основных проходов (или на земле) и на ступеняхлестиниц освещенность не менее ость рабочих 0,5 лк в помещениях и 0,2 лк на открытой территории. Охранное освещение предусматривается вдоль границ территории, охраняемой в ночное время. Охранное освещение должно обеспечивать освещенность не менее 0,5 лк на уровне земли. Известны два подхода к нормированию освещенность рабочих поверхностей. По санитарно-гигиенических нормам рабочее место должно иметь естественное и искусственное освещение. При работе должен быть отчетливо виден процесс деятельности, без напряжения зрения и прямого попадания лучей источника света в глаза. |