車間照度測量與分析方法研究

孫麗，關(guān)德鵬，范魁元，于曉洋，王穎

(1.大連交通大學 機械工程學院，遼寧 大連 116028；2.中國北車集團 齊齊哈爾軌道交通裝備有限責任公司 能源管理辦公室，黑龍江 齊齊哈爾 161002)

車間照度測量與分析方法研究

孫麗1，關(guān)德鵬1，范魁元2，于曉洋1，王穎2

(1.大連交通大學 機械工程學院，遼寧 大連 116028；2.中國北車集團 齊齊哈爾軌道交通裝備有限責任公司 能源管理辦公室，黑龍江 齊齊哈爾 161002)

依據(jù)國家標準GB/T5700-2008《照明測量方法》，選用合適的照度測量儀器，對車間進行照度數(shù)據(jù)測量，通過絕對均值法剔除所測量照度數(shù)據(jù)中的壞點，然后再通過計算出車間照度均值和現(xiàn)場照明均勻度，進而分析現(xiàn)場照度情況是否達到國家規(guī)定的相關(guān)標準.這樣一套車間照度測量分析方法能夠解決測量數(shù)據(jù)受壞點影響的問題，經(jīng)過實踐證明該套方法是可行的.

照度；測量；分析；絕對均值法；壞點

0 引言

對車間照明環(huán)境優(yōu)劣情況的評估，需要通過一套完整而有效的照度數(shù)據(jù)測量與分析方法作為指導.工程上經(jīng)常會出現(xiàn)對已有車間廠房進行照明改善設(shè)計的情形，在進行照明改善設(shè)計之前有必要對當前車間廠房進行照明情況的評估.然而，學術(shù)界和工程上卻缺少一套科學、有效的車間照度數(shù)據(jù)測量與分析的方法來對車間照明情況的現(xiàn)狀進行評估，主要原因是車間現(xiàn)場照明環(huán)境是十分復(fù)雜的，由于多種原因會采集到不少壞點數(shù)據(jù)，并且用這些帶有壞點的數(shù)據(jù)對照明環(huán)境進行分析.本文針對上述存在的不足之處，提出了一種先剔除壞點數(shù)據(jù)，再進行照度數(shù)據(jù)分析的新方法.

1 照度測量方法

工業(yè)建筑照明測量的場所和照度測點位置、高度及推測測量間距的確定，應(yīng)符合2009年1月1日實施的國家標準GB/T 5700-2008《照明測量方法》.照度的測量方法主要分為兩種：①中心布點法;②四角布點法.中心布點法相對四角布點法在實際應(yīng)用時更簡便、高效.工業(yè)車間廠房普遍面積較大，因此本文采用中心布點法進行測量[1](如圖1).

○——測點

圖1 在網(wǎng)格中心布點示意圖

2 照度數(shù)據(jù)分析方法

2.1 壞點的剔除

在車間照度測量的過程中，實際的車間照明環(huán)境是十分復(fù)雜的.車間照明環(huán)境存在許多影響照度測量結(jié)果的因素,其中有兩點主要因素：因素一，照度測量儀器存在失真情況；因素二，車間現(xiàn)場測點的照度時常會受到大型機床、行車等而產(chǎn)生較大的波動.一般情況下，工人們并不在大型機床周邊作業(yè)，因此人眼對該區(qū)域的要求并不高，分析車間照明情況的時候完全可以不考慮該區(qū)域的照度情況.行車經(jīng)常不定向地在車間上空來回行駛， 在進行車間照度測量的時候經(jīng)常會受到來回

行駛的行車遮擋光線，使得該區(qū)域所測得的照度較沒有行車遮擋的時候低許多.在使用中心布點法測量車間照度的時候，大型機床附近區(qū)域和受行車影響處的區(qū)域照度通常會被采集進去，而導致車間整體照明水平大幅度降低.通過這些照度數(shù)據(jù)分析車間照明情況顯然不科學，應(yīng)考慮予以剔除.

綜合考慮兩種因素對車間照明產(chǎn)生的影響，把受這兩種因素干擾而測得的照度值認為是壞點.壞點會對整個車間照明水平的科學評估會產(chǎn)生很大的影響，應(yīng)該剔除壞點.對于動態(tài)測試數(shù)據(jù),由于其數(shù)據(jù)量龐大,采用拉依達(3σ)準則是較為常用的方法.但由于拉依達準則運用的前提是要求數(shù)據(jù)為正態(tài)分布,并需要對同一樣本數(shù)據(jù)進行多次測量(一般要求測量次數(shù)大于10次).而動態(tài)測試數(shù)據(jù)往往不會是標準的正態(tài)分布,且有時每個數(shù)據(jù)只測量一次或幾次，因此剔除動態(tài)測試數(shù)據(jù)中壞點的效果不是非常理想.這種情況可以考慮絕對均值法來對數(shù)字時序信號進行壞點的剔除[2].

居民通過“環(huán)保大作戰(zhàn)”回答環(huán)保小問題換取游戲券，在游戲中了解環(huán)保知識；“寶圈套環(huán)&垃圾分類”將垃圾模型丟入相應(yīng)的干垃圾桶、濕垃圾桶、有害垃圾桶、可回收垃圾桶中，讓居民有直觀的印象?！碍h(huán)保易物”，居民將廢報紙、廢舊電池、二手書籍兌換長壽花?！拔拿黟B(yǎng)寵宣傳”，居民簽下文明養(yǎng)寵承諾書，將文明養(yǎng)寵文化在生活中實踐，當天共簽署承諾書50份。

在動態(tài)信號測試中,第i個測點信號的數(shù)值,可表示為:

(1)

閥值W的計算公式如(2)所示：

(2)

2.2 平均照度計算

平均照度計算公式如(3)所示：

(3)

式中：Eav為平均照度，(lx)；M為縱向測點數(shù)；N為橫向測點數(shù)；W為壞點個數(shù)；Ei在第i個測點上的照度，(lx)；Ej′為在第j個點上壞點的照度，(lx).

2.3 照度均勻度計算

照度均勻度的計算公式如(4)、(5)所示：

(4)

(5)

式中:U1為照度均勻度(極差)；U2為照度均勻度(均差)；Emax為壞點剔除后的最大照度(lx)；Emin為壞點剔除后的最小照度(lx)；Eav為平均照度(lx).

在照明設(shè)計中，要求被照空間的照度值應(yīng)該均勻或比較均勻，照度均勻的標志是：場內(nèi)最大、最小照度分別與平均照度之差小于等于平均照度的1/3[4]，由此可以推導場內(nèi)照度均勻標準為：

U1≥0.5，且U2≥0.667

3 照度數(shù)據(jù)測量與分析方法在典型車間應(yīng)用案例

以某一鑄造(熔化)車間為對象，進行照度測量和分析，進而對該車間當前照明情況進行評估.

3.1 照度數(shù)據(jù)采集

3.1.1 測量儀器及要求

(1)測量儀器

本次數(shù)據(jù)采集使用的測量儀器為：ST-92型照度計，主要性能指標為：①測量范圍：1～199 900 lx，分為1 999× lx，1 999×l0x，1 999×l00x三個量程;②儀器精度：重復(fù)精度為±2%，線性精度為±5%，換擋誤差為±0.6，示值誤差為±0.4;③光譜響應(yīng)特性：光譜響應(yīng)誤差≤5%，紅外響應(yīng)<1.5%，紫外響應(yīng)<1.5%;④方向響應(yīng)誤差：30°(<±1%)；60°(<±5%)；80°(<±15%);⑤工作環(huán)境溫度：0～40℃，濕度小于85%.

本次鑄造車間的數(shù)據(jù)測量選用的量測主要是1 999×lx，并且該照度計的各項精度誤差都在合理的范圍內(nèi)，滿足本次照度數(shù)據(jù)采集的要求.

(2)測量要求

①根據(jù)布點法確定的測點位置進行測量.測量時，照度計先用大量程檔數(shù)，然后根據(jù)指示值的大小逐漸找到合適的檔數(shù)，原則上不允許指示值在最大量程1/10范圍內(nèi)讀數(shù);②照度示值穩(wěn)定后再讀數(shù).數(shù)字式照度計顯示的讀數(shù)，最后一位有時候不穩(wěn)定，應(yīng)該記錄出現(xiàn)次數(shù)較多的數(shù)字[5-6].

3.1.2 確定測量高度及測量點距

測量車間的類型為鑄造車間，車間廠房長60 m，寬45 m.根據(jù)表1可知，測量高度可選取0.5 m水平面，照度點測量間距可選取5.0 m×5.0 m.采用中心布點法對車間照度進行測量，選取5.0 m×5.0 m的正方形網(wǎng)格，在網(wǎng)格中間進行照度測量.

3.2 照度數(shù)據(jù)分析

3.2.1 剔除壞點

通過對車間照度的測量，得出該車間內(nèi)照度數(shù)據(jù)，如表1所示.

表1 車間照度數(shù)據(jù)表lx

序號12345678910111217116818921422113310085100100124021072052402562709910010099792030315726226224026421724623623622125120241161542142071742601992452062181921005283515209016515512266117141145653301015802451881898018322322876025810702041999921626024224586520675023325023122627830830897011174075168128167174152156139

表2 偏移值絕對均值數(shù)據(jù)表lx

序號1234567891011121742344697612456045451331052386095111125464545466612511531211711795119721019191761065742996962291155410061734745511711013012555201023792840692115135130651004344653878837851201371357559544671115971008801251391389588105868113316316397513412810570231722297116

3.2.2 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)計算公式(3)計算得出照度均值Eav=133 lx.由表2可知，壞點剔除后的最小照度為Emin=25，壞點剔除后的最大照度為Emax=264.根據(jù)計算公式(4)、(5)計算得出照度均勻度極差U1=0.095，照度均勻度均差U2=0.188.

根據(jù)GB50034-2004《建筑照明設(shè)計標準》的要求，一般鑄造(熔化)車間現(xiàn)場要求平均照度達到200lx.當前鑄造(熔化)車間照度均值為133lx，小于200lx.因此，該車間沒有達到照度標準.照度均勻度極差U1=0.095，照度均勻度均差U2=0.188.不滿足U1≥0.5，并且U2≥0.667.因此，該車間沒有達到照度均勻度要求，表明照度不夠均勻.

總之，通過工程實踐總結(jié)并創(chuàng)新出的這種車間照度測量與分析方法已經(jīng)多次在工程實踐中被應(yīng)用，其結(jié)果表明，應(yīng)用該方法能夠全面的分析車間照明情況，具有一定的應(yīng)用和指導意義.

[1]中華人民共和車國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB/T 5700-2008照明測量方法[S].北京：中國標準出版社，2008.

[2]陳友群，陳軍，蔡敬源.基于LavVIEW的摩擦襯墊因數(shù)自動測試系統(tǒng)[J].礦山機械,2013,41(8)：46- 49.

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[4]郭伏，錢省三.人因工程學[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007：75.

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[6] PICCOLI B,SOCI G,ZAMBELLI PL,et al. Photometry in the workplace: the rationale for a new method [J]. Ann Occup Hyg,2004,48(1):29-38.

[7]中華人民共和國建設(shè)部.GB 50034-2004 建筑照明設(shè)計標準 [S]. 北京：中國標準出版社，2004.

Photometry Method Study and Analysis of Workshop Illuminance

SUN Li1,GUAN Depeng1,FAN Kuiyuan2,YU Xiaoyang1,WANG Ying2

(1.School of Mechanical Engineering,Dalian Jiaotong University,Dalian 116028,China;2. Energy Management Office of Qiqihar Railway Rolling Stock Co.,Ltd,Qiqihar 161002,China)

According to Chinese standard GB/T 5700-2008,a suitable illuminometer is used to measure the illuminance of light sources in the workshop. Using means of absolute mean value method,the singular points in the measured data of illuminance is removed. The mean value and uniformity ratio of illuminance in the workshop,and calculated,and the condition of illuminance in the workshop can be assessed according to Chinese standard. By the method,the problem that the illuminance data are always affected by the singular points is able to be solved. Practice has proven that such a method is feasible.

illuminance;survey;analysis;absolute mean value method;singular points

1673- 9590(2015)01- 0055- 04

2014-06-16

孫麗(1972)，女，教授，博士，主要從事機電一體化，工業(yè)工程相關(guān)的研究 E- mail:245803197@qq.com.

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